CN105725983B - 一种周围动脉硬化的早期筛查方法及系统 - Google Patents

一种周围动脉硬化的早期筛查方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种周围动脉硬化的早期筛查方法及系统。该方法包括以下步骤：S1：获取患者身体不同位置处的脉搏波信号；S2：对所述脉搏波信号进行数据预处理；S3：对经过所述数据预处理后的脉搏波信号进行实时频域处理，并得到连续的三维瀑布频谱图和/或三维等高线灰度图，通过所述三维瀑布频谱图和/或三维等高线灰度图，判断患者是否存在动脉硬化。优选地，采用互相关处理的方法对经过所述数据预处理后的脉搏波信号进行处理，获得患者肢体动脉中血栓的位置。本发明的周围动脉硬化的早期筛查方法及系统，可以用于临床医生对人体动脉病变进行评估，尤其是用于临床医生对人体是否存在动脉硬化早期病变、对动脉中有无血栓进行评估提供可靠依据。

Description

一种周围动脉硬化的早期筛查方法及系统
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域，尤其涉及一种周围动脉硬化的早期筛查方法及系统。
背景技术
动脉硬化是严重影响人类健康状态的原发性疾病，对于它通过早期准确、无创筛查和预防是提高人类生命质量有效、简便、风险小、低成本的措施。目前常采用通过对脉搏波信号进行处理，以获取动脉硬化的指标。然而，目前在脉搏波信号的处理领域里，不论是现有上市产品，还是有关理论均以时域处理技术作为基础。时域处理在临床应用中虽然有效地解决了部分周围动脉硬化早期筛查中的病例，但它对临床的使用仍然具有局限性和偶然性。例如，不能准确地进行血栓的定位、不能准确地评估疾病的发展趋势、对于血栓形成的初期和动脉平滑肌早期退行性变化难以发现等。所以需要有一种动脉硬化早期筛查系统及方法，它将尽可能的提供给临床医生对于病变评估的可靠依据。
发明内容
本发明的目的在于针对目前存在的缺陷，提供一种周围动脉硬化的早期筛查方法及系统。
本发明提供一种周围动脉硬化的早期筛查方法，该方法包括以下步骤：
S1：获取患者身体不同位置处的脉搏波信号；
S2：对所述脉搏波信号进行数据预处理；
S3：对经过所述数据预处理后的脉搏波信号进行实时频域处理，并得到连续的三维瀑布频谱图和/或三维等高线灰度图，通过所述三维瀑布频谱图和/或三维等高线灰度图，判断患者是否存在动脉硬化。
优选地，在所述的周围动脉硬化的早期筛查方法，所述方法还包括S4：采用互相关处理的方法对经过所述数据预处理后的脉搏波信号进行处理，获取患者动脉中血栓的位置。
本发明还提供一种周围动脉硬化的早期筛查系统，所述系统包括：用于获取脉搏波信号的红外光电数据传感器；用于对脉搏波信号进行预处理的数据预处理模块；用于对经过所述数据预处理后的脉搏波信号进行实时频域处理，并得到用于制作三维瀑布频谱图和三维等高线灰度图的幅值谱和功率谱的FFT处理模块；选择性地包括采用互相关处理的方法对经过所述数据预处理后的脉搏波信号进行处理、并获取患者动脉中血栓位置的互相关处理模块；用于整个系统的控制和数据计算的主控制单元；以及用于显示所述三维瀑布频谱图、三维等高线灰度图以及血栓的位置的显示模块；
其中，所述红外光电数据传感器与所述数据预处理模块电连接，所述数据预处理模块分别与FFT处理模块、互相关处理模块电连接，所述主控制单元分别与红外光电数据传感器、数据预处理模块、FFT处理模块以及互相关处理模块电连接。
本发明的有益效果：通过本发明提供的周围动脉硬化的早期筛查方法及系统，可以用于临床医生对人体动脉病变进行评估，尤其是用于临床医生对人体是否存在动脉硬化、以及进一步对动脉中有无血栓进行评估提供可靠依据。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1为本发明优选实施例的一种周围动脉硬化的早期筛查方法的流程图；
图2是通过本发明的周围动脉硬化的早期筛查方法采集到的一路脉搏波信号的波形图；
图3是通过本发明的周围动脉硬化的早期筛查方法采集到的另一路脉搏波信号的波形图；
图4a、4b是通过本发明的周围动脉硬化的早期筛查方法对正常人进行测试得到的实施例1的三维瀑布频谱图；
图5a、5b是通过本发明的周围动脉硬化的早期筛查方法对动脉硬化患者进行测试得到的实施例2的三维瀑布频谱图；
图6是通过本发明的周围动脉硬化的早期筛查方法对动脉硬化患者进行测试得到的实施例3的三维等高线灰度图；
图7为通过本发明的周围动脉硬化的早期筛查方法对动脉硬化患者进行测试得到的动脉中存在血栓时的互相关曲线图；
图8为通过本发明的周围动脉硬化的早期筛查方法的对正常人进行测试得到的动脉中无血栓时的互相关曲线图；
图9为本发明优选实施例的一种动脉硬化早期筛查系统的功能模块图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参见图1，本发明优选实施例提供了一种周围动脉硬化的早期筛查方法，其包括以下步骤：
S1：获取患者身体不同位置处的脉搏波信号；在本发明中，优选地，通过红外光电传感技术在人体的四肢采集脉搏波信号。具体地，在人体四肢表面皮肤上分别固定多个红外光电数据传感器，通过红外光电数据传感器向动脉所对应的人体体表皮肤发送红外光作为探测光，并接受探测光的反射光，通过反射光获取脉搏波信号，以采集人体周围动脉脉搏波信号。所述红外光电传感技术可采用本领域技术人员所知的红外光电传感技术，当然其它能够采集脉搏波信号的现有技术也可以用于本发明。
S2：对获取的脉搏波信号进行数据预处理，所述数据预处理包括对所获取的脉搏波信号进行降噪、滤波处理。具体地，采用滤波法对获取的脉搏波信号进行降噪处理，得到信噪比较高的信号后进行数字滤波，从而保留频带内具有高信噪比的脉搏波信号，用于后续处理；所述数据预处理可采用本领域技术人员所知的相关滤波法，例如，采用滤波器实施。当然其它能够对脉搏波信号进行优化处理的现有技术也可以用于本发明。在本步骤中，优选地，所述数据预处理还包括对脉搏波信号进行时域数据预处理，得到相关血管弹性指数，例如：PWV(脉搏波波速)等，所述时域数据预处理可采用本领域技术人员所知的相关时域预处理方法，从而得到PWV等相关血管弹性指数，用于后续处理。
S3：对经过所述数据预处理后的脉搏波信号进行实时频域处理，得到连续的三维瀑布频谱图和/或三维等高线灰度图，通过所述三维瀑布频谱图和/或三维等高线灰度图，判断患者是否存在动脉硬化。
具体地，在本步骤S3中，对经过所述数据预处理后的脉搏波信号，进行实时时间抽取法的FFT，按公式(1)进行FFT(快速傅里叶变换)复数运算处理：
Figure BDA0000902625350000051
其中，x(n)是时域复数据，实部和虚部分别由两路采集的脉搏波信号(时域信号)构成，即x(n)＝s1(n)+js2(n)；如图2及图3所示为采集到的两路脉搏波信号的波形图。e为指数函数，n＝0、1、2…、511；m＝0、1、2…、N-1；N可以根据FFT处理模块的处理能力进行调整，例如：N的取值可以为512、1024、2048等，在本实施例中，N的取值为512。
通过上述FFT(快速傅里叶变换)复数运算处理，得到X(n)，X(n)是两路复函数，即X1(n)＝R1(n)+jI1(n)，X2(n)＝R2(n)+jI2(n)，其中R1(n)、I1(n)是s1(n)对应的实部、虚部，R2(n)、I2(n)是s2(n)对应的实部、虚部。因为FFT运算结果是镜像对称的，所以得到两路脉搏波信号的256点频域复数的处理结果，即R1(n)、I1(n)和R2(n)、I2(n)，其中，n＝0、1、2…、255。
将其中一路脉搏波信号的频域复数的处理结果R1(n)、I1(n)，根据公式(2)和(3)运算得到对应的幅值谱和功率谱：
Figure BDA0000902625350000052
Figure BDA0000902625350000053
再将另一路脉搏波信号的频域复数的处理结果R2(n)、I2(n)进行相同的运算，得到对应的幅值谱和功率谱。
在实际使用中，根据对三维瀑布频谱图和三维等高线灰度图的图形观察的要求，可对P(n)或A(n)进行对数处理。优选地，为了降低进行FFT处理时，时域数据截断产生频率泄漏效应，可以根据实际情况对脉搏波信号(时域信号)进行加窗处理，加窗处理的方法为本领域技术人员常用的加窗处理方法，例如：三角窗、汉宁窗、海明窗、高斯窗等。
在本步骤S3中，进一步地，根据计算得到的幅值谱和功率谱进行三维动态处理。
一、三维瀑布频谱图，进行
Figure BDA0000902625350000061
和
Figure BDA0000902625350000062
Figure BDA0000902625350000063
计算，将计算结果绘制成三维瀑布频谱图。三维瀑布频谱图又叫频谱阵图，它原来主要是应用于工程振动领域的信号功率谱或幅值谱随振动变化而叠置成的三维频谱图，显示振动信号中各谐波成分随振动变化的情况。在动脉硬化的早期筛查中使用此项技术，是因为它真实的反映了动脉在随心搏博动时的振动情况，试验证明这个振动与动脉壁的硬化程度紧密相关。三维瀑布频谱图的应用克服了由于人体受精神因素影响所导致的随动性，而造成在时域分析中的不稳定性和不确定性；并且，通过三维显示更好的刻画了动脉搏动在随着血压的变化(收缩压和舒张压)时的完整信息，这是时域中难以觉察到的信息。它是反应动脉的搏动时，脉搏波信号中各谐波成分随心搏传导变化的频率分布Fij(i＝0、1、2....255，j＝0、1、2....255)情况(Fij等于A(n)对应在三维瀑布频谱图上的某个值)，可以清晰的显现出正常和非正常心脏搏动之间的明显区别、正常和非正常之间脉搏波的传导速度、血液在动脉中回流和血液流经血栓时的频率分布特征，这个方法为临床医生评价早期周围动脉硬化提供了可靠地基础。
以下通过两个完成的实施例1、2进行对比，验证三维瀑布频谱图能够为评价早期周围动脉硬化提供依据，实施例1、2的实验过程如下：
对临床上已经确认的正常人和动脉硬化患者进行实验。受试人采取平仰卧姿，静 躺10分钟开始测试。将红外光电数据传感器置于受试者的脚踝部内侧，以6ms等间隔进行数 据采集，得到脉搏波的时域信号序列x(n)，并对其进行时域数据预处理和实时FFT复数运算 处理。公式(1)中取点长度N＝512，本实验未作加窗处理。对FFT处理结果X1(n)＝R1(n)+jI1 (n)，X2(n)＝R2(n)+jI2(n)，(n＝0，1，2…255)进行
Figure BDA0000902625350000071
和
Figure BDA0000902625350000072
计算，将计算结果绘制三维瀑布频谱图。附图4、5是对正常人和 动脉硬化患者进行测试得到的实施例1和实施例2的三维瀑布频谱图；通过附图4、5的两幅 三维瀑布频谱图的比较，从图5中可以清楚地看到当发生动脉硬化时(图5a、5b)，由于血管 壁的弹性降低，随着心脏的搏动产生的血管壁振动的，高次谐波成分(黄色)相对比较丰富。 而正常的情况下(图4a、4b)除基频外，没有高频谐波成分(蓝色)。在本发明中，需要说明的 是，提供了彩色的附图4a、5a以便于审查员实审中参考，另外提供了符合专利法的黑白的附 图4b、5b。
由上可知，由于动脉硬化的机理是由于动脉血管平滑肌管壁的弹性降低、刚性增加；所以随着心脏的搏动产生的血管壁振动的频率高频分量相对比较丰富。由于是三维瀑布频谱图，它可以连续的、大数据量的观察动脉血管在脉搏传导时的微小动态变化，以及在时域分析时无法获得的动脉血管壁在早期硬化形成时的微小的振动改变，对于早期动脉硬化筛查中的某些不确定因素提供了一个可靠地鉴别依据。
二、三维等高线灰度图：进行
Figure BDA0000902625350000073
和
Figure BDA0000902625350000074
Figure BDA0000902625350000075
计算，将计算结果绘制成三维等高线灰度图。
三维等高线灰度图为等高线动态谱分布16级灰度三维显示，它从另一个角度显示了动脉搏动在随着血压的变化(收缩压和舒张压)时的信息。随着灰度的变化可以直观地显示出动脉搏动时的时频动态分布，它是基于非线性时频表示能量分布Eij(i＝0、1、2....255，j＝0、1、2....255)下的(Eij等于P(n)对应在等高线图上的某个值)，对脉搏波信号进行时频纹理分析的方法，可清晰地显现时间-频率平面上的能量分布特性，从一个新的视角较好地反映出了人体动脉搏动的一些本质性特征，用以评价动脉硬化的程度和发展趋势。这是本发明的另一主要发明点。
对临床上已经确认有轻微动脉硬化患者进行实验。受试人采取平仰卧姿，静躺10 分钟开始测试。将红外光电数据传感器置于受试者的脚踝部内侧，以6ms等间隔进行数据采 集，得到脉搏波的时域信号序列x(n)，并对其进行时域数据预处理和实时FFT复数运算处 理。公式(1)中取点长度N＝512，本实验未作加窗处理。对FFT处理结果X1(n)＝R1(n)+jI1 (n)，X2(n)＝R2(n)+jI2(n)，(n＝0，1，2…255)进行
Figure BDA0000902625350000081
和
Figure BDA0000902625350000082
计算，将计算结果绘制三维等高线灰度图。附图6是对轻微动脉硬 化患者进行测试得到的实施例3的三维等高线灰度图；从图6中可以清楚地看出，实施例3的 三维等高线灰度图的能量在HZ50～60之间呈现条状分布(能量越大，黑色越深)。而正常情 况下(对正常人的测试)，三维等高线灰度图的能量分布主要集中在三维等高线灰度图的下 部。
三维等高线灰度图反映了动脉硬化在时频分布下的能量特征。因为在动脉硬化形成过程中，动脉血管壁的弹性逐渐降低，在随着心脏搏动的过程中管壁的振动除高频分量的增加以外，在振动中管壁所产生的能量也有所增加。当动脉管壁弹性好的时候，对于振动所产生的能量具有吸收作用。通过三维等高线灰度图可以非常清晰地刻画出动脉硬化时产生不同的能量分布，可以得出受试者是否存在动脉硬化，而且根据不同的能量分布特点可以准确地判断动脉硬化的病理特征，例如，对于管壁平滑肌的退行性变化，粥样动脉硬化等的鉴别，用以确定患者今后的治疗方案。
S4：采用互相关处理的方法对经过所述数据预处理后的脉搏波信号进行处理，获取患者动脉中血栓的位置。
具体地，对经过所述数据预处理后的脉搏波信号进行基线处理：对所述脉搏波形态特征提取后，进行样条插值法对其基线进行拟合，得到拟合基线的数字序列函数b(n)，然后对该序列函数进行x(n)＝x(n)-b(n)、y(n)＝y(n)-b(n)运算，将基线漂移进行抑制；再运用公式(4)对脉搏波信号进行计算并输出互相关曲线图(如图8所示)，从而确定当Rxy(n)处于最大值时对应的n的值为nt，然后将所得到的nt代入公式(5)，确定动脉中血栓的位置：
Figure BDA0000902625350000091
Figure BDA0000902625350000092
其中，在公式(4)中，x(n)、y(n)为采集到患者肢体的不同位置处的脉搏波信号，例如：左臂处和右臂处的脉搏波信号，Rxy(n)为互相关函数，表示的是两个不同时间序列之间在某个相同时刻取值的相关程度，N可以是任意正整数，其中0≤n≤N-1，0≤m≤N-1，在本实施例中，N的取值为512，N可以根据互相关处理模块的处理能力进行调整，例如：N的取值还可以为512、1024、2048等。
其中，在公式(5)中，v为PWV，K为PWV的修正系数，K范围为1～10，d为两个红外光电数据传感器的放置位置处的中心线顺血流方向至血栓处的距离，由此能够确定血栓的位置。
当受试人动脉中没有血栓，更具体地说，两个红外光电数据传感器之间的动脉没有中没有血栓形成时，运用公式(4)对脉搏波信号进行计算并输出互相关曲线图如图8所示，该互相关曲线没有明显的峰值特征。
由上可知，通过互相关处理的方法对经过所述数据预处理后的脉搏波信号进行处理，能够测试患者的动脉中是否存在血栓，并进一步获取患者动脉中血栓的位置，能够准确地进行血栓的定位，提供给临床医生定位血栓位置的可靠依据。
如图9所示，本发明还提供一种周围动脉硬化的早期筛查系统，包括用于获取脉搏波信号的红外光电数据传感器11；用于对脉搏波信号进行预处理的数据预处理模块12；用于对脉搏波信号进行实时频域处理，并得到连续的三维瀑布频谱图和三维等高线灰度图的FFT处理模块13；优选地包括采用互相关处理的方法对经过所述数据预处理后的脉搏波信号进行处理、并获取患者动脉中血栓位置的互相关处理模块14；用于整个系统的控制和数据管理的主控制单元15；以及用于显示所述三维瀑布频谱图、三维等高线灰度图以及血栓的位置的显示模块16。其中，所述红外光电数据传感器11与所述数据预处理模块12电连接，所述数据预处理模块12分别与FFT处理模块13、互相关处理模块14电连接，所述主控制单元15分别与红外光电数据传感器11、数据预处理模块12、FFT处理模块13、互相关处理模块14以及显示模块16电连接。
一、所述红外光电数据传感器11用于获取患者身体不同位置处的脉搏波信号。具体地，在人体四肢表面皮肤上分别固定多个红外光电数据传感器11，通过红外光电数据传感器11向动脉所对应的人体体表皮肤发送红外光作为探测光，并接受探测光的反射光，通过反射光获取脉搏波信号，以采集人体周围动脉脉搏波信号。所述红外光电传感器可采用本领域技术人员所知的红外光电传感器，可购买或自行研发制作。
二、所述数据预处理模块12用于对脉搏波信号进行预处理，所述红外光电数据传感器11与所述数据预处理模块12电连接，用于将通过红外光电数据传感器11获取的脉搏波信号通过数据预处理模块12进行数据预处理。具体地，所述数据预处理模块12包括对所获取的脉搏波信号进行降噪、滤波处理的滤波器；以及用于对所获取的脉搏波信号进行时域数据预处理得到相关血管弹性指数(例如：PWV，脉搏波波速)的时域数据预处理模块。采用滤波器对获取的脉搏波信号进行降噪处理，得到信噪比较高的信号后进行数字滤波，从而保留频带内具有高信噪比的脉搏波信号，用于后续处理。采用时域数据预处理模块对脉搏波信号进行时域数据预处理，得到相关血管弹性指数，例如：PWV(脉搏波波速)等，所述时域数据预处理可采用本领域技术人员所知的相关时域预处理方法，从而得到PWV等相关血管弹性指数，用于后续处理。
三、所述FFT处理模块13用于对脉搏波信号进行实时频域处理，并得到用于制作三维瀑布频谱图和三维等高线灰度图的幅值谱和功率谱。所述数据预处理模块12与所述FFT处理模块13电连接，用于将通过数据预处理模块12处理后的脉搏波信号送至FFT处理模块13，所述FFT处理模块13与主控制单元15电连接，用于将经过FFT处理模块13得到的幅值谱和功率谱送入主控制单元15，得到三维瀑布频谱图、三维等高线灰度图，并通过与主控制单元15电连接的显示模块16显示出来。
具体来说，所述FFT处理模块13对经过所述数据预处理后的脉搏波信号，进行实时时间抽取法FFT，按公式(1)进行FFT(快速傅里叶变换)复数运算处理：
Figure BDA0000902625350000111
其中，x(n)是时域复数据，实部和虚部分别由两路采集的脉搏波信号(时域信号)构成，即x(n)＝s1(n)+js2(n)；如图2及图3所示为采集到的两路脉搏波信号的波形图。e为指数函数，n＝0、1、2…、511；m＝0、1、2…、N-1；N可以根据FFT处理模块的处理能力进行调整，例如：N的取值可以为512、1024、2048等，在本实施例中，N的取值为512。
通过上述FFT(快速傅里叶变换)复数运算处理，得到X(n)，X(n)是两路复函数，即X1(n)＝R1(n)+jI1(n)，X2(n)＝R2(n)+jI2(n)，其中R1(n)、I1(n)是s1(n)对应的实部、虚部，R2(n)、I2(n)是s2(n)对应的实部、虚部。因为FFT运算结果是镜像对称的，所以得到两路脉搏波信号的256点频域复数的处理结果，即R1(n)、I1(n)和R2(n)、I2(n)，其中，n＝0、1、2…、255。
将其中一路脉搏波信号的频域复数的处理结果R1(n)、I1(n)，根据公式(2)和(3)运算得到对应的幅值谱和功率谱：
Figure BDA0000902625350000121
Figure BDA0000902625350000122
再将另一路脉搏波信号的频域复数的处理结果R2(n)、I2(n)根据公式(2)和(3)进行相同的运算，得到对应的幅值谱和功率谱。
四、所述主控制单元15分别与红外光电数据传感器11、数据预处理模块12、FFT处理模块13、互相关处理模块14以及显示模块16电连接，用于控制这些模块作用，并将经过FFT处理模块13得到的幅值谱和功率谱，绘制成三维瀑布频谱图和三维等高线灰度图。所述主控制单元15用于实现整个系统的控制和数据计算，并具有三维瀑布频谱图、三维等高线灰度图绘制等功能，具有上述功能的设备均可用于本发明，例如可以为本领域中常用的数字信号处理器、电脑主机等，其安装的软件程序、数据运算程序以及绘图程序可由本领域技术人员根据现有技术实现。
1、三维瀑布频谱图，通过主控制单元15进行
Figure BDA0000902625350000131
和
Figure BDA0000902625350000132
计算，将计算结果绘制成三维瀑布频谱图。三维瀑布频谱图又叫频谱阵图，它原来主要是应用于工程振动领域的信号功率谱或幅值谱随振动变化而叠置成的三维频谱图，显示振动信号中各谐波成分随振动变化的情况。在动脉硬化的早期筛查中使用此项技术，是因为它真实的反映了动脉在随心搏博动时的振动情况，试验证明这个振动与动脉壁的硬化程度紧密相关。三维瀑布频谱图的应用克服了由于人体受精神因素影响所导致的随动性，而造成在时域分析中的不稳定性和不确定性；它将时域中难以觉察到的信息通过三维显示更好的刻画了动脉搏动在随着血压的变化(收缩压和舒张压)时的完整信息。它是反应动脉的搏动时，脉搏波信号中各谐波成分随心搏传导变化的频率分布Fij(i＝0、1、2....255，j＝0、1、2....255)情况(Fij等于A(n)对应在三维瀑布频谱图上的某个值)，可以清晰的显现出正常和非正常心脏搏动之间的明显区别、正常和非正常之间脉搏波的传导速度、血液在动脉中回流和血液流经血栓时的频率分布特征，这个方法为临床医生评价早期周围动脉硬化提供可靠地基础。
2、三维等高线灰度图：通过主控制单元15进行
Figure BDA0000902625350000133
和
Figure BDA0000902625350000134
计算，将计算结果绘制成三维等高线灰度图。三维等高线灰度图为等高线动态谱分布16级灰度三维显示，它从另一个角度显示了动脉搏动在随着血压的变化(收缩压和舒张压)时的信息。随着灰度的变化可以直观地显示出动脉搏动时的时频动态分布，它是基于非线性时频表示能量分布Eij(i＝0、1、2....255，j＝0、1、2....255)下的(Eij等于P(n)对应在等高线图上的某个值)，对脉搏波信号进行时频纹理分析的方法，可清晰地显现时间-频率平面上的能量分布特性，从一个新的视角较好地反映出了人体动脉搏动的一些本质性特征，用以评价动脉硬化的程度和发展趋势。
五、在本发明中，优选地，还包括互相关处理模块14，在通过FFT处理模块14和主控制单元15测试患者存在动脉硬化的基础上，通过互相关处理模块14可以进一步定位患者的动脉中是否存在血栓以及血栓的位置。由此，所述互相关处理模块14用于对经过所述数据预处理后的脉搏波信号进行处理、并获取患者动脉中血栓位置。所述数据预处理模块12与所述互相关处理模块14电连接，用于将通过数据预处理模块12处理后的脉搏波信号送至互相关处理模块14，所述互相关处理模块14与主控制单元15电连接，用于通过主控制单元15控制互相关处理模块14工作，并将患者动脉中血栓位置通过与主控制单元15电连接的显示模块16显示出来。
所述互相关处理模块14对采用互相关处理的方法对经过所述数据预处理后的脉搏波信号进行处理，获取患者动脉中血栓的位置。具体地，对经过所述数据预处理后的脉搏波信号进行基线处理：对所述脉搏波形态特征提取后，进行样条插值法对其基线进行拟合，得到拟合基线的数字序列函数b(n)，然后对该序列函数进行x(n)＝x(n)-b(n)、y(n)＝y(n)-b(n)运算，将基线漂移进行抑制；再运用公式(4)对脉搏波信号进行计算并输出互相关曲线图(如图8所示)，从而确定当Rxy(n)处于最大值时对应的n的值为nt，然后将所得到的nt代入公式(5)，确定动脉中血栓的位置：
Figure BDA0000902625350000141
Figure BDA0000902625350000142
其中，在公式(4)中，x(n)、y(n)为采集到患者身体的不同位置处的脉搏波信号，例如：左臂处和右臂处的脉搏波信号，Rxy(n)为互相关函数，表示的是两个不同时间序列之间在某个相同时刻取值的相关程度，N可以是任意正整数，其中0≤n≤N-1，0≤m≤N-1，在本实施例中，N的取值为512，N可以根据互相关处理模块的处理能力进行调整，例如：N的取值还可以为512、1024、2048等。
在公式(5)中，v为PWV，K为PWV的修正系数，K范围为1～10，d为两个红外光电数据传感器的放置位置处的中心线顺血流方向至血栓处的距离，由此能够确定血栓的位置，并通过显示模块16显示出来。
在本实施例中，可以理解的是，所述显示模块14可以为显示屏，例如：液晶触摸屏等，用于显示所述三维瀑布频谱图、三维等高线灰度图以及血栓的位置，以便于临床医生观察，对于动脉硬化的情况和血栓的位置提供直观的显示结果。
综上所述，本发明优选实施例的周围动脉硬化的早期筛查系统及方法至少具有如下有益效果：通过FFT处理模块对脉搏波信号进行FFT复数运算得到相应的幅值谱和功率谱，再通过主控制单元处理得到三维瀑布频谱图和/或三维等高线灰度图，能够为临床医生提供早期动脉硬化可能的病理机制、程度、发展趋势，可以清楚的反映血液随着血压的变化在动脉中流动速度、回流和通过血栓时的反应，为医生的临床风险评估和今后的治疗方案奠定了有效的基础。进一步地，通过在人体四肢不同位置传感器的放置，再通过互相关处理模块进行互相关处理，可以准确的判断栓子在动脉中的位置和大小，尤其在栓子形成的初期，通过影像医疗设备很难发现时，可以为医生提供早期有效治疗的依据。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (3)

1.一种周围动脉硬化的早期筛查系统，其特征在于，所述系统包括：
用于获取脉搏波信号的红外光电数据传感器；
用于对脉搏波信号进行预处理的数据预处理模块；
用于对经过所述数据预处理后的脉搏波信号进行实时频域处理，并得到用于制作三维瀑布频谱图和三维等高线灰度图的幅值谱和功率谱的FFT处理模块；
采用互相关处理的方法对经过所述数据预处理后的脉搏波信号进行处理、并获取患者动脉中血栓位置的互相关处理模块；
用于整个系统的控制和数据计算的主控制单元；
以及用于显示所述三维瀑布频谱图、三维等高线灰度图以及血栓的位置的显示模块；
其中，所述红外光电数据传感器与所述数据预处理模块电连接，所述数据预处理模块分别与FFT处理模块、互相关处理模块电连接，所述主控制单元分别与红外光电数据传感器、数据预处理模块、FFT处理模块以及互相关处理模块电连接；
所述FFT处理模块对脉搏波信号进行实时时间抽取法FFT，按公式(1)进行FFT复数运算处理：
Figure FDA0002635126340000011
其中，X(m)指代的是离散傅里叶变换的数学模型，x(n)是时域复数据，实部和虚部分别由两路采集的脉搏波信号构成，即x(n)＝s1(n)+js2(n)，其中，e为指数函数，n＝0、1、2…、511；m＝0、1、2…、N-1，N是任意正整数；
通过上述FFT复数运算处理，得到X(n)，X(n)是两路复函数，包括X1(n)＝R1(n)+jI1(n)，X2(n)＝R2(n)+jI2(n)，R1(n)、I1(n)是s1(n)对应的实部、虚部，R2(n)、I2(n)是s2(n)对应的实部、虚部，其中，n＝0、1、2…、255；
将其中一路脉搏波信号的频域复数的处理结果R1(n)、I1(n)，根据公式(2)和(3)运算得到对应的功率谱和幅值谱：
Figure FDA0002635126340000021
Figure FDA0002635126340000022
再将另一路脉搏波信号的频域复数的处理结果R2(n)、I2(n)，根据公式(2)和(3)进行相同的运算，得到对应的功率谱和幅值谱；
所述主控制单元进行
Figure FDA0002635126340000023
和
Figure FDA0002635126340000024
运算，将运算结果绘制成三维瀑布频谱图；和/或进行
Figure FDA0002635126340000025
和
Figure FDA0002635126340000026
计算，将计算结果绘制成三维等高线灰度图。
2.根据权利要求1所述的周围动脉硬化的早期筛查系统，其特征在于，所述互相关处理模块运用公式(4)对预处理后的两路脉搏波信号进行计算，从而确定当Rxy(n)处于最大值时对应的n的值为nt，然后将所得到的nt代入公式(5)，确定动脉中血栓的位置：
Figure FDA0002635126340000027
Figure FDA0002635126340000028
其中，x(m)、y(m+n)为采集到的不同位置处的脉搏波信号，Rxy(n)为互相关函数，表示的是两个不同时间序列之间在某个相同时刻取值的相关程度，N是任意正整数，其中0≤n≤N-1，0≤m≤N-1；
v为PWV，K为PWV的修正系数，K范围为1～10，d为两个红外光电数据传感器的放置位置处的中心线顺血流方向至血栓处的距离。
3.根据权利要求2所述的周围动脉硬化的早期筛查系统，其特征在于，所述互相关处理模块还包括对经过数据预处理后的脉搏波信号进行基线处理：提取所述脉搏波形态特征，采用样条插值法对其基线进行拟合，得到拟合基线的数字序列函数b(n)，对数字序列函数b(n)进行x(n)＝x(n)-b(n)、y(n)＝y(n)-b(n)运算，将基线漂移进行抑制，再运用所述公式(4)对脉搏波信号进行计算。
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