功能性消化不良病人胃动力检测初步探讨.pdf
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1、一6 5 7 一 2 0 0 8 年 5月 第 2 5卷第 3 期 中国医学物理学杂志 J o u r n a l o f Me d i c a l P hsi cs Ma y . .2 0 0 8 Vo 1 . 2 5 _ No . 3 功能性消化不良病人胃动力检测初步探讨 刘纯伦 , 李章勇2 , 方晓杰 , 王 伟2 , 任超世2潘 敏 ( 1 . 重 庆 医 科 大 学附 属 第 一 医 院 消 化内 科, 重 庆4 0 0 0 1 6 ; 2 .重 庆邮电大学 生物信息学院, 重庆 4 0 0 0 6 5 ) 摘要: 目的: 研究功能性消化不良病人胃动力系统的复杂电过程和运动机理,
2、包括它的节律、 传导、 胃排空过程以及影 响它们的因素, 提取胃动力系统生物电和运动机理方面的信息。方法: 按照临床判断标准筛选巧例功能性消化不良患 者。从体表提取的胃阻抗信号和胃电运用小波多分辨分析处理, 利用小波变换将胃阻抗信号从呼吸和血流信号中分离 出来。 通过能谱和频谱分析方法, 以及主能量和支配频率将信号分类。 胃电信号和胃阻抗信号的频率, 信号的功率谱、 动 态谱、 节律大小、 正常胃电和胃阻抗节律的功率等参数由系统提供。结果: 初步的功能性消化不良病人的胃动力测量和 评估的实验表明用药一周后, 患者主观认为症状还没有缓解, 或者消除, 但患者胃电参数大都有显著性改变, 来源于阻
3、抗信号的胃动力参数没有显著性变化。结论: 基于胃阻抗和同步胃电信号测量的综合应用可能提供一种无创的技术来 研究和估计与胃肠生理学和病理学情况一致的胃动力状况。 关键词: 功能性消化不良;胃阻抗; 多分辨分析;胃慢波; 无创 中图分类号: 11 3 1 8文献标识码: A文章编号: 1 0 0 5 - 2 0 2 X( 2 0 0 8 ) 0 3 - 0 6 5 7 - 0 3 R e s e a c h G a s t r i c Mo t i l i t y f o r F u n c t i o n a l D y s p e p s i a L I U C h u n - l u n ,
4、 L I Z h a n g - y o n g 2 , F A N G X i a o 一 i e , WA N G We i 2 , RE N C h a o - s h i t ( 1 .D e p a r t m e n t o f G a s t r o e n t e r o l o g y , T h e F i r s t A ffil i a t e d H o s p i t a l , C h o n g qI in P A N Mi n g U n i v e r s i t y o f Me d i c a l S c i e n c e s , C h o n g
5、q i n g 4 0 0 0 1 6 , C h i n a ; 2 .C o l l e g e o f B i o i n f o r m a t i o n , C h o n g g i n g U n i v e r s i t y o f P o s t s a n d T e l e c o m m u n i c a t i o n s , C h o n g q in g 4 0 0 0 6 5 , C h in a ) A b s t r a c t : O b j e c t i v e : I n o r d e r t o i n v e s t i g a t e
6、 t h e c o m p l e x c o u r s e o f e l e c t r i c i ty a n d m e c h a n i s m o f f u n c t i o n a l d y s p e p s i a ( F D ) , in c l u d i n g it s r h y t h m , t r a n s m i s s i o n , g a s t r i c e m p ty c o u r s e a n d t h e in fl u e n c e s o f t h e m , it i s n e c c e s e ry t
7、 o e x t r a c t g a s t r i c m o t i l i ty i n f o r m a t i o n o f b o t h e l e c t r i c i ty a n d m e c h a n i s m . Me t h o d s : A c c o r d i n g t h e c i l i n c s t a n d a r d i z a t i o n , 1 5 v o lu n t e e r s o f f u n c t i o n a l d y s p e p s i a w e r e s e l e c t e d .
8、 B o t h s i gna l s I G M a n d E G G c o l l e c t e d fr o m b o d y s u r f a c e a r e d e c o m p o s e d b y Mu l t i - r e s o l u t i o n A n a l y s i s ( M R A ) . Wa v e l e t t r a n s f o r m i s a d d r e s s e d t o s e p a r a t e t h e I G M s i gna l fr o m b r e a t h i n g a n d
9、 b l o o d fl o w i n g i m p e d a n c e s i gna l s . B y t h e m e a n s o f e n e r g y a n d fr e g e n c y s p e c t r u m a n a l y s i s t e c h n i c , t h e s i gna l s c a n b e c l a s s i f y a c c o r d i n g t o t h e d o m i n a n t p o w e r a n d d o m i n a n t fr e q u e n c y .
10、S o m e i n d e x e s s u c h a s fr e q u e n c y o f E G G a n d I G M, s i g n a l p o w e r s p e c t ru m a n d d y n a m i c s p e c t r u m , t h e r a t e s o f r h y th m a n d p o w e r f o r t h e n o r m a l E G G a n d I G M a n d s o o n c a n a l s o b e c a l c u l a t e d . R e s u
11、l t s : T h e p r i m a ry e x p e r i m e n t s o f g a s t r i c m o t i l i ty m e a s u r e m e n t a n d e v a l u a t i o n a r e e x e c u t e d i n c l u d i n g b e f o r e t e a t i n g a n d a ft e r a w e e k . T h e v o l u n t e e r s f e e l t h a t t h e s y m p t o m i s n o t d i s
12、 a p p e a r e d . T h e f e a t u r e o f e l e c t r o g a s t r o g r a m h a s c h a n g e d s i g n i f i c a n t l y , o t h e r w i s e t h o s e o f i m p e d a n c e s i gna l h a s n o t . C o n c l u s i o n : T h e r e s u l t s o f t h e e x p e r i m e n t s s h o w t h a t t h e m e t
13、 h o d b a s e d -o n t h e s y n c h r o n o u s m e a s u r e m e n t o f E G G a n d I G M c a n p r o v i d e a n o n - i n v a s i v e w a y t o i n v e s t i g a t e a n d e v a l u a t e g a s t r i c m o t i l i ty s i t u a t i o n c o r r e s p o n d i n g g a s t r o i n t e s t i n a l p
14、 h y s i o l o g y a n d p a t h o l o g y c o n d i t i o n s . K e y w o r d s : f u n c t i o n a l d y s p e p s i a ; i m p e d a n c e g a s t r i c m o t i l i ty ; m u l t i - r e s o l u t i o n a n a l y s i s ; g a s t r i c s l o w w a v e s ; n o n - i n v a s i v e . J J山. . , 13 11 吕
15、收稿日 期; 2 0 0 7 - 1 0 - 3 0 基金 项目 : 国 家自 然 科学基金资 助课题( N o .6 0 4 7 1 0 4 1 ) 作者简介: 刘纯伦( 1 9 6 5 - ) , 医学博士, 副主任医师, 从事临床消化和胃 动力功能研究。E - m a il : L e e 9 5 4 7 1 2 6 .c o m, 胃肠疾病是一种常见病,在中国的发病率为 1 1 .4 3 %, 该疾病通常与胃功能紊乱相关III 。 很长 一段时 间以 来, 胃动力学随着多学科的发展而发展。 但是, 还 没有十分有效的方法来检查胃的动力或功能12 1 。现有 的一些方法有创或者不方便,
16、例如腔内压测量, 同位 素闪烁描记法。胃电图是一种无创便捷的检查法, 这 种方法仅仅反映了胃的电活动情况, 与胃 运动无直接 万方数据 中国EK学物理学杂志第 2 5 卷 第 3 期2 0 0 8 年 5月 相关。 功能性消化不良( f u n c t i o n a l d y s p e p s i a , F D ) 是指 具有慢性或反复上腹部症状而 胃镜检查无器质性病 变,且病因和发病机制尚未完全阐明的一种临床病 症3 1 o F D是一种由腹痛、 腹胀、 早饱、 暖气、 恶心等一系 列上消化道症状组成的异质性综合征, 很难找到其确 切的病因, 因此临床治疗也颇为困难。胃动力障碍被 认
17、为是F D的主要病理生理过程, F D患者有胃排空 减慢, 表现为固 体、 液体或固液混合餐的排空延迟, F D 患者可能还同时存在其他形式的胃动力障碍。 因此对 胃动力的研究就可以评价功能性消化不良患者的胃 功能, 对患者的治疗和预后作出客观的评价。 胃动力机制包括胃蠕动和胃排空, 有关胃电活动 刺激和传导以及机械收缩的复杂过程。 它从平滑肌的 肌电开始直到胃 体和幽门。在胃的活动期中, 例如收 缩, 蠕动, 胃的形状和体积都有很大的变化, 因此胃阻 抗也有较大的变化,这一规律与胃的运动是一致的。 胃是比较容易提取阻抗信号的器官4 .5 1 。 为了研究这一 复杂的胃电过程和胃机械活动的机理
18、,包括胃的节 律, 传导性, 胃排空过程以及影响它们的因素, 提取胃 动力系统生物电和运动机理方面的信息是十分必要 的。我们比较国内外文献, 提出采用无创生物阻抗和 同步胃电测量相结合的技术研究 胃动力并实现了该 技术, 关于该技术可以参考文献 6 - 8 o 木文选用本项 目组设计的胃动力信息检测与评 价系统, 进行试验研究。进行了确诊为胃功能紊乱的 病人在用药治疗前后的胃动力检测比较, 对其胃动力 功能进行了初步的评价。 1 方法和实验设计 F r Mt a l N w e 啥 e le ct r o d e 思,J企者者, 图 1 电极连接图 F i g . 1 T h e p o s
19、i t i o n o f e l e c t r o d e 1 . 1仪器设计 本实验室开发的系统包括 5 0 k H z的恒流源以 及 以 A D公 司的 A D u C 8 3 4为核心数据采集系统。 A D u C 8 3 4内含前端智能化换能器,两个高分辨率 A / D转换通道, 主通道2 4 位收集阻抗信号, 辅助通道 1 6 位同步采集胃电信号。A / D转换器可片上数字滤 波和编程控制数据输出率, 因此可以用来测量频率范 围较宽的低频信号。信号通过R S 2 3 2接口传入计算 机。 数据通过串口 控件S P C O MM 以5 H z 的采样率进 行采集。信号收集后采用小波
20、变换进行处理, 提取胃 蠕动节律并计算各种表征信号特征的时频参数, 具体 信号处理方法可以参考, 本研究组前期总结论文【 7 0 电极被分成两组。一对是激励电极, 放在身体上腹部 的表面, 另外一对是采样电极放在激励电极之间。电 极的放置位置如图1 0 1 . 2实验方案 本实验受试者为功能性消化不良病人。 人选方法 为: 参与研究的临床副主任医师根据病人不同情况采 取X线、 内镜检查、 胃液分析与粪便化验等手段, 必 要时应行超声、 C T等检查以排除肝、 胆、 胰、 包括胃等 腹腔脏器病变。主述有上腹饱涨, 打隔、 反酸等症状。 年龄3 3 士 8 岁。受试者共计 巧例。 测试时, 被试者
21、安静地坐在有靠背的椅子上。受 试者中午 1 2 点食用统一标准餐( 标准餐为2 0 0 m L牛 奶和1 0 0 g 面包, 分别含1 3 0 0 k J 和2 8 5 0 k J 的能量) , 午后3 时开始数据采集, 采集时间3 0 m i n 。经过本文 作者设计的治疗方案治疗一周后, 进行与第一次实验 标准同样的信号采集实验。 1 .3数据处理 实验数据在本研究组研制成的系统下完成信号 的小波变换等处理, 从而提取胃 蠕动信号和同步胃电 信号, 根据提取的信号计算各种时频参数, 具体信号 处理方法和参数计算请参考前期发表的论文16 .8 。 胃电 和胃动力阻抗信号功率谱最大幅值处于的频
22、率位置 称为支配频率, 根据支配频率所处的位置将信号分为 三类。 支配频带低于2 c p m的, 叫做胃 动过缓, 反之支 配频带大于4 c p m的叫 做胃 动过速。 一般认为支配频 率在2 c p m - 4 c p m的信号为正常的胃 运动节律8 j 。本 文对每分钟胃电和胃运动信号进行了支配频率频段 统计、 功率计算以及变异系数计算, 其中频率变异系 数的公式如下: IC , = S D FmgFrc q n F A v 9 山 m . 浏 ( 1 ) D F A .ff - - d 为所有主频在2 c p m - 4 c p m 的动态谱段 的 支 配 频 率 均 值 。 S D F
23、 rsq 由 公 式2 计 算 。 、 ,I (D F ( k ) - D F A ,B ) S D二 _ _ =U K =1一 一 - 一 一 一 - 一 1 - 11 1占 ( 2 ) D F ( k ) 是第k 个动态谱段的支配频率, 即主频。 D F A e 是所有动态 谱段的 支配频率, S 是用于 计算的动 态谱段数目。 数据采用自 身配对t 检验。 p 值小于0 .0 5 为显著 性判据。 2 结果 表1 所示为巧例功能性消化不良 病人治疗一周 万方数据 一6 5 9一 中国医学物理学杂志第 2 5卷 第 3 期2 0 0 8 年 5月 表 1巧 例功能性消化不良病人胃电参数统计
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