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随着数字信号处理技术的飞速发展,基于小波变换的信号处理技术在数字图像处理、工业自动化信号处理、机器人技术以及生物信号处理等领域得到了广泛的应用。基于小波变换(Wayelet Transform,WT)的胃电(Electrogastrogram,EGG)信号采集系统是小波变换在数字信号处理领域中一个新的应用,其特点是利用了小波变换的去噪雨和分频的功能来解决胃电信号幅值小、频率低的问题,这种解决方案可以充分利用小波变换的特点予以实现。这类系统较之于传统的胃电系统的优点主要体现在两个方面:一方面提高了信噪比,降低了胃电信号的高频噪声,使更多有价值的胃电信息加以突出;另一方面实现了精确的快、慢波频段的滤波,使得胃电信号的快、慢波频段信号得以真实还原。
胃电图的使用为胃病的科学诊断开辟了新的可靠的解决途径,但同时也带来了新的挑战,胃电数据的主要特征——幅值小、频率较低、信噪比低等——严重降低了胃电的实际使用价值,甚至导致胃电的不可靠及误诊。传统的胃电信号处理方法和滤波算法效果并不理想想,而且滤波效果不够精确,存在大量噪声和干扰。另外,传统的滤波算法并没有考虑快、慢波分别滤波及叠加等问题。一个理想的胃电信号采集系统是所有特征频段信号进行叠加或加或加权叠加以合理反映胃电的真实特征。基于以上原则,本文提出了基于小波变换的胃电信号处理方法,并将其应用于医疗摩胃机构控制系统的分析和设计中,针对以上方法及应用在以下几个方面进行了深入研究:
1.针对现有的胃电信号采集和信号处理系统存在的问题,提出了基于小波变换的胃电采集和滤波算法。该信号处理和滤波算法充分考虑了胃电的幅值特性和频率特性,实现了系统胃电快、慢波的滤波和叠加,为胃电系统奠定了基础。
2.基于小波变换理论,提出了新的信号处理和滤波模型,并以狗胃电采集实验问题为例说明了基于小波变换的胃电信号处理和滤波算法。分析小波变换的双尺度分解方法及其特征,并与传统的信号处理和滤波算法进行对比分析,实验结果表明,基于小波变换的信号处理和滤波算法是有效的。
3.在基于小波变换的胃电信号处理系统中,小波基函数的种类繁多,其滤波效果差别很大,需要进行量化衡量和优化。因此,提出了基于信息熵、信号能量和联合熵的小波基函数的选择方法来进行小波基函数的优化。通过对小波基函数的定义及其构造的分析,利川胃电的频率和幅值特征作为约束条件,进行小波基函数的构造和小波提升,实现小波基函数的优化选择。并且通过人胃电的采集和分析证明了小波基函数选择方法的有效性。
4.针对糖尿病性胃轻瘫病人,在分析了糖尿病性胃轻瘫疾病的基本病理的基础上,通过对糖尿病性胃轻瘫的常规药物治疗的分析得知,常规药物治疗对病人的肾脏等器官有很大伤害,并且药物治疗主要是以增强胃动力为目的。针对该问题,本文提出了基于胃电信号处理的医疗摩胃机构系统。通过胃起搏器的电穴位刺激以及实时跟踪胃电慢波的摩胃机构以模拟增强胃动力,通过电信号和机械信号来增强胃动力。通过理论和实验分析,基于胃电信号处理的医疗摩胃机构可以起到增强胃动力的效果。
基于小波变换的胃电信号采集系统克服了传统的胃电采集系统的缺点。通过小波双尺度变换和傅里叶变换实现了胃电快、慢波的滤波和叠加。这种滤波算法较之于传统的滤波算法在降低各频段噪声及低频滤波方面具有很大的优势。对于提高信噪比和观察快、慢波特征具有现实意义。