红外光谱用于胃内液体成分检测的信号处理和分析方法研究

发布时间：2017-10-06 08:25

  本文关键词：红外光谱用于胃内液体成分检测的信号处理和分析方法研究

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【摘要】：消化道生理参数可反映部分消化道疾病的生理病理改变情况,目前已采集了消化道内窥镜图像、食道压力值、pH值、深部温度值等,然而可以表征消化道内分泌、出血的体液信息还很难测定。本研究希望采用红外吸收和反射光法以胶囊化形式实现一种消化道消化液成分分析技术。该胶囊化检测系统涉及到装置的微型化、低功耗、可靠的通信等关键技术问题,技术挑战性大,尚需多技术协同攻关。本研究作为一种技术探索,设计了一种胶囊形式的胃区光谱检测方法,采用双光道检测法分别测定消化液和消化壁的反射吸收光谱,并对光谱信号进行处理并提取信号特征。基于人体消化道环境的复杂性,为验证设计效果,进一步设计了两种离体实验,配置不同溶液样品模拟病变情况下消化液特征,设计了溶液干扰情况下采集血氧信号的实验,用以模拟病变情况下消化壁血液信号受消化液成分改变而影响光谱信号特征。为抗干扰和预处理采集的信号,设计了一种形态滤波算法去除血氧信号中存在的基漂,该算法基于广义形态滤波通过构建两种宽度不同的结构元素分离基漂信号,简化了算法复杂度增加了应用的实时性同时具备了良好的去干扰效果。通过计算仿真和实验仿真分析上述两种离体实验的光谱信息,实验结果表明,不同浓度不同颜色样本的光吸收比在数量级上有明显区分度。通过实验结果可以得到以下结论:(1)判断消化液成分的改变,即从正常的无色透明到病变状态下消化液呈现颜色特征,可以通过光吸收比数量上的差异进行区分。(2)对比了无干扰状态和溶液干扰环境下采集的血氧信号,信号在波形特征和光密度比值R两方面有较大差异,测定的正常情况下的光密度比值为0.5796,异常环境中的光密度比值分别为0.7189和0.8896在数值上明显高于正常值,且血氧饱和度也低于正常值范围。由此推论,可以根据消化壁血氧信号特征值的变化判断消化液成分发生变化。实验结果也证明了通过双光道检测方法分析消化道液体成分改变的可行,为实现基于红外光谱的胶囊化无创消化道液体成分检测方法提供了理论基础。
【关键词】：近红外光谱 消化道成分分析 双光道检测法 离体实验 形态滤波
【学位授予单位】：重庆邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R57;TN911.7
【目录】：

• 摘要3-4
• abstract4-12
• 注释表12-13
• 第1章 引言13-21
• 1.1 研究背景及意义13-15
• 1.1.1 消化道疾病对生活的影响13-14
• 1.1.2 研究意义14-15
• 1.2 国内外研究现状15-18
• 1.2.1 消化道检测方法的研究现状15-17
• 1.2.2 红外光谱技术的发展和应用17-18
• 1.3 论文主要工作18-19
• 1.4 论文组织结构19-21
• 第2章 红外光谱检测原理21-27
• 2.1 光传播基本原理21-22
• 2.2 朗伯比尔定律22-24
• 2.2.1 修正的朗伯比尔定律23-24
• 2.3 反射式血氧饱和度检测原理24-25
• 2.4 血氧饱和度计算公式的标定25-26
• 2.5 本章小结26-27
• 第3章 不同溶液样品光谱信号采集和特征分析27-41
• 3.1 胃区光谱胶囊装置27-28
• 3.2 实验方案设计28-32
• 3.2.1 实验目的与设计原理28-30
• 3.2.2 实验装置及性能30-31
• 3.2.3 样品配置和实验设置31-32
• 3.2.4 溶液样品光谱信号采集32
• 3.3 溶液样品光谱信号处理32-35
• 3.3.1 突变信号干扰分析和处理33-35
• 3.3.2 高频信号干扰分析和处理35
• 3.4 信号特征与结论35-40
• 3.5 本章小结40-41
• 第4章 溶液干扰环境下血氧信号采集和分析41-63
• 4.1 溶液干扰实验设计方案41-46
• 4.1.1 实验目的与设计原理41-43
• 4.1.2 实验装置及性能43-45
• 4.1.3 样本配置和实验设置45
• 4.1.4 干扰环境下信号采集45-46
• 4.2 溶液干扰环境中血氧信号处理46-56
• 4.2.1 噪声与干扰分析47-48
• 4.2.2 突变信号的滤除48-50
• 4.2.3 高频干扰的滤除50-52
• 4.2.4 人体自身干扰的滤除52-56
• 4.3 交流与直流分量的提取56-60
• 4.3.1 极值点的提取57-59
• 4.3.2 包络线的计算方法59-60
• 4.4 信号特征与结论60-62
• 4.5 本章小结62-63
• 第5章 总结与课题展望63-65
• 5.1 工作总结63-64
• 5.2 课题展望64-65
• 致谢65-67
• 参考文献67-71
• 攻读硕士学位期间从事的科研工作及取得的成果71

【参考文献】

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本文编号：981767