一种胃磁信号的特征提取与分类系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于生物电磁学领域，具体设及一种胃磁信号的特征提取与分类系统及方 法。
【背景技术】
[0002] 胃肠道疾病是当今社会中的一种常见病和多发病，其发生率超过全世界总人口数 的1%，对人们的日常工作和学习产生了严重影响；随着人们生活节奏的加快导致饮食结构 随之发生着变化，饮食的多样性也催生了诸多不良的饮食习惯;暴饮暴食及不科学的节食 都是导致胃肠道性疾病的诱因；胃肠道疾病诊断的常见方式有胃镜、放射性核素呼气试验、 胃排空闪烁显像、X射线等，但是运些方法会对患者产生一定的危害。
[0003] 相对于上述侵入式的胃肠道疾病检测方法，体表胃电图具有无创、方便，且不影响 胃的正常活动的特点；实际上胃电信号中包含胃电快波与胃电慢波两种重要的信号成分， 但由于人体组织器官的的衰减作用导致胃电快波信号传导至体表时快波成分几乎变为0， 因此胃电测量中并不包含可用于疾病诊断的快波成分;虽然人体组织器官的电阻值较大， 但是人体的相对磁导率却与自由空间的相对磁导率十分接近，即相对磁导率的值为1，新型 巨磁阻抗传感器的出现为胃磁信号的测量提供了可能;通过提取胃磁信号的开始时刻、持 续时间、频率和幅值等重要特征可W用于对胃部疾病的诊断；
[0004] 胃磁信号同胃电、脑电和屯、电一样都属于非平稳、非线性的生物信号，即对胃磁信 号的特征提取与分析必须建立在合理的信号处理方法之上，因此，研究对胃磁信号特征提 取方法与分类系统具有很重要的意义。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术的不足，本发明提出一种胃磁信号的特征提取与分类系统及方法， 实现对胃磁快波的幅值、频率信息的提取，对不同状态下的胃磁快波信号进行分类。
[0006] -种胃磁信号的特征提取与分类系统，该系统包括胃磁快波信号提取模块、胃磁 信号滤波模块、胃磁快波特征提取模块和胃磁信号分类模块，其中，
[0007] 胃磁快波信号提取模块:利用形态学方法对不同生理状态的胃磁快波信号中的基 线漂移成分进行提取；
[000引胃磁信号滤波模块：用于通过构造化S自适应滤波器与形态学方法相结合的方式， 对胃磁快波信号中的基线漂移成分进行滤除;并通过小波包方法对胃磁信号中与快波成分 频率相近的噪声进行滤除；
[0009] 胃磁快波特征提取模块：用于通过匹配追踪与非参数基函数方法相结合的方式， 提取胃磁快波信号的特征成分；
[0010] 胃磁信号分类模块:用于通过聚类算法对不同生理状态的胃磁信号进行分类。
[0011] 采用胃磁信号的特征提取与分类系统进行的提取与分类方法，包括W下步骤：
[0012] 步骤1、采用胃磁快波信号提取模块通过形态学方法，对不同生理状态的胃磁快波 信号中的基线漂移成分进行提取；
[0013] 步骤2、采用胃磁信号滤波模块通过构造化S自适应滤波器与形态学方法相结合的 方式，对胃磁快波信号中的基线漂移成分进行滤除；
[0014] 步骤3、采用胃磁信号滤波模块通过小波包方法对胃磁信号中与快波成分频率相 近的噪声进行滤除；
[0015] 步骤4、采用胃磁快波特征提取模块通过匹配追踪与非参数基函数方法相结合的 方式，提取胃磁快波信号的特征成分；
[0016] 步骤5、采用胃磁信号分类模块通过聚类算法对不同生理状态的胃磁信号进行分 类。
[0017] 步骤2所述的采用胃磁信号滤波模块通过构造化S自适应滤波器与形态学方法相 结合的方式，对胃磁快波信号中的基线漂移成分进行滤除，具体步骤如下：
[0018] 步骤2-1、初始化胃磁信号滤波的权向量矩阵和逆矩阵；
[0019] 所述的胃磁信号滤波的权向量矩阵W(O)=O,所述的逆矩阵P(O) = CTiI,其中，O为 控制参数，I为单位阵；
[0020] 步骤2-2、更新增益矢量；
[0021] 具体公式如下：
[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时刻的增益矢量;A为遗忘因子，且〇<A<l:n表示n时刻;P(n-l) 表示n-1时刻的自相关矩阵的逆矩阵，X(n) = [x(n)，x(n-1)，. . .，x(n-M+l)]T表示n时刻自 适应滤波器的参考输入向量，M表示滤波器的长度;义(11)，义(11-1)，...，义(11-1+1)分别表示11 时刻输入滤波器组的胃磁信号的M种频率成分，包含有用的信号和噪声成分；
[0024] 步骤2-3、对胃磁信号进行滤波处理；
[002引具体公式如下：
[00%] y(n)=wT(n_i 巧(n) 口）
[0027] 其中，y(n)为化S自适应滤波器输出的胃磁信号；
[0028] 步骤2-4、根据设置的期望基线漂移输入信号，获得误差信号；
[0029] 具体公式如下：
[0030] e(n) =d(n)-y(n) (3)
[0031] 其中，e(n)为误差信号，y(n)为自适应滤波器的输出值，d(n)为期望基线漂移输入 信号；
[0032] 步骤2-5、更新权向量矩阵；
[0033] 具体公式如下：
[0034] W(n) =W(n-l)+g(n)e(n) (4)
[0035] 其中，W(n)表示n时刻的权向量矩阵，W(n-l)表示n-1时刻的权向量矩阵；
[0036] 步骤2-6、更新逆矩阵；
[0037] 具体公式如下：
[0038] P(D)=A-I 巧(n-l)-g(n)xT(n)P(n-l)] (5)
[0039] 其中，P(n)为自相关矩阵的逆矩阵；
[0040] 步骤2-7、返回执行步骤2-2,根据更新后的权向量矩阵和逆矩阵进一步更新增益 矢量，当误差信号小于设定值时，即最终当自适应滤波器的输出逼近期基线漂移时，停止迭 代，即完成对胃磁快波信号中的基线漂移成分的滤除。
[0041] 步骤4所述的采用胃磁快波特征提取模块通过匹配追踪与非参数基函数方法相结 合的方式，提取胃磁快波信号的特征成分，具体步骤如下：
[0042] 步骤4-1、构建一个具有多个分析滤波器和多个综合滤波器的低通原型均匀滤波 器组；
[0043] 步骤4-2、设置一个胃磁快波信号初始模板信号，初始最优估计值与初始模板信号 相同；
[0044] 步骤4-3、更新胃磁快波信号的模板信号；
[0045] 具体公式如下：
(6)
[0047] 其中，xj(n)表示第j次迭代时使用的模板信号，a表示补偿因子，〇<a<l，xj-i(n) 表示j-1次的模板信号，y(n)表示去噪后的胃磁信号，即自适应滤波器的输出值，与(n)表示 通过滤波器计算得到的胃磁信号的最优估计值的第j个分量J表示分析滤波器的个数；
[0048] 步骤4-4、采用非参数基函数方法从去噪后的胃磁信号y(n)中提取出与更新后的 模板信号^(1〇最匹配的特征成分的最优估计值s',,（/?)，即对最优估计值进行更新；
[0049] 步骤4-5、更新残余的胃磁信号；
[(K)加]具体公式如下：
[0051 ]公州/=必/-与 (7)
[0052] 其中，RW表示每次迭代时胃磁信号通过第j个分析滤波器后提取到的相应的信号 成分；
[0053] 步骤4-6、重复步骤4-3至步