一种新的胃肠电信号检测处理装置和方法

专利名称：一种新的胃肠电信号检测处理装置和方法
记录胃电已有七十年的历史，由于信号微弱、频率接近直流，检测困难，因此发展缓慢，迄今为止，这类仪器尚未成为常规使用的工具。本发明涉及一种对胃肠电微弱信号检测和处理的装置和方法，是对89208706.4号专利的改进、提高。
一种新的电生理检测，首先要鉴定在特殊情况下其反应形式具有典型性，要确认从皮肤表面记录的电信号与器官特殊活动之间的相关性，在鉴定可靠性以后还要经过应用、认识正常的生理功能和不同外界环境、行为状况以及病理条件下的异常反应间的相互关系。胃肠电图较新，需经过鉴定识别、验证和应用这样三个阶段。本发明为证明体内胃电与体表胃电的关系，做过一些基础试验。曾在9只狗身上，用外科手术将银电极放置在狗体内浆膜的相应位置，用多导生理记录仪与胃电图仪同时记录，两者均描记出正常胃电，节律是每分钟5次，然后静脉注射兴奋胃电的胃泌素(Pentagastrin)，记录的胃电频率加快，峰电压增大，静脉注射抑制胃电的阿托品(atropine)，记录的胃电幅值降低。又在8名健康受试者身上试验，受试者空腹六小时以上，在上腹部体表连续记录胃电(3cpm)，然后静脉注射抗胆碱能制剂(Buscopan)20mg，3分钟以后，重复腹部体表胃电记录，结果是抗胆碱能剂解痉灵抑制了胃电振幅。还在施行过胃切除手术的人身上测胃电，发现在胃切除的部位，见不到明显的3cpm(次/分)的频率分量，在胃的残留部位有明显的3cpm频率分量。由此表明胃电能准确反映体内胃电活动的变化。本发明经过大量的健康普查和临床病例对照，不断完善，达到临床要求。
本发明的一个目的就是要提供一种能够同步检测胃肠电信号的检测装置。
本发明的另一个目的就是提供一种能对多路胃肠电信号进行时域、频域处理的装置。
本发明的再一个目的就是提供与上述装置相关的检测和处理的方法。
本发明的胃肠电信号检测处理装置包括多个检测电极与已有技术中常见的脑电和心电等的检测电极不同的是，本发明采用凹面银-氯化银电极，把它们放置在胃肠的不同部位，便可将生物介质中的离子电流转换为电路的电子流。本发明采用一个耳电极作为公共参比电极，一个肢体电极作为接地电极，多个体表电极作为有效测试电极，多个电极用导联盒连接。
一个模拟信号装置一个输入网络通过导联盒与多个检测电极相连，形成多路并行的输出信号;一个多通道的放大电路与输入网络的并行输出相连，每个通道各自放大，并行输出放大的信号;一个多通道的有源带通滤波电路，每个通道与一个放大器相连，各自输出特定频率范围的信号;一个多通道的电平转换电路;每个通道与一个滤波器相连，使输出信号与微机输入口的电平匹配。
一个数字信号装置一个采样电路，以固定频率控制模拟信号的同步采样。
一个多路模-数转换电路，每一路输入与多通道的滤波电路的输出相连，将模拟信号转换成数字信号。
一个数据处理装置，对数字信号进行数字滤波，以及时域、频域、运行图谱的处理、计算参数。
一个数据记录装置由并行口输出计算结果，由彩色绘图仪绘波形图、频谱图、运行图谱、记录参数。
一个电表监视装置即一组电压表接至每一路模拟信号输出端，使操作者能观察信号的实时变化，便于操作者识别正确信号，去除干扰，保证测试成功，信号平稳以后，才能按测量键，出现大的动态干扰，要中止测试，待稳定以后重新测。
一个开关控制装置便于操作者选择放大器的通道与工作方式，它有一组导联开关网络，通过导联盒与电极和放大器相连，起选通和输入保护作用，还有一组增益开关网络，选每一路的放大倍数，选胃肠测试电路的通带以及决定工作方式，可以单独测胃、肠，或者同时测胃和肠。
一个电源装置包括一个模拟信号装置的电源，一个数字信号装置的电源，一个数据记录装置的电源，一个数据通讯装置的电源。
本发明的胃肠电检测装置还进一步包括所述的模拟信号装置包括多通道放大器选用一组运算放大器构成高精度测量放大器。这种电路在微弱信号检测中得到广泛应用。它有低失调电压、低漂移系数、稳定的放大倍数和低输出阻抗的特点。
采用一般的RC电路和二阶低通有源滤波电路组成带通滤波器，还有电平转换电路。
本发明的胃肠电检测装置还包括
所述的数字信号装置包括内部数据处理装置，外部数据处理装置，二部分的联系通过通讯装置实现，同时由键盘和显示装置选择不同的功能。内部数据处理装置可与多个检测电极、模拟信号装置、记录装置、电表监视装置、开关控制装置组成主机，单独使用，可以便携式工作。这种分体结构和联机使用方式，能满足不同层次的用户要求，对普及及推广仪器有作用。
内部数据处理装置由单片微机构成，包括一个时域处理单元和一个频域处理单元，一个运行图谱的处理单元，采集、处理时域信号，同时对各路信号进行1024点富里叶频谱分析，计算它们的功率谱函数，对信号进行区段检测，分段计算，并将功率谱拓为时间的函数，将频率、功率、时间描述为假性三维展开，解决连续测试、分析、记录的难题，所有的图形、参数全部输出记录。
外部数据处理装置是外部的一个内存大、速度快、功能全的计算机，在运行图谱的工作方式，自动完成信息传输、实时将数据存入磁盘，并在显示器上同步显示图形、满足大医院的要求，便于事后处理与构成专家系统，同时也能用功能键控制内、外部数据处理装置的数据传送。
内外数据处理装置的通讯由一组光电开关、一组收发电路和一个标准的RS-232串行口组成的通讯装置完成。同时由一个功能键盘控制测量、绘图、运行图谱和通讯的功能，由二个数码显示器指示监控工作状态，如果处在监控状态，功能键盘起作用，工作指示表示装置正在进行的功能。
本发明的胃肠电信号检测方法包括如下步骤(1)通过多个检测电极对胃肠不同部位的信号进行检测。
(2)通过一个多通道的放大、滤波电路对检测的信号进行放大和并行输出。
(3)采样电路提供同步采样频率，模数转换将多路模拟信号转换为多路数字信号。
(4)将采样的数据存入缓冲寄存器。
(5)信号处理装置从缓冲寄存器中取出采样数据，先进行数字滤波，然后时域处理，再频域处理，实现1024点的富里叶频谱分析，以获得相应的曲线和计算参数。
(6)按“绘图键”，输出装置将上述曲线和参数输出，由记录装置记录。
本发明的胃肠电信号检测处理方法还进一步包括所述的信号处理装置处理的频域曲线，采用自动谱分析技术显示。在频谱上看到谱强度的座标没有标量度，因为信号的动态范围是10～1200微伏，谱强度的变化范围达214，不能在一个小图中表示出来，自动谱分析就是绘谱图时，功率谱强度由自动增益控制(记录倍率m)，以峰值功率谱强度满格为标准，使很强和很弱的信号均能显示清晰的频谱，使通带以外的信号也能显示出来。
本发明的胃肠电信号检测处理方法还进一步包括以下步骤(1)需要长时间研究胃肠运动的消化间期，就按“运行图谱”键，可将上述步骤重复18次，连续记录2小时，自动分区段检测信号，每个区段6分40秒，每个区段的检测、处理、记录信号的步骤如上。各区段的信号采集、数据处理是独立的，随时间的连续记录，就能将频谱图拓展为振幅、频率、时间的假性三维展开。
如果操作者不干预，可重复18次，连续记录2小时，如果操作者认为有必要停止工作，可在测一次后，测完第十八次以前的任何时间内，再次按同一个“运行图谱”键，就可以中止工作，打印结果。
(2)在“运行图谱”工作状态通讯装置自动完成内部数据处理装置与外部数据处理装置的数据传输。
(3)外部数据处理装置自动将传来的数据存入磁盘。
(4)外部数据处理装置在显示器上同步显示图形。
(5)中止“运行图谱”工作，可由操作者根据需要控制。
本发明的胃肠电信号检测和处理方法的特征还包括电极与测试方法采用单极测试法，耳电极放在耳垂或乳突作为信号的有效参比点，用肢体电极接地，用体表电极作为有效测试电极。
从测试的机理讲，记录生物电应用差分放大器，只有在放大器两个输入端呈现代数电压差时才能放大，连至一个放大器的二个输入端的一对电极称为一个导联，若用多个电极连接时，多个放大器有一个公共输入端，即有效参比点，正确选择这点十分重要。
一个有效电极和一个参考电极为单极测试，两个有效电极为双极测试法，国外很多报导认为双极测试法好，它有最大的幅值、最小的心电、呼吸、运动伪迹，认为双极测试有最大的信噪比，选脐与剑突中点为最佳的有效参比点。我们大量的实践证明，结果不是这样。对胃功能正常或基本正常的人讲，胃的各部分协调运动，双极测试与单极测试的结果相似，主频一致，幅度没有明显的增大，但是用双极测试法测胃疾患者的胃电图，看到幅度明显增高，波形与谱分布改变，双极的测试结果难以判断。因为许多人的胃窦端与脐、剑突中点的位置相吻合，如果是胃疾患者，此点恰好是病灶区，本身的信号异常，将它作参比点，必然导致信号不准，这是显而易见的，因此双极法是一种相对的测量，如果测出一路信号有问题，只能说明被测两点之间的问题，不能准确表明是哪一点有问题，结论不够明确。当然此种测试法有抗干扰性能好的优点。国内现有的胃电测试如同心电一样，选手腕内侧为公共参比点，此点不在被测器官上，因此测的信号规律性强，可以作出明确的结论，但是胃肠电信号比心电微弱，在手腕内侧选有效参比点，有心电干扰，无法长时间检测，无法研究胃肠运动的消化期间，因此正确选择有效参比点十分重要，这是影响胃肠电发展的一个因素。
本发明为克服伪迹干扰，参考各种生物电的测试法，运用我国传统的经络学知识，反复实践、比较，发现选用与被测部位无关的耳垂或乳突作为有效参比点好，这是本发明的创造。这样的测试抗干扰性能好，解决了长时间连续测试的难题，将临床应用推向前进。本发明提出的测试方法是使用一只耳电极作公共参比电极，一只肢体电极接地，多只体表电极作为有效测试电极，多导联的测试能提高诊断率。
本发明的胃肠电信号检测处理装置和方法，运用近二十年来国际上发展的微弱信号检测、单片微机应用与信息论的先进技术，稳定的测试，科学的分析，定量的参数，达到了临床使用的要求，本发明重视基础研究与临床应用，证明本发明的胃肠电信号检测处理装置和方法能诊断胃肠道疾病。同时作治疗前后的疗效监测，开创了胃肠电图仪进入国内一流医院的新局面，得到了一致好评，本发明具有广阔的应用前景。
本发明所要达到的上述目的、其它目的及特征、优点将在以下的


中清楚地表现出来。
图1是本发明胃肠电信号检测处理装置的示意性结构框2是图1中电极1与模拟信号装置2的一个实施方案的示意3(a)是图1中数字信号装置3的示意性结构框3(b)是图3(a)中单片微机310的内部结构示意4是图1中模拟信号装置的放大器电路5虽图1中模拟信号装置的有源带通滤波器的电路6是电极的示意结构7是健康人正常的胃、肠电8是运行图谱的示意9是自动谱与归一谱的示意10是本发明的胃肠电信号检测处理装置的工作流程11是图10中数据采集的工作流程12是图10中调用绘图子程序时的工作流程13是图10中调用运行图谱子程序的工作流程14是图10中调用通讯子程序的工作流程15是本发明装置的面板外观示意图参看图1所示为本发明的胃肠电信号检测处理装置的示意性结构框图，标号1表示电极与导联盒，电极结构看图6，有几个有效测试电极，就是几个通道，可根据临床需要选择。标号2表示一个模拟信号装置，其电路参看图2、图4、图5，标号3是一个数字信号装置，其详细结构参看图3(a)图3(b)，标号4表示数据记录装置，绘制数据系统的输出结果。标号5表示电表监视装置，便于操作者观察信号的变化。标号6表示开关控制装置，控制通道选择、放大倍数、工作方式。标号7表示电源装置，保证系统正常工作。
参看图2，所示为图1中电极1与模拟信号装置2的实施方案的示意图。图2中，10s表示耳电极，10J表示接地电极，101～10n表示n个有效检测电极，其中数字n根据临床需要选择，标号111为导联盒，标号112为连接插头座，多个电极通过导联盒，连接头接至模拟信号装置2的输入组合网络。因为胃肠电信号很微弱，因此要重视测试的每一个环节，不仅对电极有严格的要求，同时要求导联盒与连接头的接触电阻小，连接可靠。多个检测电极10S、10J、101～10n放置在人或动物体表对应于胃肠的不同部位，同时检测信号，有几个有效测试电极，就有几个模拟信号通道，组合网络201的多路并行输出与多通道放大电路的多个前置放大器202连接，连至一个放大器的一对电极称为一个导联，采用单极测试法，组合网络的连接方式是，多个通道的放大器有一个公共输入端，作为有效参比点，即耳电极10S，还有一个公共的安全接地点，即电极10J，101～10n n个有效检测电极分别输入n个通道中的每一个通道的前置放大器的另一个独立的输入端，从这儿取出各个不同部位的信号。最适宜的电极安放位置应是胃或结肠的腹壁皮肤投影区，因胃肠在人体内的位置不完全确定，胃肠运动规律又很复杂，准确测试有一些困难，因此必须用多极测试，提高诊断率。由于信号微弱，为保证放大器长时间稳定工作，采取分级放大的方案，如图2中标号202所示的多通道前置放大器，要求有低噪声、低漂移的特性，多个前置放大器202的每一路输出并行进入多通道放大器电路的每一路主放203，再与多通道的第一级滤波器204相连，然后再与多通道的第二级滤波器205相连，最后，多通道放大、滤波的输出，经过多通道的电平转换电路206，进入数字信号装置3的多路模数转换装置313。二级滤波是为有效地抑制干扰而采取的方案，每一通道放大器的增益，通带宽度，根据测胃、肠的不同要求，操作者通过开关控制电路人为选择，为保证正确测试，每一路模拟信号滤波输出端接一只电压表，实时观察信号的变化。电源装置7保证系统正常工作。
参看图3(a)，所示为图1中数字信号装置3的结构示意图。图3(a)中，内部数据处理系统由单片微机310、可编程存储器EPROM311、数据存储器RAM312、时钟采样电路314、多路模数转换313、输出并行口316、键盘317、数码显示器318、串行口315、光电隔离电路319、320、接收电路321、发送电路322组成。外部数据处理系统由速度快、容量大的计算机330构成，它有标准的RS-232串行口331、通过光电隔离、收发电路与单片微机310的串行口315相连，由计算机的软件控制工作流程，多路模数转换的输入来自模拟信号装置2的多路并行输出，测试分析以后的数据经过并行口316，输出至记录装置4，绘波形图、频谱图、记录各项参数。
参看图3(b)，所示为图3(a)中单片微机310的内部结构示意图。单片微机由中央处理器CPu 3101、数据存储器3103、可编程的输入输出口3106、可编程的串行口3104、振荡与定时器3102、定时-计数器3104，还有扩展的特殊功能控制器3105等组成。单片微机可有内部的数据存储器和程序存储器，还能用片外的数据、程序存储器扩大容量，满足用户的各种要求。单片微机是大规模集成电路的产物，它在一块芯片上集成一台电子计算机的全部或大部分功能部件，通过片内单一总线连接而成，它的基本结构是通过中央处理器CPu加上外围芯片的结构组成。这是十几年来计算机应用系统发展的新趋势，与通用CPu应用系统相比，它的硬件通用化、测量控制能力强、体积小、执行速度快、可靠性高、抗干扰能力强、应用灵活、使用方便，因此本装置内部数据系统选用单片微机是最佳的，它的体积小，功能齐全，能单独作为主机独立工作，可以成为便携式的仪器，使用十分方便。本装置的内部数据系统又可与外部数据处理系统联机使用，方便于事后处理与构成专家系统。
参看图4，是模拟信号装置中的一个放大器的电路图，它通过输入网络与电极相连，输出连至滤波器，有几个有效电极，就有几个放大器，输出是并行的。
放大电器采用高精度测量放大器，测量放大器的输入端+IN和-IN分别是两个运算放大器(A1，A2)的同相输入端，因此输入阻抗很高，采用对称结构，而且被测信号直接加到输入端，因而保证了较强的抑制共模信号的能力，同时它有低失调电压、低漂移、高灵敏、高稳定的特点。
参看图5，它是模拟信号装置上的滤波器电路，它接收放大器的输出信号，为抗干扰，选用二级滤波，它的输出信号经电平转换输入微机，图示二阶低通有源滤波器，根据胃肠电信号的通带，用公式计算电路参数胃电的通带0.03-0.1HZ，肠电的通带0.03-0.2HZ，为抑制干扰，通带不能宽，但是为了使通带以外的有用信号不丢失，滤波器对频谱分析范围(0.01-0.3HZ)内的信号不截止，用自动谱分析技术将通带外的频率分量也显示出来，引起操作者的注意。
计算公式如下截止频率f=12πR1R2C1C2]]>品质因数Q=1R2C2R1C1+R1C2R2C1·r2r1R1C1R2C2]]>参看图6，为耳电极、体表电极、肢体电极与导联盒相连的示意图。
银-氯化银电极由纯银及其表面的氯化银多孔层构成，电极对氯离子是可逆的，将电极浸入含有氯离子的溶液，当它作为阳极时，氯离子便与银化合成Agcl，当它作为阴极时，氯离子从Agcl层进入溶液，使Agcl消耗，当达到平衡时，金属-溶液界面的邻近发生电荷再分布，金属和电解液之间建立一个平衡的电位差，在金属-溶液界面的邻近有空间电荷区。
根据Heimholtz提出的理论，空间电荷区由电荷相反的两个区域构成，其中一个区域处于金属表面，另一个区域，刚好在溶液中，stern发展了Helmholtrz和其它一些学者提出的概念，他提出在电介液中，空间电荷区包括两层，一层是电荷紧密层，由最贴近界面的离子所形成，另一层是扩散层，它延伸到界面较远的地方。
有空间电荷区，有电位差，就有电子的流动，每个电极在离子导电系统与电子导电系统之间形成一个界面，可认为在电极-电介质界面发生的从离子导电向电子导电的转换，是一种能量转换，因而认为生物电极起换能器的作用。测生理系统两点电位差的必要工具是一对电极，以形成回路。
因为胃肠电信号十分弱，是微伏量级，信号频率接近直流，许多动的信号频率、幅度在胃电的信号范围内，因此抗干扰测试十分重要，除利用电路滤波、数字滤波以外，要重视测试的每一个环节，还要有受试者的配合。要了解电极的测试原理，重视氯离子的作用，电极选用凹面结构，测试时在凹面放置盐水棉球或氯化钠导电膏，要求一对电极的极化偏差电位小，并且长期稳定性好。
参看图7，图7A为正常的胃电图，胃功能正常与基本正常的人，胃的各部分协调运动波形和谱分布规则。图7B是正常的结肠电图，结肠的一种运动是一些单独的收缩，呈节段性，很少推进，它将食糜和消化液充分混合，这是不规则活动，肠壁绒毛也因粘膜肌层不规则收缩而蠕动，因此结肠各部分的运动不同，波形看来是杂乱无章的，频率分量丰富，正常人的结肠电波形是大小混合、快慢结合，有一些负载波，波幅、节律不一，在时间分布上无规律，但是经过富里叶频谱分析，参数有明显的规律性。
图的右面是波形图，它直观地表示信号的变化，可总结出特征波。左面是频谱图，表示功率强度与频率的关系，使很难分析的胃肠电频率一目了然。
能够从体表记录到的胃平滑肌电位主要有两种，第一种是自发的节律电位，频率约3CPm(次/分)，不论胃收缩与否，它是恒定存在的，它有许多名称，如慢波(Slow Wave)，基本电节律(Basic electric rhythum)，电控制活动ECA(electric control activity)，第二种电位不同于第一种，它总是与收缩等活动结合在一起，不同研究者有不同命名，如峰电位(Spike poteatial)，快波(Fast activity)电反应活动ERA(electric response activity)等，胃的电活动包括慢的全相出现的自动波以及叠加在慢波上的快波。
胃肠运动由平滑肌、神经和激素效应综合因素决定。测试胃肠电信号，要解决微弱信号检测和信号分析两大难题。分析信号时，要注意幅值，它的变化是显而易见的，但是分析频率指标困难。胃肠电与其它生物电信号一样，是随机信号，既不能预测，也不能通过一个确切的数学公式来描述。简单地求平均值不能表示信号的真实情形。本发明用相关和谱分布来分析胃肠电信号，用富里叶频谱分析得到信号的真实频率。典型的频率分析图显示频率和功率强度的关系，它使很难分析的胃肠电频率一目了然。譬如正常的胃电图，在3Cpm频率显示最大功率，而其它频率只有很小的功率，一个不太规则的胃电图，在功率频谱上表现为广范围的功率分布，因此频谱分析既提供了频率又显示了振幅信息。
胃肠运动规律主要表现在频率数值上，选择分析参数要反映信号的特征。胃电经频谱分析得到的功率谱最大处的频率值称为峰值频率FP或称为主频、基频，对功率谱函数求一阶矩，得出中心频率FC，它是功率谱在频率轴上的重心，从统计上表示频率分布偏差，单位时间内信号过零(实际上是以幅度的平均值为零)的平均次数，称为平均过零频率F
它能反映快波，表示电反应活动ERA。
富里叶频谱分析公式表示如下
P(W)＝∫∝-∝f(t)exp(-jwt)dt式中W＝2πff(t)是信号的时域表达式P(W)功率谱函数，信号的频域表达式图中的显示参数是1、最上边一行的数字表示电极号码。
2、AP平均峰值幅度对胃肠电信号波形的各个峰值取平均值，单位为μV。
3、FZ平均过零频率统计波形过零(以平均幅值为零点)的次数，以两次过零为一周期，再除以测量时间，单位为次/分(CPm)。
4、FC，中心频率对信号的功率谱函数P(f)求一阶矩，然后按公式求出FC＝∫∝0fP(F)df/∫∝0P(f)df 单位为cpm5、FP峰值频率即功率谱中的最大值所在处的频率值，单位为cpm。
6、频谱图下有两个数字倍率，是用来计算各个频率分量的功率强度，公式如下P(∫0)＝H×15×2m-23(μV)2式中P(f0)为某一频率分量的功率强度m为倍率H为f＝f0点谱线高的毫米数，可用直尺在频谱图中直接量得，在图中各个频率分量(谱线)的宽度约为0.8mm，总功率为各谱线的功率之和。
参看图8是运行图谱的示意图。
为研究消化道的间期变化，必须长时间连续检测信号，习惯上富里叶频谱分析提供的仅是频率的函数而非时间函数，运行谱分析是将得到的部分重复资料计算功率谱拓为时间函数，用新技术将频率、功率、时间描述为假性三维展开。譬如连续测2小时，分18个区段，每个区段6分40秒，运行图谱分析时，实现自动采集、自动分析、自动记录、将全部的波形图按区段显示，根据每一区段的波形变换的频谱图同步展开，这样随T1、T2、T3…T18的连续记录，就表现了频谱图随时间的变化，因此有振幅、频率、时间假性三维展开的含意，这是本发明为表示胃肠消化道随时间变化的特性，提出的新技术。如果操作者观察一段时间，已看到受试者信号规律有重复性，可以人为控制测试时间，在第一区段以后，第十八区段测试完以前的任何时间内，操作者都可以再按一次“运行图、谱”键，中止连续工作，然后在图下打印各项记录参数AP、FP、FC、FZ，如图8就是连续测三次的运行图谱与参数。
参看图9是自动谱与归一谱的示意图。
归一谱是各路信号按同一尺度显示功率谱，在同一区段测试中，按最大的强度定标，其它信号的谱图就不清晰，如图9(a)所示，图9(b)是用自动谱分析技术将频谱分量放大，每一路信号都是以功率谱最大的分量定标，因此图形放大，频谱倍率m值减小，这样使很强和很弱的信号均能显示清晰的频谱图。
参看图10是本发明胃肠电信号检测处理装置的工作流程图首先在步骤120，启动该装置时，要初始化，对微机处理器的各工作寄存器清零，对可编程的输入输出口置工作方式字，对定时器定时间常数等。步骤121读装置的工作状态，判断装置的各部分工作是否正常、数据记录设备是否联机、选几个通道工作、各通道的增益是多少、是测胃还是测肠、是自动谱还是归一谱等等，如果全部正常，监视指示出现“P”，如果有不正常，不进入监控状态，工作指示出现“E”，操作者就要及时处理，使装置正常工作，进入监控状态。步骤122是判断有无新的数据，如果有新的数据，还要按步骤123判断是否在通讯，为使通讯数据不丢失，在通讯以后，按步骤124，将新数据送入内存取代老数据，然后按步骤125，进行数据处理，就是数据平滑，每个区段每路信号取样4096个点，用四取一的平滑方法，取出1024个数据，按步骤126进行富里叶频谱变换，频率分辨率达0.0025Hz，再按步骤127进行自动谱或归一谱显示处理，然后按步骤取键值单元，依次对功能键盘时行扫描。如果要采集信号，根据步骤129按“测量”键，在步骤130建立采集标志，此时，面板上的左工作指示出现“C”，程序进入采集子程序，如图11所示，在采集标志“C”亮的6分40秒内，采集以中断方式进行，由定时器决定采样率，按步骤1304、1305启动多路模数转换采集数据，然后按步骤1306、1307扫描键盘，再将采集数据依次送入缓冲寄存器，然后按步骤1308恢复现场，将数据保护起来，以免丢失，然后返回主程序，只要采集时间未到，中断采集就定时进行，每采集完一次，就进入主程序，到定时采集时间再进入子程序。这样多个电极检测到的胃肠电信号经放大进入微机，以一个固定频率进行同步采样，以中断方式进行，因此检测装置在采集信号的间歇时间，可以同时进行绘图和数据处理，当采集完成以后，若此时绘图工作仍在进行，为了保护已采集的数据，程序设计时，让这时按采集键无效，禁止新的采集，直到绘图工作结束，新的数据被安全转移，采集键重新有效，容许进行新的采集，此时再按绘图键，刚刚转移进来的新数据就经过步骤125，126，127处理，可以绘制出来。执行步骤131，按绘图键，就按步骤132进入绘图子程序，如图12所示，依次打印座标轴，先绘波形图、打印各项参数、再绘频谱图，因为是多通道测试，每一次绘一路信号的图形、参数，待全部图绘完，打印各通道的直流分量，最后按步骤1327返回主程序。
需要连续测量时，根据主程序的步骤133按“运行图、谱”键，就根据步骤134进入运行图、谱的子程序，如图13所示。首先按子程序的步骤134，建立标志，在左工作指示数码管上显示“Y”，此时对信号进行分区采集，每一区段6分40秒，采集结束，进入步骤1343，新的数据进入内存，代替老的数据，再按步骤1345进行数据处理，按步骤1346进行富里叶频谱变换，再按步骤1347建立通信标志“S”，向外部数据处理系统送数据，进入通讯子程序，如图14所示，通讯是按字节数控制，待传送的字节数完，按子程序步骤1380清除通信标志“S”，恢复现场，按步骤1382返回运行谱子程序(不在运行图、谱工作状态时，用主程序步骤135按收、发键时，传送字节数完时返回主程序)，然后根据图13子程序第1348步骤，绘波形图、频谱图，这都是由程序控制，自动执行的，如果操作者认为可以中止测量，按步骤1349，再次按同一个“运行图、谱”键，就可中止工作，按步骤1351、1352打印参数，按步骤1353返回主程序的监控状态。如果不再次按“运行图、谱”键，就根据子程序步骤1350，判断两小时的连续采集是否完，一直持续2小时，自动采集、自动分析、自动通讯、自动记录。
参看图15是本发明胃肠电信号检测处理装置的面板外观图，输出记录装置、检测电表、控制开关、功能键盘、数码显示均在上面表示。
综合上述，本发明在实用新型专利89208706.4的基础上，增加了肠道测量，用汇编语言，将富里叶变换的点数从512点增加到1024点，使频率分辨率达0.0025Hz，提高了分析的精度。运用自动谱分析技术，使很强和很弱的信号均能显示清晰的频谱图象。本发明为研究胃肠消化道随时间的变化，提出新技术，采用运行图、谱的方式，对信号进行区段检测，并且分区段分析与记录，将波形图按照区段显示，根据每一区段波形转换得到的频谱图同步展开，这样随T1、T2、T3……T18的连续测试、记录，就表示了频谱随时间的变化，将幅度、频率、时间描述为假性三维展开，便于总结出特征波形的频谱，用于诊断疾病。同时，为表示胃、肠的电控制活动和电反应活动，本发明结合临床应用，从定性分析提高到定量分析，提出一系列的分析参数峰值频率FP，中心频率FC、平均过零频率FZ、平均峰值幅度AP等，这是本发明的创造，并通过实践证实，这是很有价值的。本发明还提出新的测试方法与应用多种电极，不同于其它的生物电测试。采用多个银-氯化银电极;一个耳电极，放在与被测部位无关的耳垂或乳突，作为有效参比电极，一个肢体电极，作为安全接地电极，多个体表电极，作为有效检测电极，这样的方法抗干扰性能好。本发明解决了长时间稳定测试胃肠电信号的难题，将临床应用推向前进。同时，本发明采用内部、外部数据处理系统的结构，功能强的内部主机可以单独工作，又可与外部计算机联机使用，方便于事后处理与构成专家系统，满足不同层次的用户要求，利于仪器的推广。
胃肠疾病是常见病、多发病，内窥镜、影像检查不仅有痛苦，而且无法诊断胃肠动力学疾病，本发明的胃肠电信号检测处理装置提供了无痛苦无创伤的检查手段，符合现代医学检测的发展趋势，本发明有广阔的应用前景。
权利要求
1.一种新的胃肠电信号检测处理装置，其特征在于该装置包括多个检测电极放置在胃肠的不同部位，将生物介质中的离子电流转换为电路的电子电流；一个模拟信号装置通过输入网络与电极相连，多路并行输出的微弱信号，经放大、滤波、电平变换输至数字系统；一个数字信号装置将模拟信号数字化，并作时域、频域处理、计算分析参数；一个数据记录装置由并行接口输出计算结果，由绘图仪绘图形。记录参数；一个电表监视装置该装置连在每一路模拟信号输出端；一个开关控制装置一组导联开关网络与电极和放大器相连；一组增益工作方式选择开关；一个电源装置供给模拟信号装置、数字信号装置、数据记录装置与数据通讯装置的电源，保证信号检测装置正常工作。
2.权利要求1的胃肠电信号检测处理装置，其进一步的特征在于，所有电极均采用凹面的银-氯化银电极，包括一个耳电极-公共参比电极;一个肢体电极-接地电极;多个体表电极-有效电极;一个导联盒-连接多个电极。
3.权利要求1的胃肠电检测处理装置，其进一步的特征在于，所述模拟信号装置包括一个输入网络，该网络通过导联盒与多个检测电极相连，形成多路并行输出;一个多通道放大电路，与输入网络的并行输出相连，每个通道各自放大，并行输出放大的信号;一个多通道的有源带通滤波电路，每个通道与一个放大器相连，各自输出特定频率范围的信号;一个多通道的电平转换电路，每个通道与一个滤波器相连，使输出信号与微机输入口的电平匹配。
4.权利1的胃肠电信号检测处理装置，其进一步的特征在于，所述数字信号装置包括一个采样电路，以固定频率控制模拟信号的同步采样;一个多路模数转换电路，每一路输入口与多通道的滤波电路的输出相连，将模拟信号转换为数字信号;一个数据处理装置，对信号进行平滑、数字滤波后进行时域、频域运行图谱的处理，计算参数。
5.权利1的胃肠电信号检测处理装置，其进一步的特征在于，所述数据记录装置包括一个并行接口;一个彩色绘图仪。
6.权利1的胃肠电信号检测处理装置，其进一步的特征在于，所述的电表监视装置包括一组电压表，每一个电表接至每路模拟信号装置的输出端，观察信号的实时变化;
7.权利1的胃肠电信号检测处理装置，其进一步的特征在于，所述开关控制电路包括一个导联开关网络，通过导联盒与电极和放大器输入端相连，起选通和输入保护的作用;一个增益开关网络，选每一路的放大倍数，选胃、肠测试电路的通带，选工作方式。
8.权利1的胃肠电信号检测处理装置，其进一步的特征在于，所述电源装置包括一个模拟信号装置的电源;一个数字信号装置的电源;一个数据记录装置的电源;一个数据通讯装置的电源。
9.权利4的胃肠电信号检测处理装置，其进一步的特征在于，所述一个数据处理装置包括，一个内部数据处理装置由单片微机构成，使信号检测装置能便携式工作;一个数据通讯装置，完成内外数据处理装置的通讯联系;一个外部数据处理装置，由外部计算机构成，存储数据、同步显示，方便于构成专家系统;一个键盘与显示装置，供操作者选择所需要的功能。
10.权利9的胃肠电信号检测处理装置，其进一步的特征在于，所述的内部数据处理装置包括;一个时域处理单元，将采集变换后的各路信号进行时域处理，通过所述的输出装置给出各路信号的时域曲线;一个频域处理单元，对各路数字信号进行1024点富里叶频谱分析，计算它们的功率谱函数及参数，并通过输出装置给出相应的曲线与参数;一个运行谱处理单元，一般频谱图只表示频率与振幅的关系，对信号进行区段检测，分段计算，并使功率谱拓为时间的函数，将频率、功率、时间描述为假性三维展开，解决连续测试、分析、记录的难题。
11.权利9的胃肠电信号检测处理装置，其进一步的特征在于，所述的数据通讯装置包括一组光电开关，实现收发信号的光电隔离;一个收发电路，通过光电开关、接口分别与内外数据处理装置相连;一个串行接口，标准的RS-232口，双向传送信号。
12.权利9的数据处理装置，其进一步的特征在于，所述的外部数据处理装置包括一个内存大、速度快、功能全的计算机整机，在运行谱工作方式，自动完成信息传输，实时存储，显示器同步显示图形，可满足不同用户要求，便于事后处理，也方便构成专家系统。
13.权利9的胃肠电信号检测处理装置，其进一步的特征在于，所述的键盘与显示装置包括一个功能键盘，供操作者选择、测量、绘图、运行图谱、收发功能;二个数码显示器，一个监控显示，一个工作方式显示。
14.一种对胃肠电检测处理的方法，其特征在于包括如下步骤(1)通过多个检测电极对胃肠电不同部位的信号进行检测;(2)通过一个多通道的放大，滤波电路对检测到的信号进行放大和并行输出;(3)采样电路提供同步采样频率，模数转换将多路模拟信号转换为多路数字信号;(4)将采样数据存入缓冲寄存器;(5)信号处理装置从缓冲寄存器中取出采样数据，先进行数字滤波平滑，然后进行时域、频域处理，以获得相应的时域、频域曲线和计算参数;(6)按“绘图键”，输出装置将上述曲线与参数数据输出，由记录装置记录。
15.权利要求14的胃肠电检测处理的方法，其特征在于包括如下步骤;所述信号处理装置的频域处理方法包括自动谱分析在显示谱图时，谱强度由自动增益控制。(记录谱强度倍率m)以每一幅图的峰值功率强度满格作为标准，使很强和很弱的信号均能显示清晰的频谱图。
16.权利要求要求14的胃肠电检测处理方法，其进一步特征在于包括如下步骤(1)需要长时间连续记录胃肠道电活动时，上述权利要求14的步骤重复数十次，只要按“运行图、谱”键，检测装置长时间连续自动采集、自动分析、自动记录，将频率、功率、时间描述为假性三维展开;(2)通讯装置自动完成内部数据处理装置与外部数据处理装置的数据传输;(3)外部数据处理装置自动将传来的数据存入磁盘;(4)外部数据处理装置在显示器上同步显示图形;(5)外部数据处理装置根据使用者的要求进行事后数据处理。
17.本发明的胃肠电信号检测处理方法，其进一步特征还包括电极与测试方法本发明选用凹形银-氯化银电极，采用单极测试法，即一个有效电极和一个参考电极形成一个回路，本发明测试时用一只耳电极(公共参比电极)，选用与被测部位无关的耳垂或乳突的部位，一只肢体电极接地，其他多只体表电极作为有效测试电极，这样的测试法克服伪迹干扰的效果好。
全文摘要
一种新的胃肠电信号检测处理装置和方法，包括多通道高精度测量放大器，信息处理装置和输出装置，可单独使用于胃肠电信号检测，并进行富里叶频谱分析，可长达数小时的连续多通道采集，自动按区组分析，自动分页记录运行图谱，给出平均幅度，平均频率，中心频率，峰值频率等参数，并能通过接口与PC机联机使用，满足各种用户要求。本发明是医疗智能化的产品，具有使用方便，性能价格比高等优点。
文档编号A61B5/04GK1079379SQ93102318
公开日1993年12月15日 申请日期1993年3月4日 优先权日1993年3月4日
发明者徐文洁, 鲍健, 袁士平, 王斯林, 钱宜乐, 傅忠, 阎建国, 梅艳 申请人:中国科学院合肥分院