1重庆邮电大学生物医学信息工程研究所，重庆市400065；2中国医学科学院生物医学工程研究所，天津市 300192

王 伟★，男，1977年生，江西省南昌市人，回族，2004年中南民族大学毕业，硕士，讲师，主要从事医学信号检测与处理、智能医学仪器研究。
jmcar@126.com

国家自然科学基金资助项目(60471041)*；重庆邮电大学科学基金资助项目（A2004-61）*；重庆邮电大学青年科学基金资助项目（A2006-47）*

中图分类号:R319.3
文献标识码:A
文章编号:1673-8225
(2007)13-02434-03

收稿日期：2006-11-18
修回日期：2007-03-19
(06-50-11-8377/N·Y）

Application of wavelet transform and bio-impedance technique in gastric motility
information ***★

Ａｂｓｔｒａｃｔ
ＡＩＭ:To investigate the method of extracting gastric motility information with wavelet transform and bio-impedance technique.
ＭＥＴＨＯＤＳ: The experiment was carried out in the Institute of Biomedical Engineering, Chongqing University of Posts and Telecommunications between July and October in 2006.①Twenty-four male volunteers aged 20－21 years were examined normal in gastric motility and were adopted in this experiment. Gastric emptying detection was performed with four probe method in bio-impedance technique after the testees were fasted for 8 hours and then drank 400 mL purified water (37 ℃).②The wavelet transform was addressed to deal with the noised body surface bio-impedance signal, in which the dbN was used to decompose the signal into multi-resolution analysis and reconstruct it on selected ones. Gastric impedance signal was obtained by eliminating the respiration impedance and blood impedance.
ＲＥＳＵＬＴＳ: All of the 24 subjects completed the test and entered the result analysis. The base impedance characteristic held the line before drinking, and stepped up after drinking, then decreased quickly, at last slow-moving stepped down. The half time of gastric empting was (8.78±1.76) minutes. The frequency scope of gastric impedance by reconstructing with the wavelet transform was ranged 2－4 counts per minute. The smooth surface was beneficial for the removal of respiration and blood impedance signal.
ＣＯＮＣＬＵＳＩＯＮ: ①Though the gastric impedance is influenced by many factors, such as gastric secretion and components of test meal, there is a corresponding relation between impedance curve and gastric perfusion by selecting non-nutrient and low-electrical conductivity solid, which provides a non-invasive method to investigate surface gastric emptying function in clinic.②Because of the identical frequency consistency of gastric impedance reconstructed by wavelet transform and gastric motility, we can use the mechanical feature to analyze and evaluate the function of gastric motility, and avoid the inaccurate judgment to the gastric function disorder through surface electrogastrography.

Wang W, Li ZY, Ren CS.Application of wavelet transform and bio-impedance technique in gastric motility information.Zhongguo Zuzhi Gongcheng Yanjiu yu Linchuang Kangfu 2007;11(13):2434-2436(China)
[www.zglckf.com/zglckf/ejournal/upfiles/07-13/13k-2434(ps).pdf]

摘要
目的：探索基于小波变换和阻抗技术提取胃动力信息的方法。
方法：实验于2006－07/10在重庆邮电大学生物医学信息工程研究所实验室完成。①选择胃动力正常的男性志愿者24名（年龄20～21岁），空腹8 h后喝纯净水400 mL（水温37 ℃），利用阻抗技术的四电极法进行胃排空检测。②运用小波变换方法结合Daubechies小波系对体表阻抗信号进行多分辨分析和重构，滤除呼吸阻抗和血流阻抗，进而获得胃阻抗信号。
结果：24名被试均完成测试进入结果分析。被试具有喝水前基础阻抗不变，喝水后阻抗升高，然后快速下降再缓慢下降的特点，400 mL纯净水的半排空时间为（8.78±1.76） min。利用小波变换对体表阻抗信号重构后获得的信号频率范围在2～4次/ min，表面光滑，有效去除了呼吸阻抗和血流阻抗信号。
结论：①尽管胃阻抗受到胃酸分泌、试餐成分等多种因素的影响，但选用电导率低的无营养液体仍可获得阻抗曲线和胃容积变化的对应关系，为胃排空功能研究提供一种新的体表无创检测途径。②利用小波变换重构的阻抗信号频率与健康人胃蠕动节律一致，可以对胃蠕动功能从机械特性角度进行分析和评价，从而避免了胃电信号不能准确判断胃蠕动等机械活动失常所引起的胃动力紊乱。
关键词：小波变换；生物阻抗；胃动力；胃排空

王伟，李章勇，任超世.小波变换和阻抗技术在胃动力研究中的应用[J].中国组织工程研究与临床康复，2007，11(13):2434-2436
[www.zglckf.com/zglckf/ejournal/upfiles/07-13/13k-2434(ps).pdf]

0 引言

据统计，国内50%的胃肠疾病与胃动力异常相关，是消化内科医师关注的热点[1]。但目前对胃动力功能的研究落后于对胃的内、外分泌功能及胃的形态学的研究，重要原因之一就是缺乏方便、有效的胃动力学检查方法和手段[2－4]。在现有的胃动力学检测方法中，腔内压测量、恒压器检查等为创伤性方法，患者不易接受；闪烁扫描法是胃排空测量的金标准，因其使用核素或射线，不宜长时间、多次重复使用；超声方法能够观察出胃排空或胃运动情况，可以用于消化过程的长时间检查和评价，但在操作技术上还存在难度[5－7]；体表胃电检测由于无创、方便，可以直接用于评价与胃节律有关的疾病[8－10]，但体表胃电的产生并不是完全对应于胃的活动[11]，如果只采用体表胃电作为评价依据，那在胃蠕动和胃排空等机械活动过程中，对由机械活动失常所引起的胃动力紊乱就不能做出准确判断[12]。本文探索基于小波变换和阻抗技术提取胃动力信息的方法。

1 对象和方法

设计：单一样本观察。
单位：重庆邮电大学生物医学信息工程研究所。
对象：实验于2006－07/10在重庆邮电大学生物医学信息工程研究所实验室完成。受试者为自述胃动力正常，即无器质性胃病、无功能性消化不良等症状，年龄20～21岁的男性（志愿者）。
设计、实施、评估者：设计、实施分别由第一、二作者完成，评估由全部作者完成，实验参与人员均进行过专业培训。
方法：实验采用四电极法提取体表胃阻抗信号，测量部位在胃体表，试餐为400 mL纯净水，水温37 ℃，被试为空腹8 h的24名健康志愿者[13－15]。实验结束后得到反映胃排空过程的图1。

小波变换：图1的曲线整体反映的是胃排空过程，而曲线中的毛刺是由胃蠕动信息、血液阻抗信息、呼吸阻抗信息和被试运动造成的运动伪迹等成分构成的体表阻抗信号，若能从中提取出胃蠕动信息，那就可以对胃蠕动功能进行分析和评价。
小波变换是一种多分辨率的时频分析方法，其信号分解效果较之许多方法有着显著的优点，尤其是它具有多分辨分析的特征，可以获得不同尺度上信号的不同频率成分[16，17]。DB小波没有特定的解析式，通过叠代可获取高阶的具有光滑的时频特性，特别具有较好的时频分离特性，因此选用DB小波系将采集的体表阻抗信号分解成1个近似部分和5个细节部分，其中近似部分代表了胃蠕动信息，随后再对其进行相似运算，即可得到反映胃蠕动的胃阻抗信号。
主要观察指标：经小波变换后的胃阻抗信号。

2 结果

24名被试均完成测试进入结果分析。
从图1可知，饮水前，被试者空腹，胃内环境几乎没有变化，呈现出一条直的基础阻抗曲线。10 min时开始饮水，此时阻抗急剧升高，饮水完毕达到顶点，表明胃内容积达到最大值，电极之间的电阻抗也达到峰值。纯净水进入胃后马上排空，开始呈现出快速排出相，为一条下降速度较快的直线，经过一段时间后（大约10 min），由于胃内液体体积和重量的减少，排空速度降低，呈现出阻抗曲线下降减缓的趋势。本组实验样本24名，半排空时间的测定采用饮水后阻抗值到达顶点为排空时间起点，虽然电导率小的纯净水对胃内环境影响很小，但胃酸分泌是一个不间断的过程，在排空末期胃酸的分泌或多或少会影响胃内液的电导率，从而影响阻抗测量。因此半排空时间终点确定到阻抗下降到排空初期（最大阻抗值）与饮水前基础阻抗差值一半的时间点作为GET 1/2的终点。本组实验样本的均值是8.78 min（即，平均半排空时间是8.78 min），方差1.76。
胃蠕动信号可以评价胃动力状况，依据是其餐前餐后节律的改变。图2为任意提取图1的一段3 min的体表阻抗信号，经过DB小波分解和运算后得到图3，主要包含2～4/min次的胃蠕动信号，原有的呼吸阻抗、血流阻抗等干扰信号都被小波分解滤除。

3 讨论

生物阻抗技术是利用生物组织及器官的电学特性来提取人体生理信息的无创检测技术，它依据的原理是体内某一部分的阻抗若发生变换，其原因是体内物质或功能发生的改变恰好可反映人体生理及病理信息。胃排空或胃蠕动时，胃的形态、容积及其内容物组成情况的改变较大，其电特性变化较明显，变化规律与胃动力学状况相对应，相关性强，所以胃是比较容易提取阻抗信息的器官之一 [18，19]。

水排空实验中，利用阻抗技术得到了反应胃排空趋势的图1。前10 min曲线表示被试空腹8 h后胃无内容物时的基础胃阻抗，这时喝下400 mL纯净水，胃容积立刻发生改变，胃阻抗升高。在后20 min时间里，400 mL纯净水被排空，胃容积逐渐缩小到原样，阻抗值也逐步恢复到原样。但图1也反映了未喝水前的基础阻抗和排空水后的基础阻抗存在差异，原因可能是胃酸分泌导致胃电导率发生[20]。另外，基于阻抗法的胃排空时间确定方式与金标准有所不同，因为后者是计算钡条排空所需要的时间，而前者依据的是胃容积在排空过程中的恢复时间，两者之间存在差异。后期的研究中，将进行阻抗法和金标准法之间的比较，获取阻抗法测量胃排空情况的生理解释。
图3是经过小波变换后获得的能反映胃蠕动节律的胃阻抗信号。临床一般将体表胃电信号用于评价与胃节律相关的疾病，但胃蠕动是一个机械活动，胃电与胃的收缩和运动的关联性不强。而通过小波变换获取的胃阻抗信号，反映了胃的机械收缩和运动，通过该信号，可以提取蠕动节律，研究胃蠕动信息在餐前后的改变从而评价胃动力状况，这也是阻抗法的优势。
传统的胃排空检测技术不仅不具有实时研究胃蠕动、收缩的能力，而且依赖胃电信号评价胃动力状况是不全面的。小波技术和阻抗技术在胃动力研究的应用，为从机械收缩的角度认识和研究胃动力提供了技术依据。

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