胃电图的信息分析

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1、—九九七年第二期No.2J997I华东师范大学学报(自然科学版)胃电图的信息分析JournalofEastChinaNormalUniversity(NaturalScience丄_更吴敏金沈霄凤(奉朵帚天融育信息技术系上海200062)Li暂打LiangJChenJD(InstforHealthcareResearch,BaptistMedicalCenter,OK^USA)提要本文利用信息理论中数据爛及炳差的定义.对胃电图主频/主功率的稳定性进行分析，并将之与数据方差/标准差相比较、从而证实了这是一种处理冒电图頻谱的有效方法.关键词丄込主频/主功率老弓密绞

2、逹据爛中图分类号R444胃电图(Electiogastrography)是在上腹部皮肤表面测得的胃肌电活动信号.作为一种非侵入性的测量技术.它简单易行，对人体没有什么危害性，但即使采用最先进的记录手段，皮肤表面胃电图也无法与深入到浆膜和粘膜处测得的信号相媲美。这是因为.形响皮肤胃电图测量质量的不仅有技术性因素，如电极特性、测量位置、滤波技术等，更主要的是器官性信号源因素，如呼吸、心脏搏动的影响及身体的微动可能产生的附生物等，因而、获得的胃电图信号信噪比相当低，且可从中提取的特征量很少，主要是频率和功率.这样，对其信号进行波形分析就没有意义，现实可行的方法是频域

3、分析。通常我们采用移动频谱分析(RunningSpeciiumAnalysis,RSA)方法。1移动频谱分析(RSA)正常人的胃电图信号介于正弦波和平方波之间，主频约为3cpm(circleperminute)即0,05Hz.连续长时间的测量表明、其信号并不完全规则。这样.单一的FFT变换频谱就不能完全反映信号的全部信息，而引入RSA技术恰好可能弥补常规频谱分析的缺陷.RSA的原理是对每段较短的、相互交叠的信号计算功率诸、即对任一获得的信号，毎隔△T秒，就对长度为T的信号进行一次FFT变换。由于4T小于T,信号产生交叠(overap)。交叠的好处是在频域产生

4、嵌入(interpolation),从而提高频谱的可理解性。T和AT的长度决定了嵌入的程度。RSA有三种不同的实现方法(如STFT等)，通常采用伪3D(或灰度级)的表示方法.RSA将频率，功率和时间信息联系在一起，对EGG研究更实用。通过逐行分析，本文于1995年12月6日收到.第一作者：女.1972年生，博士生.可以发现主頻间的差异。在信号的频谱分析中，所谓主频，是指频谱功率的最高峰点所对应的频率，而主功率指主频处的功率.我们对胃处于非消化的静止状态时，持续记录20分钟的胃电图，并对其每两分钟信号段进行RSA分析，则根据上述方法确定的主频(DF)及主功率(D

5、P)见表1.表1No•12345678910DF3.283.223.463.453.343.463.403.113.223.22DP50.2149.9357.3742.4340.4047.6546.5437.9345.6444.982信息理论基础：数据爛和爛差对一离散信号源，设其输出符号取值为川={幻，处,・・・。卅}若每个输出符号等概率出现时，则规定其信息量/=logN当信源符号不以等概率出现时，设收到符号础的概率为p”则1=log(l/pJ称为自信息量.它具有随机变量的性质，不能作为信号源总体的信息量。我们定义它的数学期望为信源的平均信息量，得到信息H(x

6、):H(x)=E{log(l/pJ}==一ZpilogPt信息爛表征信源的不定程度，信息量就是解除不定度所需的信息的度量.通常在计算中，以e为底，其单位是奈特(Nat).爛函数的数学特性可概括为：a・对称性，即只与随机变量的总体结构有关，而不在于个别值的概率；b.非负性，即Zf(x)>0c.扩展性。LimHI、P2，•••・Pn_e,e)=H趣….pQET0d.确定性.即，确定的信源的不定度为零；e.可加性；f.极值性，即H(x)WbgN,即等概率信源的不定度最大。根据信息理论中信息量和信息爛的内涵，引入数据埔的概念:设非负数据集何:,=l,2,・・・,N},

7、令八pt=at/a.,勿=1N=a./N(代数平均)，0=口砧气几何平均)N'=a./a数据集A的等价集合个数)则数据境H[A=一2^jlogpf（又记为H[a[9…4理1）=logo.-(功」ogaj/d,=loga.—logd'=logM若数据彼此相同，即q.=N・6,贝Wpi=1/N,此时H[4]=logN毘大.而数据炳差(DEV):D[A]=logN—H[A]=log(N/N，)归一化数据炳差：d[A]^D[A]/logAT=1-H[A]/logN=1-logM/logTV数据爛是数据同一性、一致性的度量、而数据炳差则是数据差异性、分散性的度量.作

8、为数据差异性度量，数据炳差不仅具有与数