消化道压力活动的非线性动力学分析及建模研究

本项目建立在人体全消化道微型介入式微创检测系统项目基础之上，拟通过对角切片谱、长程相关性分析等相关非线性动力学方法和复杂性研究方法提取消化道压力活动的多元非线性特征，对消化道的非线性动力学进行深入的研究，探索建立消化道压力活动的非线性动力学模型，并通过临床实验加以验证和修正。消化道的动力运动形式是复杂、多变、非平稳的，因个体的差异而不同。由消化道动力运动形成的消化道压力活动也是复杂的、非线性的、时变的、非平稳的长时间序列信号，很难从传统的统计意义上给出合理的评价和区分。因此，我们希望借助于非线性系统理论和复杂性科学，研究消化道各个肠段的压力活动的非线性特征，并在此基础上建立非线性动力学模型，并用实验加以验证。本研究预期为消化道疾病的诊断与治疗提供更有价值的方法和工具；同时通过非线性动力学建模研究阐明一些消化道生理基础和机制问题，为消化道动力障碍性疾病的认识和研究发挥重要的指导作用。

目前临床普遍采用的动力障碍性疾病诊断仪器，如液体灌注式测压，需要清肠、禁食等前期处理，患者痛苦大，测得的生理数据也是在充盈状态下的，结果不够真实。为了在正常生理状态下获取消化道实时监测数据，我们研究了人体消化道生理信号无创检测及其定位技术，并用医学统计学方法，进行了消化道压力活动的非线性动力学分析，以期在整体上对其作深入了解；如何进行肠道的可视化建模也是本课题研究的另一个重点。本课题的具体研究内容包括：.（1）探讨人体消化道生理信号无创检测系统及其定位技术。这里，用医学统计学方法对实验数据按胃、小肠、结肠等不同肠段进行了压力活动特征的提取，获得了最优特征子集，并进行了模式分类；.（2）消化道压力活动的非线性动力学分析。用非线性对角切片谱的方法、长程幂律相关性分析方法、分形计盒估计方法，研究了消化道压力活动的非线性动力学特征。.（3）消化道建模研究。其中肠道压力活动的时空描述模型包括常驻型收缩模型、传播性节段性收缩模型和摆型收缩活动模型；用VTK工具包，获得了胃部、十二指肠部、小肠部、结直肠部，以及全消化道的三维可视化、数字化的实体模型。.在上述三个主要研究内容中，第一部分是本课题的研究基础和数据来源；第二部分是从非线性信号处理的角度对实验数据进行分析和研究；而第三部分所得到的模型，用于改进“人体消化道生理信号无创检测系统及其定位技术”。.在该项目实施的过程中，本课题组共发表了SCI检索论文5篇，EI检索论文3篇，其他检索论文8篇。获得授权发明专利2项，实用新型专利3项。达到并超过了申请时的预期目标，较好地完成了该项目。