光纤Bragg光栅自适应阈值食管测压多峰检测算法及软件开发.pdf

重庆师范大学硕士学位论文中文摘要

光纤Bragg光栅自适应阈值食管测压多峰

检测算法及软件开发

摘要

近年来，食管功能障碍性疾病在临床上非常常见，而食管压力异常是一系列食

管功能障碍性疾病的主要特征，食管功能障碍性疾病的诊断和治疗通常依赖于对

食管内部压力的准确测量和分析。随着准分布式传感技术的研究深入，研究人员

将光纤布拉格光栅(FiberBraggGrating,FBG)应用在食管分布式压力测量系统中，

因为FBG传感器具有结构小巧、精度高、成本低、耐腐蚀、抗电磁干扰等特点，

更易实现分布式测量、更高的灵敏度、更好的舒适度、更高的分辨率。FBG反射

谱的多峰检测技术是影响传感系统精度的关键，而实际采集过程中的光谱信号容

易受电磁干扰、人体内部生理活动、传感器本身、数据采集设备本身等因素造成

噪声干扰。因此，设计一种基于FBG传感网络的高精度、高解调速度、抗噪且稳

定的多峰检测算法具有重要的研究意义和应用价值。并且测量系统的分布式压力

数据如何直观的呈现，是辅助医护人员诊断病情的关键，因此设计一种辅助医护

人员诊断的胃食管压力测量软件具有重要的意义和应用价值。

首先，为了解决传统基于希尔伯特变换的FBG多峰检测算法在实际测量过程

中由于噪声干扰易出现解调失效问题，本文提出了一种稳定的自适应阈值多峰检

测算法。先对光纤布拉格光栅传感网络的反射信号进行归一化处理，以提高算法

的稳定性。接着，提出了改进阈值函数的小波变换降噪方法，用于对FBG归一化

信号进行处理，有效降低信号中的高频噪声。然后，提出了自适应阈值光谱分割

算法对多峰光谱实现稳定的3dB带宽光谱分割。最后，结合指数修正的高斯拟合

算法从已分割的亚光谱信号中提取布拉格波长。通过仿真实验，验证了所提方案

的可行性和有效性。实验结果表明，所提算法误差精在7.0157pm以内，平均解调

时间达到0.1932s，与传统算法相比具有显著提升。

其次，为了解决医护人员对于原始分布式压力数据不便于直观诊断病情的问

题，本文开发了食管分布式压力测量软件，该软件涵盖压力数据获取、呈现、分

析、回放模式和数据等功能。该软件能将压力数据以时空图和线性图两种方式呈

现，便于医护人员清晰的观察到传感器各个位置的压力数据和压力变化的过程。

此外该软件的数据分析、回放模式、保存数据功能能让医护人员了解患者吞咽过

程的具体耗时和一长段时间内食管分布式压力的变化趋势，有助于医护人员面对

疑难杂症时进行仔细研讨和诊断。通过模拟数据实验，验证了软件相关功能的可

I

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行性。

综上所述，本课题面向食管测压，设计一种基于FBG传感方案的自适应阈值

多峰检测算法和开发了一款处理分布式压力数据的食管分布式压力测量软件，分

别解决了食管测压过程中采集信号带有噪声干扰时，现有多峰检测算法解调失效

问题和原始压力数据对医护人员诊断病情不友好的问题。这种方案为食管压力异

常疾病的诊断和治疗提供了一定价值的参考，为临床医学带来更准确、可靠的压

力测量工具。

关键词：布拉格光纤光栅，食管分布式压力测量软件，多峰值检测算法，自适应，

光谱分析

II

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Multi-peakDetectionAlgorithmandSoftwareDevelopment

forEsophagealManometrywithAdaptiveThresholdingof

FiberBraggGrating

ABSTRACT

Inrecentyears,es