一種基于波形時域特征的脈搏波信號特征點檢測方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及生理信號采集技術和數字信號分析技術領域，具體涉及一種基于波形 時域特征的脈搏波信號特征點檢測方法。
【背景技術】
[0002] 心臟有節律的收縮舒張將血液射入動脈血管，由于血管是彈性的腔體，血液進入 血管中流動從而形成脈搏波。脈搏波信號波形由上升支和下降支所組成，一般根據心臟射 血和血液在血管中傳播的各個過程，可認為脈搏波信號中的每個節拍信號有七個特征點， 如圖1所示，分別為脈搏波節拍起點（通常標記為a)、主動脈打開點（通常標記為b)、主峰 波峰點（通常標記為c)、潮波波谷點（通常標記為d)、潮波波峰點（通常標記為e)、重搏波 波谷點（通常標記為f)和重搏波波峰點（通常標記為g)，其中能夠提供重要信息的特征點 主要是主動脈打開點b、主峰波峰點c、潮波波谷點d、潮波波峰點e、重搏波波谷點f和重搏 波波峰點g這六個。在脈搏波信號中，be段為上升支，主動脈打開，由于心臟將血液射入主 動脈而使主動脈壓力變大上升至c點，c點是整個脈搏波信號的波峰，隨后血液從左心室噴 出而在主動脈中形成一個潮波e點，d點是潮波的最低點；右心室開始充盈，房室瓣打開血 液反彈回來形成一個波谷f點，g點是由于心室舒張，主動脈血液反彈回來、動脈壓稍有上 升、血管再次擴張所形成的重搏波。
[0003] 脈搏波信號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、 生理病理信息如動脈硬化程度、心律、血管健康狀態、脈搏波信號波形特征量K等密切相 關，因此準確識別并提取出脈搏波信號中包含的特征點，不僅可以為預防血管疾病提供前 期的信息參考，而且可以為醫生診斷或治療病人提供重要的指示信息，同時也為某些藥物 (如降壓藥等）的治療效果評估提供量化的參考指標指示信息。
[0004] 目前用來提取脈搏波信號特征點的方法主要有微分方法，曲率法，小波變換過零 點法和句法模式識別法等方法。由于脈搏波信號是由壓力傳感器采集的，因此微分信號在 同一點附近可能會出現多個局部極值，這使得微分法不能準確檢測出部分特征點；曲率法 通過分析脈搏波信號不同部位的曲率變化從而識別特征點，但是對于潮波不明顯的波形就 很難識別了；小波變換過零點法會因小波基的選擇不確定性而出現某些重搏波檢測不到的 情況；句法模式識別需要根據經驗對實測的脈搏波信號進行分類然后才能對特征點進行定 位，因此需要準確的脈搏波信號分類標準，在實際應用中存在一定的困難。
【發明內容】
[0005] 針對現有技術中存在的不足，本發明為了解決脈搏波信號特異性強、容易受到各 種因素干擾而導致提取特征點困難的問題，提出了一種基于波形時域特征的脈搏波信號特 征點檢測方法，該方法基于脈搏波信號的波形時域特征，結合了微分和小波變換算法來確 定脈搏波信號中的特征點位置，以提高對脈搏波信號中特征點的識別準確度，幫助擴展脈 搏波信號特征點識別技術的適用范圍，為計算機設備自動檢測、獲取脈搏波信號中的特征 信息及連續血壓無創檢測設備的研發提供有利的技術基礎。
[0006] 為實現上述目的，本發明采用了如下技術方案：
[0007] -種基于波形時域特征的脈搏波信號特征點檢測方法，將采集的脈搏波信號輸入 至計算機，由計算機進行采樣預處理后，以脈搏波信號中各節拍信號的主動脈打開點、主峰 波峰點、潮波波谷點、潮波波峰點、重搏波波谷點和重搏波波峰點作為特征點識別對象，對 脈搏波信號中的各特征點進行識別檢測；計算機對脈搏波信號中的特征點進行識別檢測的 具體步驟包括：
[0008] 1)對脈搏波信號進行峰值識別處理，并將幅值與脈搏波信號中最小幅值點的幅值 之差大于預設定幅值閾值Ve的峰值點判定為脈搏波信號中的主峰波峰點，從而確定脈搏 波信號中各節拍信號的主峰波峰點Cl，i = 1，2，···，N，N表示脈搏波信號中包含的節拍總 數；
[0009] 2)對脈搏波信號進行一階微分處理后，對于脈搏波信號中任意的第i個節拍信號 而言，在脈搏波信號的一階微分信號中找出第i個節拍信號的主峰波峰點Cl所對應位置處 之前的第一個過零位置點，將所述第一個過零位置點對應在脈搏波信號中的位置點判定為 第i個節拍信號的主動脈打開點b1;由此，分別確定脈搏波信號中各節拍信號的主動脈打 開點；
[0010] 3)根據脈搏波信號中各節拍信號的主峰波峰點的位置，分別確定脈搏波信號中各 節拍信號的節拍周期！\，i = 1，2，···，N，然后在各節拍信號中分別標記其重搏波參考位置 點；其中，任意的第i個節拍信號中重搏波參考位置點g' i的位置P(g' 根據第i個節 拍信號的節拍周期、主峰波峰點Cl的位置P (c J以及預設定的重搏波相對位置參數RP確 定：
[0011] p(gr ,) = PCc^ + CRPXT,)；
[0012] 然后在第i個節拍信號中以重搏波參考位置點g' i為中心的預設定重搏波時域 寬度范圍內找到幅值極大值點和幅值極小值點，分別判定為第i個節拍信號的重搏波 波谷點匕和重搏波波峰點g1;由此，分別確定脈搏波信號中各節拍信號的重搏波波谷點和 重搏波波峰點；
[0013] 4)對于脈搏波信號中任意的第i個節拍信號，對其主峰波峰點cjlj重搏波波谷點 之間的信號段Pi (η)進行五層小波分解，即：
[0015] 得到其d5層信號宅⑶，η表示所述信號段Pi (η)中包含的采樣點數，；(《)表示 所述信號段Pi (η)進行五層小波分解得到的低頻信號部分，^ (?)表示所述信號段？1 (η)進 行五層小波分解得到的dk層信號，ke {1，2, 3, 4, 5};在所述d5層信號/^(〃）的起始點為 起點的預設定潮波時域寬度范圍內找到幅值極大值點，將所述幅值極大值點對應在脈 搏波信號中的位置點判定為第i個節拍信號的潮波波峰點e1;由此，分別確定脈搏波信號 中各節拍信號的潮波波峰點；
[0016] 5)對于脈搏波信號中任意的第i個節拍信號，對其主峰波峰點Cl到潮波波峰點e i 之間的信號段進行微分處理，判斷其一階微分信號中是否存在過零點；若是，則判定該過零 點位置點對應在脈搏波信號中的位置點為第i個節拍信號的潮波波谷點d1;若主峰波峰點Cl到潮波波峰點e 間信號段的一階微分信號中不存在過零點，則進一步計算主峰波峰點 Cl到潮波波峰點e i之間信號段的二階微分信號，在該二階微分信號中找出第i個節拍信號 的潮波波峰點ei所對應位置處之前的第二個過零位置點，判定該第二個過零位置點對應在 脈搏波信號中的位置點為第i個節拍信號的潮波波谷點d1;由此，分別確定脈搏波信號中 各節拍信號的潮波波谷點。
[0017] 上述基于波形時域特征的脈搏波信號特征點檢測方法中，作為優選方案，對輸入 至計算機的脈搏波信號進行采樣預處理的采樣頻率為1〇〇~1000Hz。
[0018] 上述基于波形時域特征的脈搏波信號特征點檢測方法中，作為優選方案，所述步 驟1)中，預設定幅值閾值Ve的取值為脈搏波信號中最大幅值的0. 6~0. 8倍。
[0019] 上述基于波形時域特征的脈搏波信號特征點檢測方法中，作為優選方案，所述步 驟3)中，重搏波相對位置參數RP的取值范圍為0. 4~0. 5,預設定重搏波時域寬度范圍Ω g的取值范圍為〇. 3~0. 4秒時域寬度范圍。
[0020] 上述基于波形時域特征的脈搏波信號特征點檢測方法中，作為優選方案，所述步 驟4)中，預設定潮波時域寬度范圍的取值范圍為〇. 1~〇. 2秒時域寬度范圍。
[002