体表胃电图的检测、处理及胃电慢波传导的研究

摘要

胃是人体重要的消化器官，胃部疾病也是临床上的一种常见病，尽管人们对其研究已进行了多年，但对于一些常见的胃动力障碍性、功能性疾病，仍然缺乏深刻的认识，缺乏有效的诊断和治疗手段。自美国生理学家Alvarez首次从人的腹壁体表记录到胃电活动，即胃电图(Electrogastrogram，EGG)，以来，许多学者都试图以胃电作为胃的生物功能指标，研究胃的生理和病理规律，希望将其应用于临床实践，作为胃疾病患者的诊断和疗效判定的客观指标。本文研究的主要目的就是设法检测出人体的胃电信号，研究胃电图中慢波成份的有效提取方法，建立胃电慢波传导的数学模型，最终为胃电图的临床应用提供新的概念和认知手段。 本文在体表胃电图的检测、体表胃电图中慢波的提取以及胃电慢波传导模型方面进行了深入的研究，取得了一些令人满意的结果。深入阐述了胃电图的生理基础，从电生理学的角度描述胃电的产生机理、胃电慢波的功能和特点。 体表胃电信号非常微弱，本文成功研制了单通道的体表胃电检测系统，可以实现体表胃电信号的实时采集、显示和存储。实验证明，系统性能稳定，隔离性、安全性好。本文还在此基础上开发出便携式长时间的胃电记录系统，系统以电池供电，以MMC卡作为胃电数据的存储器，可以实现胃电信号的便携式、长时间记录。系统功耗低，小型化，电路结构紧凑。为分析长时间的胃电参数提供了保证，也为相关医疗检测设备提供了一个大容量的存储器解决方案。 本文首次将经验模态分解的方法应用于体表胃电图慢波的提取，有效地剔除了胃电中心电、呼吸等成份的干扰，提高了胃电慢波的信噪比。文中还从理论上进一步证明了该方法相对于自适应滤波和小波多尺度分解在胃电图慢波提取上更具有优越性。 根据胃电信号传导的途径，本文为胃电慢波的传导建立了一个数学的模型。研究表明，通过该模型可以仿真出体表多道的EGG，并且与Chen JD等人的实验结果相一致，也进一步证实了该模型的真实可靠性。这为相关的科研人员提供一个基于计算机的胃电特性研究的平台。 总之，我们的研究工作为胃的电活动的检测、胃电慢波的提取方法，特别是为胃电慢波的传导特性的研究提供了许多重要的信息，为胃电图在临床上的广泛应用提供了一些可靠依据。

目录

文摘

英文文摘

前 言

第一章体表胃电图的生理基础

1.1胃的结构和功能

1.1.1胃的解剖结构

1.1.2胃的生理功能

1.2胃的电活动

1.2.1单个平滑肌细胞胃电活动

1.2.2胃电产生机理

1.3胃电慢波的特点和功能

1.4本章小结

第二章单通道体表胃电检测系统

2.1系统总体设计

2.2体表胃电记录仪的研制

2.2.1体表胃电记录仪的电源设计

2.2.2胃电信号放大滤波电路设计

2.2.3胃电信号的采集

2.2.4胃电信号的隔离传输系统设计

2.3双极单通道体表胃电的测量

2.3.1胃电测量传感器

2.3.2体表电极的放置

2.3.3体表胃电的测量

2.4本章小结

第三章体表EGG慢波提取方法的研究

3.1自适应的慢波提取方法

3.1.1 LMS自适应滤波器原理

3.1.2基于自适应滤波的体表EGG慢波提取

3.2小波多尺度分解

3.2.1小波变换的基本理论

3.2.2基于小波多尺度分解的胃电慢波提取

3.3经验模态分解

3.3.1经验模态分解的处理过程

3.3.2经验模态分解在胃电慢波提取中的应用

3.4体表胃电图慢波提取方法的比较

3.4.1信噪比的比较

3.4.2重构误差的比较

3.4.3实验及结果

3.5本章小结

第四章胃电慢波的传导模型及体表多道EGG检测仿真

4.1胃壁及腹壁的肌层结构

4.1.1胃壁的肌层结构

4.1.2腹壁的肌层结构

4.2浆膜胃电慢波的模型

4.2.1改进的正弦波模型

4.2.2改进的FitzHugh-Nagumo模型

4.3胃电慢波的传导模型

4.3.1胃电慢波传导的圆柱环模型

4.3.2传导模型的约简

4.4体表多道EGG检测仿真

4.5本章小结

第五章便携式长时间胃电检测系统的研制

5.1系统总体设计

5.2系统电源设计

5.3胃电放大、滤波电路设计

5.4单片机与MMC卡接口设计

5.4.1 MMC卡的引脚说明

5.4.2单片机与MMC卡的接口电路

5.4.3 MMC卡底层读写原理

5.4.4 MMC卡的文件系统及其实现方法

5.5系统软件设计及应用效果

5.6本章小结

第六章总结与展望

6.1论文的总结

6.2进一步的工作

6.3展望

参考文献

致 谢

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