專利名稱：一種脈搏波信號的處理方法及處理系統(tǒng)的制作方法
一種脈搏波信號的處理方法及處理系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于信號處理領(lǐng)域，尤其涉及一種脈搏波信號的處理方法及處理系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
脈搏波信號分析，是針對脈搏波圖的分析和處理。目前大多數(shù)分析方法主要從時域或頻域中提取特征信息。時域分析法是在時間方向上分析脈搏波信號的動態(tài)特征，而頻域分析方法是通過傅立葉變換將時間信號以頻譜的形式表示出來，從頻域上去研究一個復(fù)雜信號的特征。主要的脈搏分析方法包括如下:
1、高斯函數(shù)法，脈搏波在形式上可看成由主波、重搏波和重搏前波等三者疊加而成，并且這三波的位置、形狀的變化和生理病理狀態(tài)密切相關(guān)。一個周期的脈搏波可三個高斯函數(shù)來合成，分別稱這三個高斯函數(shù)為鐘形主波，鐘形重搏波和鐘形重搏前波。求出高斯函數(shù)的參數(shù)來反映脈搏波的特征。
缺點:計算繁瑣，擬和求出的特征參數(shù)與真實的生理過程存在差異，和生理意義關(guān)系不明確。
2、脈圖面積法，由脈搏波波圖面積提取的特征量K值，從宏觀上描述出脈搏波平均特征。
缺點:反映出脈搏曲線比較粗糙易造成誤差。
3、頻域法，采用頻域方法研究脈搏波，就是把時域的脈搏波信號通過離散快速傅立葉變換到頻域，從脈搏波頻譜中提取出與人體心血管生理病理相應(yīng)的信息。把一個很復(fù)雜的由許多重疊波構(gòu)成的脈搏波分解成不同的諧波，這樣就能把其中所包含的豐富信息和能量提取出來，因此較時域分析法能更清楚地反映脈搏波。
缺點:計算復(fù)雜，結(jié)果抽象。
4、特征點法，脈搏波波圖的特征點(或稱標志點)實質(zhì)上就是脈搏波壓力曲線的拐點，它是心動周期中從一個力學(xué)過程轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪粋€力學(xué)過程的轉(zhuǎn)變點，因而這些拐點都有明確的生理意義。通過對不同脈圖特征點參數(shù)的差異來尋求辨別脈圖的客觀標準。
缺點:特征點不明顯、難以辨認帶有誤差。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種脈搏波信號的處理方法，旨在解決計算繁瑣復(fù)雜、結(jié)構(gòu)抽象、反映出脈搏曲線比較粗糙易造成誤差、特征點不明顯、難以辨認帶有誤差的問題。
本發(fā)明是這樣 實現(xiàn)的，一種脈搏波信號的處理方法，所述方法包括以下步驟:
A、采集并顯示脈搏波信號；
B、采用數(shù)字濾波、周期識別、基線調(diào)整、特征點識別的方法將采集的脈搏波信號進行處理；
C、將處理過的脈搏波信號進行存儲；
所述數(shù)字濾波，通過一定的算法，對原始數(shù)據(jù)進行平滑、濾波預(yù)處理，去除波形中毛刺，最大限度的保證脈搏波在在幅度及相位上的不失真；
所述周期識別，即一段多周期的脈搏信號中辨識出每個周期的起始點坐標，將脈搏波形序列分割成一個一個的單周期波形數(shù)據(jù)；
所述基線調(diào)整，即有效的去除脈搏波形的基線漂移，消除呼吸運動、肌肉運動或身體位移的因素影響；
所述特征點識別，即標識出單周期內(nèi)脈搏波形的主波峰值點、降中峽和重搏波。
本發(fā)明的進一步技術(shù)方案是:所述B步驟中包括以下步驟:
B1、利用三點均值濾波算法對原始數(shù)據(jù)進行平滑、濾波預(yù)處理，去除波形中毛刺，最大限度的保證脈搏波在幅度及相位上的不失真；
B2、對一段多周期脈搏波信號進行求導(dǎo)尋找最大值，設(shè)置閾值找各個周期峰值點，尋找各個壓力上升最快之間的最小值，此最小值點就是一個脈搏波周期的起始點；
B3、利用插值擬合法擬合基線漂移曲線，用原始信號減去漂移曲線得到消除基線漂移的脈搏信號；
B4、標識出單周期內(nèi)脈搏波形的主波峰值點、降中峽和重搏波的位置。
本發(fā)明的進一步技術(shù)方案是:所述B2步驟中還包括以下步驟:
B21、對一段·多周期的脈搏波信號進行一階求導(dǎo)；
B22、尋找求導(dǎo)結(jié)果中的最大值點，設(shè)置閾值；
B23、求導(dǎo)結(jié)果與閾值比較尋找各周期的峰值點；
B24、尋找脈搏周期的起始點。
本發(fā)明的進一步技術(shù)方案是:所述步驟B3還包括以下步驟:
B31、確定單個脈搏波的起始點和結(jié)束點的位置和幅值；
B32、利用插值擬合法擬合基線漂移曲線；
B33、用原始信號減去漂移曲線得到消除基線漂移的脈搏信號。
本發(fā)明的進一步技術(shù)方案是:所述步驟B4還包括以下步驟:
B41、求脈搏波信號在起始點與結(jié)束點之間的主波峰值點；
B42、計算單周期內(nèi)脈搏波形數(shù)據(jù)的二階導(dǎo)數(shù)及單周期內(nèi)1/2心動周期位置；
B43、對二階導(dǎo)數(shù)結(jié)果進行峰值檢測，得到波峰波谷數(shù)組；
B44、取波峰數(shù)組中靠近1/2心動周期的波峰點為降中峽位置；
B45、取波谷數(shù)組中靠近降中峽之后的第一個波谷點位置為重搏波位置。
本發(fā)明還提供一種脈搏波信號的處理系統(tǒng)，該處理系統(tǒng)包括:
采集顯示模塊，用于采集并顯示脈搏波信號；
信號處理模塊，用于采用數(shù)字濾波、周期識別、基線調(diào)整、特征點識別的方法將采集的脈搏波信號進行處理；
信號存儲模塊，用于將處理過的脈搏波信號進行存儲；
所述數(shù)字濾波，通過一定的算法，對原始數(shù)據(jù)進行平滑、濾波預(yù)處理，去除波形中毛刺，最大限度的保證脈搏波在在幅度及相位上的不失真；
所述周期識別，即一段多周期的脈搏信號中辨識出每個周期的起始點坐標，將脈搏波形序列分割成一個一個的單周期波形數(shù)據(jù)；
所述基線調(diào)整，即有效的去除脈搏波形的基線漂移，消除呼吸運動、肌肉運動或身體位移的因素影響；
所述特征點識別，即標識出單周期內(nèi)脈搏波形的主波峰值點、降中峽和重搏波。
本發(fā)明的進一步技術(shù)方案是:所述信號處理模包括:
數(shù)字濾波單元，用于利用三點均值濾波算法對原始數(shù)據(jù)進行平滑、濾波預(yù)處理，去除波形中毛刺，最大限度的保證脈搏波在幅度及相位上的不失真；
周期識別單元，用于對一段多周期脈搏波信號進行求導(dǎo)尋找最大值，設(shè)置閾值找各個周期峰值點，尋找各個壓力上升最快之間的最小值，此最小值點就是一個脈搏波周期的起始點；
基線調(diào)整單元，用于利用插值擬合法擬合基線漂移曲線，用原始信號減去漂移曲線得到消除基線漂移的脈搏信號；
特征點識別單元，用于標識出單周期內(nèi)脈搏波形的主波峰值點、降中峽和重搏波的位置。
本發(fā)明的進一步技術(shù)方案是:所述周期識別單元包括:
信號一階求導(dǎo) 模塊，用于對一段多周期的脈搏波信號進行一階求導(dǎo)；
閾值設(shè)置模塊，用于尋找求導(dǎo)結(jié)果中的最大值點，設(shè)置閾值；
對比尋峰值點模塊，用于求導(dǎo)結(jié)果與閾值比較尋找各周期的峰值點；
最小值點尋找模塊，用于尋找脈搏周期的起始點。
本發(fā)明的進一步技術(shù)方案是:所述基線調(diào)整單元包括:
幅值與位置確定模塊，用于確定單個脈搏波的起始點和結(jié)束點的位置和幅值；
擬合曲線模塊，用于利用插值擬合法擬合基線漂移曲線；
消除基線漂移模塊，用于用原始信號減去漂移曲線得到消除基線漂移的脈搏信號。
本發(fā)明的進一步技術(shù)方案是:所述特征點識別單元包括:
主波峰值點計算模塊，用于求脈搏波信號在起始點與結(jié)束點之間的主波峰值點；
計算模塊，用于計算單周期內(nèi)脈搏波形數(shù)據(jù)的二階導(dǎo)數(shù)及單周期內(nèi)1/2心動周期位置；
峰值檢測模塊，對二階導(dǎo)數(shù)結(jié)果進行峰值檢測，得到波峰波谷數(shù)組；
降中峽模塊，用于取波峰數(shù)組中靠近1/2心動周期的波峰點為降中峽位置；
重搏波模塊，用于取波谷數(shù)組中靠近降中峽之后的第一個波谷點位置為重搏波位置。
本發(fā)明的有益效果是:在單周期識別時，對原始信號波形數(shù)據(jù)進行截取，截取了完整周期部分，剔除了原始記錄數(shù)據(jù)中起始部分和結(jié)束部分不是完整周期的數(shù)據(jù)。減小了識別錯誤，也降低了分析算法的復(fù)雜程度。在利用原有數(shù)據(jù)一階導(dǎo)數(shù)尋找降中峽和重博波位置方法上增加了數(shù)據(jù)二階導(dǎo)數(shù)處理，提高了降中峽和重博波的識別準確性。克服了特征點不明顯時產(chǎn)生的誤差。通過基線調(diào)整，反映出脈搏曲線比較平滑，降低誤差率。


圖1是本發(fā)明實施例提供的脈搏波信號的處理方法流程圖2是本發(fā)明實施例提供的脈搏波信號處理方法中周期識別流程圖3是本發(fā)明實施例提供的脈搏波信號處理方法中基線調(diào)整流程圖4是本發(fā)明實施例提供的脈搏波信號處理方法中特征點識別流程圖5是本發(fā)明實施例提供的脈搏波信號處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖6是本發(fā)明實施例提供的脈搏波信號處理系統(tǒng)中周期識別單元結(jié)構(gòu)圖7是本發(fā)明實施例提供的脈搏波信號處理系統(tǒng)中基線調(diào)整單元結(jié)構(gòu)圖8是本發(fā)明實施例提供的脈搏波信號處理系統(tǒng)中特征點識別單元結(jié)構(gòu)圖。
具體實施方式
附圖標記:10_采集顯示模塊20-信號處理模塊30-信號存儲模塊201-數(shù)字濾波單元202-周期識別單元203-基線調(diào)整單元204-特征點識別單元2021-信號一階求導(dǎo)模塊2022-閾值設(shè)置模塊2023對比尋峰值點模塊2024-最小值點尋找模塊2031-幅值與位置確定模塊2032-擬合曲線模塊2033-消除基線漂移模塊2041-主波峰值點計算模塊2042-計算模塊2043-峰值檢測模塊2044-識別降中峽模塊2045-識別重搏波模塊
圖1示出了本發(fā)明提供的脈搏波信號的處理方法流程圖，詳述如下:
步驟SlO中，通過采集裝置自人體采集來脈搏波信號，并且將脈搏波信號通過波形的方式顯示出來。
步驟S20中，利用三點均值濾波算法對脈搏波信號的原始進行平滑、濾波預(yù)處理，去除脈搏波信號波形中毛刺，最大限度的保證脈搏波在幅度及相位上的不失真。三點均值濾波法的具體算法是每一點的值等于和它相鄰的前一點和后一點以及該點平均值，即公示
權(quán)利要求
1.一種脈搏波信號的處理方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟: A、采集脈搏波信號； B、依次采用數(shù)字濾波、周期識別、基線調(diào)整、特征點識別的方法將采集的脈搏波信號進行處理； C、將處理過的脈搏波信號進行存儲； 所述數(shù)字濾波，通過一定的算法，對原始數(shù)據(jù)進行平滑、濾波預(yù)處理，去除波形中毛刺，最大限度的保證脈搏波在在幅度及相位上的不失真； 所述周期識別，即一段多周期的脈搏信號中辨識出每個周期的起始點坐標，將脈搏波形序列分割成一個一個的單周期波形數(shù)據(jù)； 所述基線調(diào)整，即有效的去除脈搏波形的基線漂移，消除呼吸運動、肌肉運動或身體位移的因素影響； 所述特征點識別，即標識出單周期內(nèi)脈搏波形的主波峰值點、降中峽和重搏波。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的處理方法，其特征在于，所述B步驟中包括以下步驟: B1、利用三點均值濾波算法對原始數(shù)據(jù)進行平滑、濾波預(yù)處理，去除波形中毛刺，最大限度的保證脈搏波 在幅度及相位上的不失真； B2、對一段多周期脈搏波信號進行求導(dǎo)尋找最大值，設(shè)置閾值找各個周期峰值點，尋找各個壓力上升最快之間的最小值，此最小值點就是一個脈搏波周期的起始點； B3、利用插值擬合法擬合基線漂移曲線，用原始信號減去漂移曲線得到消除基線漂移的脈搏信號； B4、標識出單周期內(nèi)脈搏波形的主波峰值點、降中峽和重搏波的位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的處理方法，其特征在于，所述B2步驟中還包括以下步驟: B21、對一段多周期的脈搏波信號進行一階求導(dǎo)； B22、尋找求導(dǎo)結(jié)果中的最大值點，設(shè)置閾值； B23、求導(dǎo)結(jié)果與閾值比較尋找各周期的峰值點； B24、尋找脈搏周期的起始點。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的處理方法，其特征在于，所述步驟B3還包括以下步驟: B31、確定單個脈搏波的起始點和結(jié)束點的位置和幅值； B32、利用插值擬合法擬合基線漂移曲線； B33、用原始信號減去漂移曲線得到消除基線漂移的脈搏信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的處理方法，其特征在于，所述步驟B4還包括以下步驟: B41、求脈搏波信號在起始點與結(jié)束點之間的主波峰值點； B42、計算單周期內(nèi)脈搏波形數(shù)據(jù)的二階導(dǎo)數(shù)及單周期內(nèi)二分之一心動周期位置； B43、對二階導(dǎo)數(shù)結(jié)果進行峰值檢測，得到波峰波谷數(shù)組； B44、取波峰數(shù)組中靠近二分之一心動周期的波峰點為降中峽位置； B45、取波谷數(shù)組中靠近降中峽之后的第一個波谷點位置為重搏波位置。
6.一種脈搏波信號的處理系統(tǒng)，其特征在于:該處理系統(tǒng)包括: 采集顯示模塊，用于采集并顯示脈搏波信號； 信號處理模塊，用于采用數(shù)字濾波、周期識別、基線調(diào)整、特征點識別的方法將采集的脈搏波信號進行處理；信號存儲模塊，用于將處理過的脈搏波信號進行存儲； 所述數(shù)字濾波，通過一定的算法，對原始數(shù)據(jù)進行平滑、濾波預(yù)處理，去除波形中毛刺，最大限度的保證脈搏波在在幅度及相位上的不失真； 所述周期識別，即一段多周期的脈搏信號中辨識出每個周期的起始點坐標，將脈搏波形序列分割成一個一個的單周期波形數(shù)據(jù)； 所述基線調(diào)整，即有效的去除脈搏波形的基線漂移，消除呼吸運動、肌肉運動或身體位移的因素影響； 所述特征點識別，即標識出單周期內(nèi)脈搏波形的主波峰值點、降中峽和重搏波。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的處理系統(tǒng)，其特征在于，所述信號處理模包括: 數(shù)字濾波單元，用于利用三點均值濾波算法對原始數(shù)據(jù)進行平滑、濾波預(yù)處理，去除波形中毛刺，最大限度的保證脈搏波在幅度及相位上的不失真； 周期識別單元，用于對一段多周期脈搏波信號進行求導(dǎo)尋找最大值，設(shè)置閾值找各個周期峰值點，尋找各個壓力上升最快之間的最小值，此最小值點就是一個脈搏波周期的起始點；基線調(diào)整單元，用于利用插值擬合法擬合基線漂移曲線，用原始信號減去漂移曲線得到消除基線漂移的脈搏信號；特征點識別單元，用于標識出單周期內(nèi)脈搏波形的主波峰值點、降中峽和重搏波的位置。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的處理系統(tǒng)，其特征在于，所述周期識別單元包括:信號一階求導(dǎo)模塊，用于對一段多周期的脈搏波信號進行一階求導(dǎo)； 閾值設(shè)置模塊，用于尋找求導(dǎo)結(jié)果中的最大值點，設(shè)置閾值；對比尋峰值點模塊，用于求導(dǎo)結(jié)果與閾值比較尋找各周期的峰值點； 最小值點尋找模塊，用于尋找脈搏周期的起始點。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述 的處理系統(tǒng)，其特征在于，所述基線調(diào)整單元包括:幅值與位置確定模塊，用于確定單個脈搏波的起始點和結(jié)束點的位置和幅值； 擬合曲線模塊，用于利用插值擬合法擬合基線漂移曲線； 消除基線漂移模塊，用于用原始信號減去漂移曲線得到消除基線漂移的脈搏信號。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的處理系統(tǒng)，其特征在于，所述特征點識別單元包括: 主波峰值點計算模塊，用于求脈搏波信號在起始點與結(jié)束點之間的主波峰值點； 計算模塊，用于計算單周期內(nèi)脈搏波形數(shù)據(jù)的二階導(dǎo)數(shù)及單周期內(nèi)1/2心動周期位置； 峰值檢測模塊，對二階導(dǎo)數(shù)結(jié)果進行峰值檢測，得到波峰波谷數(shù)組； 降中峽模塊，用于取波峰數(shù)組中靠近1/2心動周期的波峰點為降中峽位置； 重搏波模塊，用于取波谷數(shù)組中靠近降中峽之后的第一個波谷點位置為重搏波位置。
全文摘要
本發(fā)明適用于信號處理領(lǐng)域，提供了一種脈搏波信號的處理方法，所述方法包括以下步驟A、采集脈搏波信號；B、依次采用數(shù)字濾波、周期識別、基線調(diào)整、特征點識別的方法將采集的脈搏波信號進行處理；C、將處理過的脈搏波信號進行存儲。在單周期識別時，對原始信號波形數(shù)據(jù)進行截取，截取了完整周期部分，剔除了原始記錄數(shù)據(jù)中起始部分和結(jié)束部分不是完整周期的數(shù)據(jù)。減小了識別錯誤，也降低了分析算法的復(fù)雜程度。在利用原有數(shù)據(jù)一階導(dǎo)數(shù)尋找降中峽和重博波位置方法上增加了數(shù)據(jù)二階導(dǎo)數(shù)處理，提高了降中峽和重博波的識別準確性?？朔颂卣鼽c不明顯時產(chǎn)生的誤差。
文檔編號A61B5/02GK103169456SQ201310110100
公開日2013年6月26日 申請日期2013年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月29日
發(fā)明者韓君 申請人:深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院