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1、基于腕带传感检测系统的脉搏信号时频分析第24卷第3期北京工商大学(自然科学版)Vol,24No,32006年5月JournalofBeijingTechnologyandBusinessUniversity(NaturalScienceEdition)May2006文章编号:1671-1513(2006)03—004704基于腕带传感检测系统的脉搏信号时频分析汪晓霞,郭培源(北京工商大学信息工程学院,北京100037)摘要:通过腕带传感检测系统,研究了时频分析方法在人体脉搏信号中的理论应用,使用Matlab5-具对健康人和高血压患者的脉象样本进行了时域,频域
2、和功率谱的对比分析,通过现场采集高血压患者样本并分析,证明了时频分析方法在脉搏信号分析中的可行性和可靠性.研究结果对中医脉诊的数字化应用具有一定的实际意义.关键词:脉搏信号;Matlab工具;时频分析;信号处理中图分类号:TP202.4文献标识码:A脉诊,作为中医诊断的基础在医疗实践中具有重要的地位.中国传统医学在其发展过程中,形成了独特的诊断体系,即望,闻,问,切,而其中最重要的就是利用切脉来诊治疾病,这也是古代传统医学的精华之一.但自古以来传统中医一直是靠把脉来获取脉象信息,这不可避免地会存在许多主观臆测,而手指下的感觉也难以客观记录,不利于中医现代化的
3、发展.近年来我国许多学者也曾在这方面做出了很多努力,但他们一直都是使用比较庞大的脉搏传感器,比如:ZM一Ⅲ型咏象仪,这并不利于脉诊数字化的推广.因此,迫切需要一种简单,快速,易于推广的脉象采集和分析方法来进行脉象处理.这是脉象进一步分析的基础和对各类疾病预报和诊断的前提.人体脉搏信号研究使用了HK一2000C腕带式脉搏传感器对脉搏进行采集,并利用Matlab工具对脉象信息的时域,频域和功率谱特征值进行了分析.得出了高血压患者相对于健康人脉象信息的不同特征点,为病症诊断作了重要而有意义的基础工作.脉搏信号采集系统人体脉搏信号研究采用腕带传感检测系统对健康人和高
4、血压患者采集脉象共120例,其中健康人100例,高血压患者2O例.健康人主要是本校在校研究生和本科三四年级的学生以及个别青年教师,平均年龄约25岁.高血压患者为某公司大龄职工,平均年龄在55岁.为分析方便,检测部位均为左手寸部.腕带传感检测系统结构如图1:I堡竺壁H垒丝堡H!堡堡H竺l图1采集系统结构采集脉象数据时,先将脉搏传感器放置到受测者的左手寸部,使用腕带固定,以尽量避免采集过程中传感器移动和施压压力变化造成的脉搏波形的变动.脉搏传感探头将采集到的连续模拟信号传给A/D转换模块,A/D转换模块再将收集到的数据转换成数字信号并存储在缓冲区内,终端采集设备
5、(PC机,掌上设备)通过串口与转换模块通讯,并将一个时段内采集到的数据存储在存储器内,这就完成了一个脉象数据采集的过程.此外,在采集过程开始前,终端设备可以事先定义传感器的采样频率,放大倍律和基线等采样参数,以便适应不同的情况.此采集终端体积小,重量轻,标准的COM与各种终端设备的兼容性较好,与其他脉搏采样设备比较,具有适用性强,便于携带,易于推广等优点_1].2脉搏信号的数字处理脉搏信号分析的研究对象是信号,尤其是非平稳和时变信号.本次研究采用的信号分析方法是时收稿日期:2005—12—01作者简介:汪晓霞(1981一),女,江西景德镇人,硕士研究生,研究
6、方向为智能控制48北京工商大学(自然科学版)2006年5月频分析.它的主要任务是描述信号的频谱含量怎样随时间变化,以便能在时间和频率上同时表示信号的能量和强度.得到这种分布后就可以对各种信号进行分析处理,提取信号中所包含的特征信息,以及综合得到具有期望的时频分布特征的信号.时频分析方法直观精确,而时频联合分析方法(如:小波变换),需要耗费大量的研究时间.所以,本次研究工作采用了较为简易的时频分析方法.2.1脉搏信号的时域分析时域分析法主要是分析脉波波幅的高度与脉动的关系.是目前应用最为广泛的一种分析方法,以往研究中大都采用人工读图,即用量具直接读出脉图的波,
7、峡的高度,相应时值,脉图面积等参数,通过对脉图幅值和时值的分析,可以了解脉动的频率,节律,脉力的强弱,脉势的虚实和脉象形状特征.它通过提取脉图曲线中一些有明显生理意义的点作为评价脉搏波的特征点,直观,较易为临床医师所接受[21.由于Matlab所具备的高效的数学计算能力和完善的功能.在本次研究中,使用Matlab的数学工具,将采集到的信号直接进行处理得到时域图谱如图2和图3,舍弃了人工读图的过程,减少了因经验估计所带来的误差.图2健康人脉搏波时域波形图3高血压患者脉搏波时域波形由健康人脉搏时域图可见,主波(P波),重搏波(D波)明显,没有高频收缩之弦象,确定
8、为健康人之平脉.由高血压患者时域图可见,主波峰呈平宽
