Medical data analysis using microprocessor-based Walsh transformations

  • Z. B. Temel
  • D. A. Linkens


The use of Fourier transforms based on orthogonal sinusoidal functions is well established in the analysis of spectral components in noisy medical signals. In this paper the use of Walsh transformations based on orthogonal discrete signals is described for the analysis of ‘slow-wave’ rhythms in the gastro-intestinal tract of mammals. The Walsh transform approach has the advantage that very fast algorithms can be developed since multiplications involving sinusoidal functions are replaced by additions and subtractions. These algorithms are very suitable for simple microprocessors and it is shown that, for determining the frequency of gut rhythms, simple filtering and signal conditioning preceding the microprocessor dispenses with the need for analogue to digital conversion. Hence a very simple digital microprocessing system for the continuous monitoring of gut rhythms has been produced. It has also been extended to provide filtering of signals via forward and inverse Walsh transforms.


Spectral analysis Walsh transforms microprocessors gutslow-waves 


L'emploi des transformations Fourier basées sur les fonctions sinusoïdales orthogonales est à présent reconnu pour l'analyse des composants spectraux de signaux médicaux bruyants. Ce résumé décrit l'emploi des transformations Walsh, basées sur des signaux orthogonaux discrets, pour l'analyse des rythmes ‘à ondes lentes’ du faisceau gastro-intestinal des mammifères. Les transformations Walsh présentent l'avantage de pouvoir développer de très rapides algorithmes, puisque les multiplications concernant les fonctions sinusoïdales sont remplacées par des additions et des soustractions. Ces algorithmes conviennent parfaitement à des microprocesseurs simples; et pour déterminer la fréquence du rythme des intestins, il a été prouvé qu'un simple filtrage et des signaux précédant le microprocesseur suppriment le besoin d'une conversion numérique analogique. D'où l'établissement d'un système microtraitant numérique très simple, pour contrôler en permanence le rythme des intestins, et qui se prolonge pour fournir un filtrage de signaux, grâce aux transformations Walsh progressives et régressives.


Die Verwendung der auf orthogonalen, sinusbezüglichen Funktionen basierenden Fourier Transformationen ist in der Analyse spektraler Komponenten bei geräuschvollen medizinischen Signalen gut eingeführt. In diesem Papier wird die Verwendung der auf orthogonalen, diskreten Signalen basierenden Walsh Transformationen zur Analyse der ‘Langsamwellen’—Rhythmen im Magen—und Darmtrakt von Säugetieren beschrieben. Die Transformationsmethode von Walsh hat den Vorteil, daß sehr schnell Algorithmen entwickelt werden können, da die Multiplikationen mit sinusbezüglichen Funktionen durch Additionen und Subtraktionen ersetzt werden. Diese Algorithmen sind für den einfachen Mikroprozessor sehr geeignet, und es zeigt sich, daß zur Bestimmung der Eingeweiderhythmen, ein einfaches Filtern und Signalzustand vor dem Mikroprozessor die Notwendigkeit der Umwandlung von analog auf digital wegfallen läßt. Damit wurde ein sehr einfaches, Digital-Mikroprozeß-System zur dauernden Beobachtung der Eingeweiderhythmen erfunden. Dieses wurde dann auch auf das Filtern von Signalen über vorwärts gerichtete und invertierte Walsh Transformationen erweitert.


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  1. Beauchamp, K. G. (1975) Walsh functions and their applications. Academic Press, (London).Google Scholar
  2. Brown, B. H., Smallwood, R. H., Duthie, H. L. andStoddard, C. J. (1975) Intestinal smooth muscle electrical potentials recorded from surface electrodes.Med. & Biol. Engng.,13, 1, 97–103.Google Scholar
  3. Christensen, J., Schedl, H. P., andClifton, J. A. (1966) The small intestine basic electrical rhythm (slow-wave) frequency gradient in normal man and in patients with a variety of dieases.Gastroent.,50, 3, 309–315.Google Scholar
  4. Cooley, J. W., andTukey, J. W. (1965) An algorithm for the machine calculation of complex Fourier series.Math. Comput. April, 19.Google Scholar
  5. Datardina, S. P. andLinkens, D. A. (1977) Estimation of frequencies of gastro-intestinal electrical rhythms using auto-correlation and auto-regressive modelling techniques. IEE Colloquium on ‘Random Signal Analysis’, April. Conf. Publ.159, 82–92.Google Scholar
  6. Digital Equipment Corporation (1974) MPS Users Handbook. 1117-4531009/04.Google Scholar
  7. Duthie, H. L. (1974). Electrical activity of gastrointestinal smooth muscle.Gut,15, 669–681.Google Scholar
  8. Harmuth, H. F. (1972) Transmission of information by orthogonal functions. 2nd edn. Springer-Verlag, BerlinGoogle Scholar
  9. Kwong, N. K., Brown, B. H., Whittaker, G. E., andDuthie, H. L. (1970). Electrical activity of the gastric antrum in man.Brit. J. Surg.,57, 913–916.Google Scholar
  10. Linkens, D. A. andCannell, A. E. (1974) Interactive graphic analysis of gastro-intestinal electrical signals.IEEE Trans. BME-2, 335–339.Google Scholar
  11. Linkens, D. A. andTemel, Z. B. (1975) The use of Walsh transforms in the analysis of gastro-intestinal signals. Proceedings of “Theory and applications of Walsh functions’, Hatfield Polytechnic, England, July.Google Scholar
  12. Pratt, W. K. (1971) Linear and non-linear filtering in the Walsh domain. Proceedings of Application of Walsh functions’, Washington D.C.Google Scholar
  13. Smallwood, R. H. (1976) Gastro-intestinal electrical activity from surface electrodes. Ph.D. thesis, Department of Med. Phys, University of Sheffield, England.Google Scholar
  14. Szursweski, J. H. (1969) A migrating electric complex of the canine small intestine.Am. J. Physiol.,217, 1757–1763.Google Scholar
  15. Taylor, I., Duthie, H. L., Smallwood, R. H., andLinkens, D. A. (1975) Large bowel myoelectrical activity in man.Gut,16, 808–814.Google Scholar
  16. Temel, Z. B. (1977). Fast Walsh transforms with applications in medical data analysis. Ph.D thesis, Department of Control Engineering, University of Sheffield.Google Scholar
  17. Walsh, J. L. (1923). A closed set of orthogonal functions.Am. J. Math.,45, 5–24.MATHCrossRefGoogle Scholar

Copyright information

© IFMBE 1978

Authors and Affiliations

  • Z. B. Temel
    • 1
  • D. A. Linkens
    • 1
  1. 1.Department of Control EngineeringUniversity of SheffieldSheffieldEngland

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