基于时频方法和独立分量分析的肠道压力数据分析

摘要

结肠运动功能异常是一种发病率很高的疾病，近20％的个体都受其影响。结肠腔内压力测量可以准确反映腔内压力变化的幅度、频率等，记录严重的结肠动力功能失调，被广泛用于评价消化道运动情况，对运动功能障碍疾病的诊断有较高的价值，是其他信息不可替代的。 时频分析方法是分析非平稳信号的常用方法，适用于分析频率成分随时间变化的非稳态信号。独立分量分析方法基于高阶统计量，能够根据多通道系统的输出数据来判断输入的原始信号和传递函数，也被多用于生物医学信号的分离和检测。 由于结肠的生理特点，即便是节律性收缩亦存在一定的非平稳性，传统的时域或频域方法不能够较好地分析出信号特性。本文通过构造与待分析的结肠动力存在相似点的人工测试信号，对不同的时频分析方法及其选用的参数进行检验，选取了时频分析方法中的短时傅立叶变换（STFT）和平滑魏格纳-维尔分布（SPWVD）方法以及合适的窗，对测得的结肠压力数据进行分析，较好地给出了部分样本具有生理意义的时频特性。但是，由于腔内压力往往由多种动力模式混合而成，不同的动力模式具有不同的生理意义和特征，但在时频域上却存在相对的混叠，加之外界噪声的影响，给时频分析带来了不小的困难。因此本文结合非线性滤波和独立分量分析（ICA）等方法，尝试在去除噪声干扰的同时，将结肠动力模式中的不同分量分离之后再进行相应的时频分析。 结果证明此方法能够适用于更多的信号，有效去除噪声，得出清晰的时频表示和不同动力模式，据此可以对正常和病患做出初步的区分。