一種基于波形時(shí)域特征的脈搏波信號(hào)特征點(diǎn)檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及生理信號(hào)采集技術(shù)和數(shù)字信號(hào)分析技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于波形 時(shí)域特征的脈搏波信號(hào)特征點(diǎn)檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 心臟有節(jié)律的收縮舒張將血液射入動(dòng)脈血管，由于血管是彈性的腔體，血液進(jìn)入 血管中流動(dòng)從而形成脈搏波。脈搏波信號(hào)波形由上升支和下降支所組成，一般根據(jù)心臟射 血和血液在血管中傳播的各個(gè)過程，可認(rèn)為脈搏波信號(hào)中的每個(gè)節(jié)拍信號(hào)有七個(gè)特征點(diǎn)， 如圖1所示，分別為脈搏波節(jié)拍起點(diǎn)（通常標(biāo)記為a)、主動(dòng)脈打開點(diǎn)（通常標(biāo)記為b)、主峰 波峰點(diǎn)（通常標(biāo)記為c)、潮波波谷點(diǎn)（通常標(biāo)記為d)、潮波波峰點(diǎn)（通常標(biāo)記為e)、重搏波 波谷點(diǎn)（通常標(biāo)記為f)和重搏波波峰點(diǎn)（通常標(biāo)記為g)，其中能夠提供重要信息的特征點(diǎn) 主要是主動(dòng)脈打開點(diǎn)b、主峰波峰點(diǎn)c、潮波波谷點(diǎn)d、潮波波峰點(diǎn)e、重搏波波谷點(diǎn)f和重搏 波波峰點(diǎn)g這六個(gè)。在脈搏波信號(hào)中，be段為上升支，主動(dòng)脈打開，由于心臟將血液射入主 動(dòng)脈而使主動(dòng)脈壓力變大上升至c點(diǎn)，c點(diǎn)是整個(gè)脈搏波信號(hào)的波峰，隨后血液從左心室噴 出而在主動(dòng)脈中形成一個(gè)潮波e點(diǎn)，d點(diǎn)是潮波的最低點(diǎn)；右心室開始充盈，房室瓣打開血 液反彈回來形成一個(gè)波谷f點(diǎn)，g點(diǎn)是由于心室舒張，主動(dòng)脈血液反彈回來、動(dòng)脈壓稍有上 升、血管再次擴(kuò)張所形成的重搏波。
[0003] 脈搏波信號(hào)包含了大量的生理信息，它的形狀、周期、峰值等信息與心血管狀態(tài)、 生理病理信息如動(dòng)脈硬化程度、心律、血管健康狀態(tài)、脈搏波信號(hào)波形特征量K等密切相 關(guān)，因此準(zhǔn)確識(shí)別并提取出脈搏波信號(hào)中包含的特征點(diǎn)，不僅可以為預(yù)防血管疾病提供前 期的信息參考，而且可以為醫(yī)生診斷或治療病人提供重要的指示信息，同時(shí)也為某些藥物 (如降壓藥等）的治療效果評(píng)估提供量化的參考指標(biāo)指示信息。
[0004] 目前用來提取脈搏波信號(hào)特征點(diǎn)的方法主要有微分方法，曲率法，小波變換過零 點(diǎn)法和句法模式識(shí)別法等方法。由于脈搏波信號(hào)是由壓力傳感器采集的，因此微分信號(hào)在 同一點(diǎn)附近可能會(huì)出現(xiàn)多個(gè)局部極值，這使得微分法不能準(zhǔn)確檢測出部分特征點(diǎn)；曲率法 通過分析脈搏波信號(hào)不同部位的曲率變化從而識(shí)別特征點(diǎn)，但是對(duì)于潮波不明顯的波形就 很難識(shí)別了；小波變換過零點(diǎn)法會(huì)因小波基的選擇不確定性而出現(xiàn)某些重搏波檢測不到的 情況；句法模式識(shí)別需要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)對(duì)實(shí)測的脈搏波信號(hào)進(jìn)行分類然后才能對(duì)特征點(diǎn)進(jìn)行定 位，因此需要準(zhǔn)確的脈搏波信號(hào)分類標(biāo)準(zhǔn)，在實(shí)際應(yīng)用中存在一定的困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明為了解決脈搏波信號(hào)特異性強(qiáng)、容易受到各 種因素干擾而導(dǎo)致提取特征點(diǎn)困難的問題，提出了一種基于波形時(shí)域特征的脈搏波信號(hào)特 征點(diǎn)檢測方法，該方法基于脈搏波信號(hào)的波形時(shí)域特征，結(jié)合了微分和小波變換算法來確 定脈搏波信號(hào)中的特征點(diǎn)位置，以提高對(duì)脈搏波信號(hào)中特征點(diǎn)的識(shí)別準(zhǔn)確度，幫助擴(kuò)展脈 搏波信號(hào)特征點(diǎn)識(shí)別技術(shù)的適用范圍，為計(jì)算機(jī)設(shè)備自動(dòng)檢測、獲取脈搏波信號(hào)中的特征 信息及連續(xù)血壓無創(chuàng)檢測設(shè)備的研發(fā)提供有利的技術(shù)基礎(chǔ)。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：
[0007] -種基于波形時(shí)域特征的脈搏波信號(hào)特征點(diǎn)檢測方法，將采集的脈搏波信號(hào)輸入 至計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)進(jìn)行采樣預(yù)處理后，以脈搏波信號(hào)中各節(jié)拍信號(hào)的主動(dòng)脈打開點(diǎn)、主峰 波峰點(diǎn)、潮波波谷點(diǎn)、潮波波峰點(diǎn)、重搏波波谷點(diǎn)和重搏波波峰點(diǎn)作為特征點(diǎn)識(shí)別對(duì)象，對(duì) 脈搏波信號(hào)中的各特征點(diǎn)進(jìn)行識(shí)別檢測；計(jì)算機(jī)對(duì)脈搏波信號(hào)中的特征點(diǎn)進(jìn)行識(shí)別檢測的 具體步驟包括：
[0008] 1)對(duì)脈搏波信號(hào)進(jìn)行峰值識(shí)別處理，并將幅值與脈搏波信號(hào)中最小幅值點(diǎn)的幅值 之差大于預(yù)設(shè)定幅值閾值Ve的峰值點(diǎn)判定為脈搏波信號(hào)中的主峰波峰點(diǎn)，從而確定脈搏 波信號(hào)中各節(jié)拍信號(hào)的主峰波峰點(diǎn)Cl，i = 1，2，···，N，N表示脈搏波信號(hào)中包含的節(jié)拍總 數(shù)；
[0009] 2)對(duì)脈搏波信號(hào)進(jìn)行一階微分處理后，對(duì)于脈搏波信號(hào)中任意的第i個(gè)節(jié)拍信號(hào) 而言，在脈搏波信號(hào)的一階微分信號(hào)中找出第i個(gè)節(jié)拍信號(hào)的主峰波峰點(diǎn)Cl所對(duì)應(yīng)位置處 之前的第一個(gè)過零位置點(diǎn)，將所述第一個(gè)過零位置點(diǎn)對(duì)應(yīng)在脈搏波信號(hào)中的位置點(diǎn)判定為 第i個(gè)節(jié)拍信號(hào)的主動(dòng)脈打開點(diǎn)b1;由此，分別確定脈搏波信號(hào)中各節(jié)拍信號(hào)的主動(dòng)脈打 開點(diǎn)；
[0010] 3)根據(jù)脈搏波信號(hào)中各節(jié)拍信號(hào)的主峰波峰點(diǎn)的位置，分別確定脈搏波信號(hào)中各 節(jié)拍信號(hào)的節(jié)拍周期！\，i = 1，2，···，N，然后在各節(jié)拍信號(hào)中分別標(biāo)記其重搏波參考位置 點(diǎn)；其中，任意的第i個(gè)節(jié)拍信號(hào)中重搏波參考位置點(diǎn)g' i的位置P(g' 根據(jù)第i個(gè)節(jié) 拍信號(hào)的節(jié)拍周期、主峰波峰點(diǎn)Cl的位置P (c J以及預(yù)設(shè)定的重搏波相對(duì)位置參數(shù)RP確 定：
[0011] p(gr ,) = PCc^ + CRPXT,)；
[0012] 然后在第i個(gè)節(jié)拍信號(hào)中以重搏波參考位置點(diǎn)g' i為中心的預(yù)設(shè)定重搏波時(shí)域 寬度范圍內(nèi)找到幅值極大值點(diǎn)和幅值極小值點(diǎn)，分別判定為第i個(gè)節(jié)拍信號(hào)的重搏波 波谷點(diǎn)匕和重搏波波峰點(diǎn)g1;由此，分別確定脈搏波信號(hào)中各節(jié)拍信號(hào)的重搏波波谷點(diǎn)和 重搏波波峰點(diǎn)；
[0013] 4)對(duì)于脈搏波信號(hào)中任意的第i個(gè)節(jié)拍信號(hào)，對(duì)其主峰波峰點(diǎn)cjlj重搏波波谷點(diǎn) 之間的信號(hào)段Pi (η)進(jìn)行五層小波分解，即：
[0015] 得到其d5層信號(hào)宅⑶，η表示所述信號(hào)段Pi (η)中包含的采樣點(diǎn)數(shù)，；(《)表示 所述信號(hào)段Pi (η)進(jìn)行五層小波分解得到的低頻信號(hào)部分，^ (?)表示所述信號(hào)段？1 (η)進(jìn) 行五層小波分解得到的dk層信號(hào)，ke {1，2, 3, 4, 5};在所述d5層信號(hào)/^(〃）的起始點(diǎn)為 起點(diǎn)的預(yù)設(shè)定潮波時(shí)域?qū)挾确秶鷥?nèi)找到幅值極大值點(diǎn)，將所述幅值極大值點(diǎn)對(duì)應(yīng)在脈 搏波信號(hào)中的位置點(diǎn)判定為第i個(gè)節(jié)拍信號(hào)的潮波波峰點(diǎn)e1;由此，分別確定脈搏波信號(hào) 中各節(jié)拍信號(hào)的潮波波峰點(diǎn)；
[0016] 5)對(duì)于脈搏波信號(hào)中任意的第i個(gè)節(jié)拍信號(hào)，對(duì)其主峰波峰點(diǎn)Cl到潮波波峰點(diǎn)e i 之間的信號(hào)段進(jìn)行微分處理，判斷其一階微分信號(hào)中是否存在過零點(diǎn)；若是，則判定該過零 點(diǎn)位置點(diǎn)對(duì)應(yīng)在脈搏波信號(hào)中的位置點(diǎn)為第i個(gè)節(jié)拍信號(hào)的潮波波谷點(diǎn)d1;若主峰波峰點(diǎn)Cl到潮波波峰點(diǎn)e 間信號(hào)段的一階微分信號(hào)中不存在過零點(diǎn)，則進(jìn)一步計(jì)算主峰波峰點(diǎn) Cl到潮波波峰點(diǎn)e i之間信號(hào)段的二階微分信號(hào)，在該二階微分信號(hào)中找出第i個(gè)節(jié)拍信號(hào) 的潮波波峰點(diǎn)ei所對(duì)應(yīng)位置處之前的第二個(gè)過零位置點(diǎn)，判定該第二個(gè)過零位置點(diǎn)對(duì)應(yīng)在 脈搏波信號(hào)中的位置點(diǎn)為第i個(gè)節(jié)拍信號(hào)的潮波波谷點(diǎn)d1;由此，分別確定脈搏波信號(hào)中 各節(jié)拍信號(hào)的潮波波谷點(diǎn)。
[0017] 上述基于波形時(shí)域特征的脈搏波信號(hào)特征點(diǎn)檢測方法中，作為優(yōu)選方案，對(duì)輸入 至計(jì)算機(jī)的脈搏波信號(hào)進(jìn)行采樣預(yù)處理的采樣頻率為1〇〇~1000Hz。
[0018] 上述基于波形時(shí)域特征的脈搏波信號(hào)特征點(diǎn)檢測方法中，作為優(yōu)選方案，所述步 驟1)中，預(yù)設(shè)定幅值閾值Ve的取值為脈搏波信號(hào)中最大幅值的0. 6~0. 8倍。
[0019] 上述基于波形時(shí)域特征的脈搏波信號(hào)特征點(diǎn)檢測方法中，作為優(yōu)選方案，所述步 驟3)中，重搏波相對(duì)位置參數(shù)RP的取值范圍為0. 4~0. 5,預(yù)設(shè)定重搏波時(shí)域?qū)挾确秶?g的取值范圍為〇. 3~0. 4秒時(shí)域?qū)挾确秶?br>[0020] 上述基于波形時(shí)域特征的脈搏波信號(hào)特征點(diǎn)檢測方法中，作為優(yōu)選方案，所述步 驟4)中，預(yù)設(shè)定潮波時(shí)域?qū)挾确秶娜≈捣秶鸀椹? 1~〇. 2秒時(shí)域?qū)挾确秶?br>[002