目的 设计并实现一种应用于微血管调节功能评估的皮肤温度振荡分析系统.方法 由便携式仪器和分析软件所组成的皮肤温度振荡分析系统采用局部热刺激方式诱导人体皮肤产生充血反应,实时采集充血反应前后的皮肤温度变化信号,并基于连续小波变换对皮肤温度振荡幅值进行分析,最终实现对皮肤微血管内皮、神经以及肌源性调节功能的评估.结果 利用所研发系统开展的实验研究发现,施加40～41℃热刺激可明显增强皮肤温度波动强度,皮肤温度在内皮(0.0095～0.0200 Hz)、神经(0.02～0.05 Hz)以及肌源性(0.05～0.14 Hz)调节频段的波动幅值分别为无热刺激状态的2.20、4.28和2.77倍.结论 本研究验证了热刺激条件下皮肤温度振荡幅值增强的特征,可用于量化分析皮肤微血管运动调节功能.本研究设计和开发的皮肤温度振荡分析系统可为微血管调节功能的评估提供一种有效工具.

生态安全格局的构建有助于减缓生态系统退化和生物多样性丧失,对生物多样性保护具有重要意义.现有研究中生态源地识别的主观性较强且源地边界破碎,生态廊道对景观连通性的贡献程度也有待明确.因此,以宁夏沿黄河城市带为例,首先利用空间连续小波变换识别综合生态系统服务突变点,获取生态源地,进而基于电路模型评估功能连通性以提取生态廊道,最后量化生态廊道的连通贡献.结果显示,生态源地占研究区总面积的41.51％,其中草地占比83.27％.相比于直接提取综合生态系统服务高值区,基于空间连续小波变换识别的生态源地能较好的反映局地生态系统特征,并将景观形状指数和分形维数分别降低67.20％和8.06％,减少生态源地边缘长度从而受到外界干扰的可能性更小.生态廊道占研究区总面积的7.42％,是物种迁徙等生态过程的关键通道,有效地增强了区域景观连通性,将等效可能连通性指数和等效整体连通性指数分别提升41.76％和68.68％.生态安全格局主要位于研究区边界地段,整体呈两带分布,为宁夏沿黄河城市带阻挡周围的沙漠,保障中部的城市发展和粮食安全.然而,研究区范围内自然保护区仍存在较为严重的生态系统服务和功能连通的保护缺口.各区域的生态安全格局具备不同的生态功能,需要有针对性的差异化保护、修复与管理.

针对可变持续时间心电图(ECG)数据信号的非平稳性和时序性问题,提出一种基于连续小波变换(CWT)和高阶统计量(HOS)的心律失常识别算法.首先,针对可变持续时间ECG数据中每个样本的数据点数量不同,采用RR间期插值法预处理数据,并通过CWT将信号分解为不同的时频分量,从而使网络能够更好地提取心电信号中的时间和频率特征.其次,针对时序信息利用不充分的问题,提出基于HOS和长短期记忆网络的时序挖掘模块,以捕捉和学习ECG信号中的长期依赖关系,从而有助于识别和理解特定的心律失常类别.通过在公开的ECG数据集MIT-BIN上进行的大量实验,验证所提方法的有效性和优越性.

目的 急诊科面临的诸多挑战之一是在有限的人力资源和急救资源范围内以最高效率和最佳质量对病情复杂多变的患者进行及时处置.本研究尝试结合大数据和小波变换方程组,从急诊外科患者入院数据中解析出疾病谱及频率的多尺(multiple scales)度时间序列变迁模式,从而为优化急诊急救资源配置提供一种智能化解决方案.方法 利用数据管理工具(DataChief Avaintec,Helsinki,Finland)导入四川省人民医院2005-2014年所有急诊外科入院患者数据,进行整理、清洗和辅助定义后,以9h为单位对入院患者进行序列累加,形成连续波谱.采用计算数学软件平台(MATLAB)小波变换函数进行分解,分解层数5层,对每一层波谱高度及其分布进行分段计数统计,并利用K-mean算法找出分解尺度系数间关系.最后利用aprori算法进行频繁模式挖掘(frequent patterns mining),挖出患者入院疾病谱及频率分布模式.结果 纳入23 795例患者,疾病种类分布以急腹症占比最高,同时发现,急外患者入院变化是复杂的渐升波谱.小波分解后,信号波A反映了特定时间尺度下整个波动数据的趋势性变化.而噪声波D则反映了波动在特定时间尺度下的细节特征.如A1主波尺度代表以16 d为周期的波动.相应的D1,反映了16 d周期波动下的变化剧烈程度.以D1始,D1-D5代表波谱分解的噪音部分.以研究期间发生的5·12特大地震为例,在D3层出现了明显的噪声波,提示波动周期为4d,其临床解释为:4d内患者入院激增.结论 急诊外科的疾病发病受到多个时间尺度的影响,这种影响是一种典型的多尺度现象.利用小波分析可以方便的根据不同的时间尺度把急诊入院的病案信息的变化趋势分解出来,这种方法有助于合理分配急诊资源.

目的 利用连续小波变换对代谢组色谱数据进行变换分析,获得重要的低丰度肿瘤标志物.方法 将代谢组一维色谱数据通过不同多尺度连续小波变换获得二维系数图像,再使用random forest (RF)算法对其图像进行模式识别和特征提取,筛选潜在的低浓度生物标志物.结果 针对色谱数据经过连续小波变换处理后,RF建模判别效果较原始色谱数据有很大的提高.结论 针对色谱数据进行小波变换后的特征提取结果,对质谱数据的某一段进行重点分析,能够筛选出重要的低丰度肿瘤标志物,具有重要研究价值.

针对光学相干层析系统的噪声进行分析,综合对比了多种小波变换方法(包括连续小波变换,离散小波变换和平稳小波变换)在小鼠眼球层析图像处理中的降噪效果.通过均方误差、均方根误差、峰值信噪比以及信噪比四个参数来定量评价不同处理方法的成像效果.实验结果表明,通过采用改进阈值后的平稳小波方法,图像达到的评价效果最好,可以识别出原图所不能观察到的眼球虹膜结构,图像的均方误差下降为原来的35.5％,图像的信噪比提高了25.2％,提高了约4.5 dB.该方法保留了图像中需要的细节信号,使得眼科光学相干层析图像的降噪性能得到了提升.

土壤异养呼吸是森林生态系统碳循环的重要组成部分,其时间变化规律和影响因子一直是碳循环研究的难点和重点.利用全自动连续观测系统对亚热带米槠常绿阔叶次生林土壤异养呼吸进行高频率观测,采用连续小波变换技术对高频率实测值与模型估测值间的差值进行分析,探讨亚热带森林土壤异养呼吸的变化机制.结果发现,土壤异养呼吸速率年变化范围在0.82-7.11 μmol CO2m-2 s-1之间,全年平均值为2.66 μmol CO2m-2 s-1,在7月份达到全年最高值.虽然土壤温度和水分双因素模型能够较好地解释土壤异养呼吸的年变化,但土壤温度和土壤异养呼吸速率在时间序列上未出现同步变化模式,同时双因素模型估测值与高频率实测值年均值相差18％,其中4-7月模型值低估12％,而8-9月模型值高估15％.进一步利用连续小波变换对模型误差分析发现,模型值与实测值差异在4-7月主要分布在短周期(32-64 h)和长周期(≥85 d),这可能与生长季节土壤底物有效性提高,大量的易变化碳输入激发原有土壤有机碳分解有关.8-9月差异主要分布在长周期(≥85 d),这可能是干旱造成底物有效性降低,微生物只能利用原有难分解有机碳进行维持代谢.因此亚热带森林土壤异养呼吸会不仅受到温度、土壤水分等环境因素影响,而且底物有效性变化也可能是影响亚热带常绿阔叶林土壤异养呼吸变化的重要因素.

目的 探求一种有效地去除噪声又能很好地保留超声医学图像高频细节信息的去噪算法.方法 提出一种基于幂次变换的自适应超声医学图像去噪算法,该算法主要是对大于阈值的小波系数进行幂次变换,使处理后的小波系数尽可能地接近原始小波系数,并能很好地保留小波系数的连续性.结果 实验结果表明,噪声较小时,该算法方差较小,并且视觉效果优于软阈值算法.结论 该算法有效地实现了对超声医学图像斑点噪声的自适应抑制,在噪声较小时,能很好地去除噪声,并保留高频细节信息.

目的 探讨腰背痛患者椎旁肌肌电图频谱特征与功能障碍的相关性.方法 选择2018年1月-2019年3月在本院就诊的34例慢性非特异性腰痛(chronic nonspecific low back pain,CNSLBP)患者作为研究组,纳入同期健康体检的受试者34例作为对照组.采用连续小波变换(continuous wavelet transform,CWT)获得椎旁肌的肌电特征,包括最大自主等长收缩( maximal voluntary isometric contraction,MVIC)扭矩、均方根肌电图值(root-mean-square electromygraphy,rmsEMG)、EMG功率谱,观察患者肌电特征与临床症状(VAS评分)、功能障碍(RMDQ评分)的关系.结果 2组MVIC扭矩相比较,差异有统计学意义(P<0. 001).在T12 和L4 水平,研究组左右椎旁肌的平均rmsEMG均低于对照组,差异均有统计学意义(P<0. 05). 2组转化EMG的峰值功率和相应频率存在差异,研究组T12 水平椎旁肌转化EMG的峰值功率和相应频率均低于对照组,L4 水平峰值功率低于对照组,差异均有统计学意义(P<0. 05);2组L4 水平相应频率相比较,差异无统计学意义(P＞0. 05). 2组T12 的平均比率(低/高)相比较,差异有统计学意义(Z=-2. 293,P=0. 032),L4 水平的平均比率差异无统计学意义(Z=-1. 936,P=0. 051).相关性分析显示,研究组患者椎旁肌T12 水平比率与RMDQ存在相关性(r=0. 672,P=0. 003),椎旁肌L4 的比率与RMDQ分数无相关性(r=0. 208,P=0. 103),椎旁肌T12 和L4 水平比率与VAS评分均无相关性(r=0. 103、0. 082,P均＞0. 05).结论 最大自主等长收缩扭矩、均方根肌电图值和肌电图功率谱可在一定程度上反映腰痛患者的椎旁肌T12 水平功能,值得进一步研究探讨.

目的 消除可穿戴式脉搏波监测设备在连续测量中由于运动造成的运动伪差,保证设备准确性和稳定性.方法 通过选取合适的小波基、小波最大分解层数、阈值函数和阈值方法,对脉搏波信号进行小波阈值处理,提出了一种基于小波阈值法去除脉搏波噪声的算法.并针对在脉搏波信号采集过程中出现的基线漂移、工频干扰和运动伪差,与加窗傅里叶变换去噪后的结果进行对比.结果 在信噪比、均方差和平滑度等关键指标上,小波阈值法的效果更优.利用db9小波基对脉搏波信号进行6层小波分解,设置启发式阈值所得到的处理效果最好.结论该算法能够有效抑制工频干扰和运动干扰,使信噪比提高22 dB,均方差接近于0,且平滑度降为原来的11％,实现脉搏波信号采集中干扰的有效去除.