一種胃磁信號的特征提取與分類系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于生物電磁學領(lǐng)域，具體設及一種胃磁信號的特征提取與分類系統(tǒng)及方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 胃腸道疾病是當今社會中的一種常見病和多發(fā)病，其發(fā)生率超過全世界總?cè)丝跀?shù) 的1%，對人們的日常工作和學習產(chǎn)生了嚴重影響；隨著人們生活節(jié)奏的加快導致飲食結(jié)構(gòu) 隨之發(fā)生著變化，飲食的多樣性也催生了諸多不良的飲食習慣;暴飲暴食及不科學的節(jié)食 都是導致胃腸道性疾病的誘因；胃腸道疾病診斷的常見方式有胃鏡、放射性核素呼氣試驗、 胃排空閃爍顯像、X射線等，但是運些方法會對患者產(chǎn)生一定的危害。
[0003] 相對于上述侵入式的胃腸道疾病檢測方法，體表胃電圖具有無創(chuàng)、方便，且不影響 胃的正?；顒拥奶攸c；實際上胃電信號中包含胃電快波與胃電慢波兩種重要的信號成分， 但由于人體組織器官的的衰減作用導致胃電快波信號傳導至體表時快波成分幾乎變?yōu)?， 因此胃電測量中并不包含可用于疾病診斷的快波成分;雖然人體組織器官的電阻值較大， 但是人體的相對磁導率卻與自由空間的相對磁導率十分接近，即相對磁導率的值為1，新型 巨磁阻抗傳感器的出現(xiàn)為胃磁信號的測量提供了可能;通過提取胃磁信號的開始時刻、持 續(xù)時間、頻率和幅值等重要特征可W用于對胃部疾病的診斷；
[0004] 胃磁信號同胃電、腦電和屯、電一樣都屬于非平穩(wěn)、非線性的生物信號，即對胃磁信 號的特征提取與分析必須建立在合理的信號處理方法之上，因此，研究對胃磁信號特征提 取方法與分類系統(tǒng)具有很重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出一種胃磁信號的特征提取與分類系統(tǒng)及方法， 實現(xiàn)對胃磁快波的幅值、頻率信息的提取，對不同狀態(tài)下的胃磁快波信號進行分類。
[0006] -種胃磁信號的特征提取與分類系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括胃磁快波信號提取模塊、胃磁 信號濾波模塊、胃磁快波特征提取模塊和胃磁信號分類模塊，其中，
[0007] 胃磁快波信號提取模塊:利用形態(tài)學方法對不同生理狀態(tài)的胃磁快波信號中的基 線漂移成分進行提??；
[000引胃磁信號濾波模塊：用于通過構(gòu)造化S自適應濾波器與形態(tài)學方法相結(jié)合的方式， 對胃磁快波信號中的基線漂移成分進行濾除;并通過小波包方法對胃磁信號中與快波成分 頻率相近的噪聲進行濾除；
[0009] 胃磁快波特征提取模塊：用于通過匹配追蹤與非參數(shù)基函數(shù)方法相結(jié)合的方式， 提取胃磁快波信號的特征成分；
[0010] 胃磁信號分類模塊:用于通過聚類算法對不同生理狀態(tài)的胃磁信號進行分類。
[0011] 采用胃磁信號的特征提取與分類系統(tǒng)進行的提取與分類方法，包括W下步驟：
[0012] 步驟1、采用胃磁快波信號提取模塊通過形態(tài)學方法，對不同生理狀態(tài)的胃磁快波 信號中的基線漂移成分進行提??；
[0013] 步驟2、采用胃磁信號濾波模塊通過構(gòu)造化S自適應濾波器與形態(tài)學方法相結(jié)合的 方式，對胃磁快波信號中的基線漂移成分進行濾除；
[0014] 步驟3、采用胃磁信號濾波模塊通過小波包方法對胃磁信號中與快波成分頻率相 近的噪聲進行濾除；
[0015] 步驟4、采用胃磁快波特征提取模塊通過匹配追蹤與非參數(shù)基函數(shù)方法相結(jié)合的 方式，提取胃磁快波信號的特征成分；
[0016] 步驟5、采用胃磁信號分類模塊通過聚類算法對不同生理狀態(tài)的胃磁信號進行分 類。
[0017] 步驟2所述的采用胃磁信號濾波模塊通過構(gòu)造化S自適應濾波器與形態(tài)學方法相 結(jié)合的方式，對胃磁快波信號中的基線漂移成分進行濾除，具體步驟如下：
[0018] 步驟2-1、初始化胃磁信號濾波的權(quán)向量矩陣和逆矩陣；
[0019] 所述的胃磁信號濾波的權(quán)向量矩陣W(O)=O,所述的逆矩陣P(O) = CTiI,其中，O為 控制參數(shù)，I為單位陣；
[0020] 步驟2-2、更新增益矢量；
[0021] 具體公式如下：
[0022] g(n)=P(n-l)X(n)/[A+X^(n)P(n-l)X(n)] (1)
[0023] 其中，g(n)表示n時刻的增益矢量;A為遺忘因子，且〇<A<l:n表示n時刻;P(n-l) 表示n-1時刻的自相關(guān)矩陣的逆矩陣，X(n) = [x(n)，x(n-1)，. . .，x(n-M+l)]T表示n時刻自 適應濾波器的參考輸入向量，M表示濾波器的長度;義(11)，義(11-1)，...，義(11-1+1)分別表示11 時刻輸入濾波器組的胃磁信號的M種頻率成分，包含有用的信號和噪聲成分；
[0024] 步驟2-3、對胃磁信號進行濾波處理；
[002引具體公式如下：
[00%] y(n)=wT(n_i 巧(n) 口）
[0027] 其中，y(n)為化S自適應濾波器輸出的胃磁信號；
[0028] 步驟2-4、根據(jù)設置的期望基線漂移輸入信號，獲得誤差信號；
[0029] 具體公式如下：
[0030] e(n) =d(n)-y(n) (3)
[0031] 其中，e(n)為誤差信號，y(n)為自適應濾波器的輸出值，d(n)為期望基線漂移輸入 信號；
[0032] 步驟2-5、更新權(quán)向量矩陣；
[0033] 具體公式如下：
[0034] W(n) =W(n-l)+g(n)e(n) (4)
[0035] 其中，W(n)表示n時刻的權(quán)向量矩陣，W(n-l)表示n-1時刻的權(quán)向量矩陣；
[0036] 步驟2-6、更新逆矩陣；
[0037] 具體公式如下：
[0038] P(D)=A-I 巧(n-l)-g(n)xT(n)P(n-l)] (5)
[0039] 其中，P(n)為自相關(guān)矩陣的逆矩陣；
[0040] 步驟2-7、返回執(zhí)行步驟2-2,根據(jù)更新后的權(quán)向量矩陣和逆矩陣進一步更新增益 矢量，當誤差信號小于設定值時，即最終當自適應濾波器的輸出逼近期基線漂移時，停止迭 代，即完成對胃磁快波信號中的基線漂移成分的濾除。
[0041] 步驟4所述的采用胃磁快波特征提取模塊通過匹配追蹤與非參數(shù)基函數(shù)方法相結(jié) 合的方式，提取胃磁快波信號的特征成分，具體步驟如下：
[0042] 步驟4-1、構(gòu)建一個具有多個分析濾波器和多個綜合濾波器的低通原型均勻濾波 器組；
[0043] 步驟4-2、設置一個胃磁快波信號初始模板信號，初始最優(yōu)估計值與初始模板信號 相同；
[0044] 步驟4-3、更新胃磁快波信號的模板信號；
[0045] 具體公式如下：
(6)
[0047] 其中，xj(n)表示第j次迭代時使用的模板信號，a表示補償因子，〇<a<l，xj-i(n) 表示j-1次的模板信號，y(n)表示去噪后的胃磁信號，即自適應濾波器的輸出值，與(n)表示 通過濾波器計算得到的胃磁信號的最優(yōu)估計值的第j個分量J表示分析濾波器的個數(shù)；
[0048] 步驟4-4、采用非參數(shù)基函數(shù)方法從去噪后的胃磁信號y(n)中提取出與更新后的 模板信號^(1〇最匹配的特征成分的最優(yōu)估計值s',,（/?)，即對最優(yōu)估計值進行更新；
[0049] 步驟4-5、更新殘余的胃磁信號；
[(K)加]具體公式如下：
[0051 ]公州/=必/-與 (7)
[0052] 其中，RW表示每次迭代時胃磁信號通過第j個分析濾波器后提取到的相應的信號 成分；
[0053] 步驟4-6、重復步驟4-3至步