胃肠道生理信息无创检测系统及实验研究

论文摘要

胃肠动力障碍性疾病是临床常见病,反映胃肠功能的胃肠运动生理参数检测及结果分析已成为正确诊断动力障碍性疾病的重要方法。作为消化系统三大基本生理功能之一的胃肠运动功能的研究同样依赖于消化道运动生理参数的检测和分析。但到目前为止,还没有一种方法能在无需清肠禁食的正常生理条件下对整个胃肠道运动生理参数进行长时间动态实时监测。这一现状不仅大大制约了临床对动力性疾病的诊查效果,也导致长期以来医学界对健康者和患者胃肠运动及其变化规律的不完全了解和掌握,对胃肠道动力性能的评价缺乏科学、客观、公认的标准。因此,本文将致力于解决人体消化道运动生理信息的无创获取、信号分析处理及应用等问题。本文在国家自然科学基金:胃肠道动力和生理参数无创检测技术及胃肠功能数字化研究(项目编号:30570485)和国家高技术研究发展计划(国家863计划):基于无线功能的微型胶囊内镜系统实用化研究(项目编号:2006AA04Z368)资助下,首先研究了人体胃肠道运动生理参数的无创检测方法,力图解决正常生理状态下,人体胃肠道温度、压力和pH值的长时间实时监测问题,为临床胃肠动力性疾病的诊查提供有力工具,为人体胃肠运动功能研究和胃肠动力功能评价提供定量依据。以此研究为基础,进一步探讨了压力检测信号的分析处理方法及利用压力信号实现消化道动力功能评价和辅助动力性疾病诊断的方法。本研究对于人类社会保健普查工作、对于消化系统动力性疾病的诊查具有重要意义和显见的社会与经济效益,并力求对人体消化系统运动功能和动力性能的研究起进一步的推动作用。本文研制了高精度胃肠道生理参数遥测胶囊。详细的论述了生理参数遥测胶囊的工作原理、结构设计和封装。临床试验证明,生理参数遥测胶囊能可靠检测人体胃肠道腔内温度、压力和pH值等生理参数。微型遥测胶囊获得胃肠道压力数据是研究胃肠动力功能的重要参数。微型遥测胶囊获得的压力数据序列是一维的,同时包含一些独立成分。本文运用嵌入维、时间延迟自动算法重建多维相空间,然后经过快速ICA算法确定信号的主导成分和其他独立成分,最后经过Hilbert Huang转换方法分析消化期间的胃肠动力情况。结果证明这些方法可以有效地分析胃肠动力功能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 胃肠道多元医学信息无创遥测系统的研究背景与意义
• 1.2 胃肠道多元医学信息遥测系统的国内外研究现状
• 1.3 本文研究的主要内容和工作
• 第二章 多元医学信息无创遥测系统的研制
• 2.1 多元医学信息无创遥测系统的总体结构
• 2.2 多元医学生理信息遥测胶囊各模块的结构和电路设计
• 2.2.1 微传感模块的设计
• 2.2.2 电源模块的研究
• 2.2.3 信号处理模块设计
• 2.2.4 射频通讯模块设计
• 2.3 生理参数遥测胶囊的封装
• 2.4 便携式数据接收器的设计
• 2.5 小结
• 第三章 基于免疫原理的RBF 网络模型的数据标定处理系统
• 3.1 误差来源
• 3.1.1 温度信号的误差来源
• 3.1.2 压力信号的误差来源
• 3.1.3 pH 信号的误差来源
• 3.2 标定设备
• 3.2.1 温度和压力的标定
• 3.2.2 pH 值的标定
• 3.3 基于免疫原理的RBF 网络模型学习算法
• 3.3.1 人工免疫识别算法
• 3.3.2 RBF 网络模型算法
• 3.3.3 基于免疫原理的RBF 网络模型学习算法
• 3.4 基于免疫原理的RBF 神经网络的时间序列预测方法
• 3.4.1 温度数据的标定处理系统
• 3.4.2 压力数据的标定处理系统
• 3.5 补偿精度
• 3.6 小结
• 第四章 基于相空间重构和快速ICA 算法的胃动力研究
• 4.1 胃的动力功能及其运动模式
• 4.1.1 消化间期胃的运动模式
• 4.1.2 消化期胃的运动模式
• 4.1.3 胃测压意义及其应用
• 4.1.4 胃运动功能的压力测定方法
• 4.2 基本原理
• 4.1.1 相空间重构
• 4.2.2 快速ICA 算法
• 4.3 实验及其数据分析
• 4.3.1 受试者
• 4.3.2 实验数据
• 4.3.3 结果和讨论
• 4.3.4 胃部主导压力信号的谱分析
• 4.4 小结
• 第五章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间所发表的学术论文目录