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人体肠鸣音检测系统研制及肠鸣音信号处理方法研究

作　者: 张和华
导　师: 吴宝明
学　校: 第三军医大学
专　业: 生物医学工程
关键词: 肠鸣音 C8051F340单片机信号检测特征提取自动分类
分类号: R318.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 70次
引　用: 1次
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内容摘要

肠鸣音是人体重要的生理信号之一,它反映了人体肠道的运动状态,也是临床诊断肠道疾病的一项重要指标。正常与病理状态下的肠运动不同,可以形成不同特征的肠鸣音。当人体患有某些肠道疾病特别是伴有肠梗阻时,常常表现为肠鸣音次数增加,响度增大,音调升高,可拾取到金属音或者高调音等异常音。正确区分不同特征的肠鸣音,可以为临床提供重要的诊断信息。虽然国内外对肠鸣音的研究起步较早,但由于肠鸣音具有信号微弱、噪声复杂、周期性差、随机性强等特点,使它的临床应用受到很大限制。目前,临床医生仍然采用传统的听诊器来检测肠鸣音。为了克服目前肠鸣音检测主观性强、精确度低、科学性差的问题,作者研制了一套基于C8051F340单片机的人体肠鸣音检测系统,用于准确拾取肠鸣音。系统包括硬件和软件两部分,硬件系统包括多路传声器、放大电路、滤波电路、电平抬升、单片机电路、系统供电等,软件系统包括下位机程序和上位机程序。系统工作过程如下:传声器首先将拾取到的肠鸣音转换为电信号,然后经过放大、滤波后进行电平抬升,以满足A/D转换的幅度要求。信号进入单片机电路后,单片机内部自带的AD转换器将模拟信号转换为数字信号,然后利用USB收发器以BULK传输方式上传至PC机进行显示、存储以及后续处理。系统调试完成后,分别采集了正常人和临床肠梗阻病人的肠鸣音信号,并进行对比分析。信号的分析包括信号去噪、特征提取以及识别分类等。论文中采用了自适应滤波和独立分量分析来去噪,自适应滤波能很好地去除夹杂在信号中的环境噪声,而独立分量分析对于盲源信号的分离具有独特的优点。为了有效地提取肠鸣音信号的特征,运用了小波分析、归一化香农能量分布、功率谱密度估计等多种方法,从多个角度对肠鸣音进行分析处理,通过定性和定量分析,发现几种不同类型的肠鸣的特征值存在典型差异。利用这些特征值结合适当的分类方法可以实现肠鸣音的自动分类。肠鸣音的检测和分析在胃肠道疾病的诊断治疗中具有重要的价值,上述结果表明利用本系统可以有效地获取肠鸣音信号,信号经过后续处理能有效区分不同类型的肠鸣音,利用该方法有助于肠道疾病的辅助诊断。

全文目录

英文摘要  5-7
中文摘要  7-8
第一章绪论  8-13
  1.1 课题研究的意义  8
  1.2 国内外研究历史  8-11
  1.3 课题研究的目的和内容  11-12
  1.4 论文结构  12-13
第二章肠鸣音的生理基础  13-18
  2.1 肠的结构和功能  13-14
    2.1.1 肠的生理结构  13-14
    2.1.2 肠的生理功能  14
  2.2 肠鸣音  14-16
    2.2.1 肠鸣音的产生  14
    2.2.2 肠鸣音的特征量  14-15
    2.2.3 肠鸣音的分类  15-16
  2.3 肠梗阻  16-17
    2.3.1 肠梗阻的分类  16
    2.3.2 肠梗阻的检测  16-17
  2.4 肠鸣音在临床检测中的应用前景  17
  2.5 小结  17-18
第三章系统总体设计  18-24
  3.1 检测原理及系统框图  18-19
    3.1.1 检测原理  18
    3.1.2 系统框图  18-19
  3.2 系统设计  19-22
    3.2.1 传声器  19-20
    3.2.2 前端信号处理单元设计  20-21
    3.2.3 单片机处理单元设计  21-22
    3.2.4 系统供电  22
  3.3 信号分析探索  22-23
  3.4 小结  23-24
第四章系统硬件设计  24-34
  4.1 概述  24
  4.2 传声器  24-26
  4.3 前端信号处理部分  26-28
    4.3.1 前置放大电路  26-27
    4.3.2 滤波和主放大电路  27-28
    4.3.3 电平抬升电路  28
  4.4 单片机处理部分  28-31
  4.5 系统供电  31-33
  4.6 小结  33-34
第五章系统软件设计  34-43
  5.1 概述  34
  5.2 下位机程序设计  34-40
    5.2.1 下位机软件流程图  34-36
    5.2.2 下位机编程及实现  36-40
  5.3 上位机程序设计  40-43
    5.3.1 上位机软件流程图  40-41
    5.3.2 上位机程编程及实现  41-43
第六章肠鸣音信号检测与处理  43-64
  6.1 概述  43
  6.2 肠鸣音信号检测  43-44
  6.3 肠鸣音信号预处理  44-52
    6.3.1 自适应干扰对消  44-48
    6.3.2 独立分量分析去噪  48-52
  6.4 肠鸣音信号特征提取  52-63
    6.4.1 小波分析  52-54
    6.4.2 归一化香农能量分布  54-56
    6.4.3 功率谱密度估计  56-57
    6.4.4 特征值计算  57-63
  6.5 小结  63-64
第七章总结与展望  64-67
  7.1 论文工作总结  64-65
  7.2 未来工作展望  65-67
致谢  67-68
参考文献  68-72
硕士期间发表的论文目录  72-73
附录  73-74

人体肠鸣音检测系统研制及肠鸣音信号处理方法研究

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