脈搏信號(hào)獲取與分析的研究.pdf

1、脈搏信號(hào)是一種重要的人體生理信號(hào)，包含了豐富的循環(huán)系統(tǒng)信息。由于脈搏的搏動(dòng)在體表就能觸摸到，因而脈搏信號(hào)的獲取具有無(wú)痛苦、采集簡(jiǎn)單、成本低廉等優(yōu)勢(shì)。脈搏信號(hào)的分析自古就備受醫(yī)學(xué)界青睞，在古代中醫(yī)、古代印度醫(yī)學(xué)、古埃及醫(yī)學(xué)中脈診都占有十分重要的地位。在利用脈診診病時(shí)醫(yī)師將手指放置于患者橈動(dòng)脈的寸、關(guān)、尺三個(gè)穴位，通過(guò)指腹的觸感來(lái)感受不同取脈壓力下脈搏的搏動(dòng)從而分析患者的身體狀況。然而，脈診的技巧需要長(zhǎng)期的學(xué)習(xí)和實(shí)踐才能掌握，而且這種診法的

2、主觀性較強(qiáng)，存在不同醫(yī)師診斷結(jié)果不一致的問(wèn)題。為了克服這些問(wèn)題，近年來(lái)越來(lái)越多的學(xué)者利用傳感器技術(shù)獲取脈搏信號(hào)并利用計(jì)算機(jī)技術(shù)來(lái)分析病人的健康狀況，使脈診技術(shù)向客觀化的方向發(fā)展。
　　在脈搏信號(hào)的獲取與分析中主要包括脈搏信號(hào)的獲取、預(yù)處理、特征提取與模式分類等內(nèi)容，本文從這四方面出發(fā)對(duì)脈搏信號(hào)的獲取與分析展開了系統(tǒng)的研究。
　　脈搏信號(hào)的獲取是脈搏信號(hào)分析研究的基礎(chǔ)。近年來(lái)不同的研究機(jī)構(gòu)研發(fā)了各種各樣的脈搏信號(hào)獲取系統(tǒng)，然而

3、現(xiàn)有的采集設(shè)備仍存在一些不足以待改進(jìn)，首先現(xiàn)有的脈搏信號(hào)采集系統(tǒng)大多沒(méi)有定位輔助系統(tǒng)，將傳感器放置于患者手腕的過(guò)程仍然很大程度依賴采集人員的經(jīng)驗(yàn)，使得位置的選擇較為主觀和費(fèi)時(shí)。其次現(xiàn)有的系統(tǒng)不能自動(dòng)控制采樣壓力，使得壓力的設(shè)置較為主觀和費(fèi)時(shí)。另外現(xiàn)有設(shè)備在測(cè)量脈寬和寸、關(guān)、尺三個(gè)部位同時(shí)采集等方面也存在一些欠缺。針對(duì)這些問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)了新的脈搏信號(hào)獲取系統(tǒng)。通過(guò)該系統(tǒng)可以快速的找到合理的采樣位置并根據(jù)預(yù)設(shè)的壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)探頭高度，減少了采

4、集過(guò)程中的主觀因素并加快了采樣速度，提高了采樣的客觀性。本文的系統(tǒng)還具有測(cè)量脈寬和寸、關(guān)、尺三路同時(shí)采集的功能。
　　脈搏信號(hào)的預(yù)處理旨在去除耦合在脈搏信號(hào)中的干擾，提升脈搏信號(hào)的質(zhì)量從而提高后續(xù)的特征提取以及模式分類的準(zhǔn)確性?，F(xiàn)有的預(yù)處理過(guò)程通常關(guān)注去除脈搏信號(hào)中耦合的噪聲和基線漂移等干擾，然而有一些干擾由于發(fā)生了信息損失或者與脈搏信號(hào)的頻帶重疊使得這類干擾的處理去除難度較大，如飽和、偽跡這兩種干擾很難通過(guò)現(xiàn)有的預(yù)處理方法得到處

5、理。這使得預(yù)處理之后脈搏數(shù)據(jù)集中包含異常樣本，從而影響了特征提取和分類的準(zhǔn)確性。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題本文擴(kuò)展了原預(yù)處理框架，增加了飽和檢測(cè)模塊和偽跡檢測(cè)模塊，并提出了基于差分的飽和檢測(cè)算法和基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)連通性的偽跡檢測(cè)算法，可以有效的檢測(cè)飽和與偽跡這兩種常見干擾。
　　脈搏信號(hào)的特征提取是脈搏信號(hào)分析的另一個(gè)重要課題。目前常用的脈搏信號(hào)特征大體上可以分為兩類：一類是以分析脈搏周期的特點(diǎn)為出發(fā)點(diǎn)的基于單個(gè)脈搏周期的特征提取方法；一類是以分析

6、脈搏信號(hào)整體性質(zhì)為出發(fā)點(diǎn)的基于整個(gè)脈搏信號(hào)的脈搏特征提取方法。脈搏信號(hào)是一個(gè)準(zhǔn)周期信號(hào)，各個(gè)周期之間存在一定的差異，我們認(rèn)為這種差異具有一定的診斷意義尤其是對(duì)一些與節(jié)律相關(guān)的疾病的診斷。然而這兩種方法都沒(méi)有注重對(duì)脈搏信號(hào)周期間差異的刻畫，本文從刻畫脈搏信號(hào)周期間差異出發(fā)提出了三種對(duì)周期間差異敏感的特征。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明周期間的差異對(duì)于疾病診斷具有重要意義，尤其是在一些對(duì)周期間差異較敏感的疾病的診斷。由于本文同時(shí)考慮了脈搏信號(hào)周期間和周期內(nèi)的

7、差異，在分類實(shí)驗(yàn)中本文所提取的特征獲得了相對(duì)于其他特征更好的識(shí)別效果。
　　在脈搏信號(hào)的分類研究中本文比較了壓力脈搏信號(hào)與另外兩種較為常見的脈搏信號(hào)（光電脈搏信號(hào)和超聲脈搏信號(hào)）的分類性能，并提出基于組合核模型的脈搏信號(hào)融合分類算法。通過(guò)分析三種不同的脈搏信號(hào)的的采集原理、物理意義及其相互聯(lián)系，本文討論了不同類型脈搏信號(hào)各自的敏感特征，我們認(rèn)為不同類型的脈搏信號(hào)對(duì)于不同疾病的診斷效果有一定的差別，如果某種疾病所引起的病變與某種類型