面向诊断的口腔气味检测系统设计与分析

论文摘要

中医是中华民族的瑰宝。然而由于历史条件的制约,传统中医理论往往带有很强的主观性,其诊断手段也缺乏客观化诊断标准,故被许多人认为是一门经验科学,其科学性也屡遭质疑,严重阻碍了中医学的发展。如今,中医学的发展正强烈的呼唤着现代科学技术新方法、新手段的支持。如何在保持中医诊断自身优势基础上,通过现代技术手段改革与创新传统中医诊断学,实现中医诊断的客观化、标准化,将其纳入到现代科学技术发展的轨道是国人亟待解决的课题。电子鼻技术是当前计算机一个非常重要的研究方向。它的基本思想是利用模式识别方法对气敏传感器获取的气味数据进行分析。计算机技术的发展及电子鼻技术的成熟,使以电子鼻技术指导中医闻诊成为可能。运用电子鼻技术对传统闻诊信息进行研究,把闻诊研究建立在可靠的数学模型基础上,使其更准确、更客观地反映人体机能状态,从而提高中医理论学术水平和临床诊断能力,是闻诊研究领域发展提高的新课题。本项目在电子鼻原理的基础上,利用传感器技术、信号处理技术、模式识别技术,并结合中医闻诊的相关理论,开发出高精度、非侵入式、无伤害、快速准确的面向中医诊断的口腔气味检测系统（简称STCM）,研究基于人体口腔气味检测与分析的中医诊断技术,以推动中医闻诊的客观化、标准化进程,具有巨大的社会意义和经济意义。为了满足闻诊诊断的要求,必须寻找能够检测口腔气味病理成分并具有足够敏感度的传感器。本文利用7个满足要求的气敏传感器组成传感器阵列;采用合适的信号调理电路和ADC、运放、CY7C68013单片机及USB模块等器件组成STCM硬件系统;用C51语言编写了单片机部分的控制软件;用Visual C++ 6.0编写了PC机部分STCM系统的应用软件,可实现实验的参数设置、实时显示、数据处理等功能。算法方面,分别在数据预处理、特征抽取和降维、BP神经网络识别方面进行了论述,并针对BP算法存在的不足,利用遗传算法对BP算法进行优化,从而建立针对病理气味数据分析的模型。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 项目立项的科学依据
• 1.2 电子鼻系统简介及研究现状
• 1.2.1 电子鼻系统简介
• 1.2.2 电子鼻系统研究现状
• 1.3 电子鼻在临床应用方面的现状
• 1.4 本项目研究目标和概要设计
• 1.4.1 研究目标
• 1.4.2 概要设计
• 第2章 气敏传感器阵列模块设计
• 2.1 引言
• 2.2 气敏传感器
• 2.2.1 气敏传感器类型
• 2.2.2 气敏传感器主要技术指标
• 2.3 气敏传感器阵列
• 2.3.1 人体口腔病理气体成分
• 2.3.2 气敏传感器选择
• 2.4 本章小结
• 第3章 硬件部分详细设计
• 3.1 总体设计
• 3.2 信号放大模块
• 3.3 I/V转换模块
• 3.4 A/D转换模块
• 3.4.1 AD转换芯片
• 3.4.2 转换原理
• 3.4.3 多路选择
• 3.5 控制模块
• 3.5.1 控制芯片
• 3.5.2 单片机软件设计
• 3.6 本章小结
• 第4章 软件部分详细设计
• 4.1 引言
• 4.2 STCM应用软件的功能
• 4.3 STCM应用软件的实现
• 4.3.1 参数设置模块实现
• 4.3.2 数据图形显示模块的实现
• 4.3.3 与单片机通信实现
• 4.3.4 采样控制模块实现
• 4.3.5 数据文件预览模块实现
• 4.4 本章小结
• 第5章 实验结果与算法分析
• 5.1 引言
• 5.2 样本原始数据采集
• 5.3 数据预处理
• 5.4 特征提取和降维
• 5.4.1 主成分分析基本理论
• 5.4.2 主成分分析的性质
• 5.4.3 气体PCA定性分类实验
• 5.5 模式分类算法
• 5.5.1 BP神经网络理论
• 5.5.2 基于BP算法的神经网络的设计考虑
• 5.5.3 BP网络神经单元传递函数与网络训练算法的确定
• 5.5.4 BP网络隐层神经元数目的确定
• 5.6 识别模型
• 5.7 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢