CN111449638A - 一种基于传感器采集的数据构建三维脉象图的方法及应用 - Google Patents

一种基于传感器采集的数据构建三维脉象图的方法及应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于传感器采集的数据构建三维脉象图的方法及应用，步骤如下：使用传感器采集脉腕部搏波信号；对采集到的信号进行初步处理，获取脉搏波随时间变化的数据集；将数据集代入混合高斯模型中，运用EM算法推导求解得到拟合模型，混合高斯模型的分模型个数为脉搏波一个周期内的波峰的个数；分别令拟合模型中的参数I、参数II和参数III为常数I、常数II和常数III得到模型I、模型II和模型III，并对三模型作图即可获取脉搏波上升沿下降沿的变化信息、脉象的脉宽信息及脉宽随时间变化的规律。本发明的方法，获取的三维脉象图信息丰富，展示效果直观，能够极大地帮助研究人员分析理解脉象，应用前景好。

Description

一种基于传感器采集的数据构建三维脉象图的方法及应用
技术领域
本发明属于医学测量技术领域，涉及一种基于传感器采集的数据构建三维脉象图的方法及应用。
背景技术
“望、闻、问、切”四诊是传统中医的瑰宝，脉诊作为其中一环，占有非常重要的地位。传统中医脉诊一般是中医师用手指触压患者寸口桡动脉处寸、关、尺三个部位，分别施加浮、中、沉等不同的压力来感受患者脉搏波的变化，此诊法又称之为“三部九侯”脉诊法。对应于浮、中、沉等压力而产生的一系列的包含了脉搏的位置、强弱、趋势、形状、宽度和节律等信息的脉搏波，我们称之为脉象。通过手指所触摸感受到的脉象，中医师就可以了解病人的生理状态。但是“心中易了，指下难明”这个问题一直阻碍着中医朝现代化方向发展的步伐，中医脉诊需要长期大量的实践学习掌握，对于同一个病人，不同的中医师可能会给出不同的诊断结果，没有客观可量化的评定标准。传统中医作为一门主观经验科学，越来越受到西方医学的挑战。
中医脉诊客观化的关键是获取高质量的脉象数据。随着传感器工艺的发展，许多国内外公司已经研发出了越来越多的传感器用于脉象数据的获取，例如压力传感器、气囊传感器、半导体应变片传感器和红外光电传感器等等。对脉象的数据采集越来越精确和多样化，采集方式和传统中医理论相结合的脉象分析方法方面的研究也越来越多，但是在用采集到的数据进行脉象多维度信息拟合以及三维脉图重构和绘制方面却仍然没有特别精确的方法，大部分还停留在中医医理层面的维度信息分析，脉象图的绘制方式仍然以传统的一维曲线和简单的非多维度的二维图为主，并且没有一个整合脉象多维度信息的综合脉图去很好的表达脉象各维度信息和传感器采集的数据之间的关联性。
因此，开发一种构建能多维度展示脉象信息的三维脉象图的方法极具现实意义。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术获得脉象信息的数据类型有限且展示效果差的缺陷，提供一种展示数据类型多、展示效果好且方便分析理解的三维脉象图的构建方法。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于传感器采集的数据构建三维脉象图的方法，其步骤如下：
(1)使用传感器采集脉腕部搏波信号；
(2)对步骤(1)采集到的信号进行初步处理，获取脉搏波随时间变化的数据集；
(3)将步骤(2)获取的数据集代入混合高斯模型中，运用EM算法拟合求解得到混合高斯模型的参数即得拟合模型，所述混合高斯模型的分模型个数为脉搏波一个周期内的波峰的个数；
(4)令拟合模型中的参数I为常数I得到模型I，令拟合模型中的参数II为常数II得到模型II，令拟合模型中的参数III为常数III得到模型III，并分别根据模型I、模型II和模型III作图，得到图I、图II和图III，通过图I、图II和图III即可获取脉搏波上升沿下降沿的变化信息、脉象的脉宽信息及脉宽随时间变化的规律。
本发明通过混合高斯模型结合EM算法拟合数据，在两个方向上对数据进行了拟合，其拟合效果好，而后，对拟合模型中的参数逐一进行常数化处理作图(多维绘图)得到其多维的图谱(每个维度的图谱可表达不同的脉象信息)，可以在一张图像上集成多维度的图谱，能够在多维多视角进行脉象信息展示(可以很好的表达出来脉搏波在时间维度的上升沿下降沿等信号的变化、脉象的脉宽信息及脉宽随时间变化的规律)，能够保证医护人员或研究人员直观地获取脉象的多类信息，其展示效果直观，能够极大地提高分析理解效果，本发明获取的脉象图是一个多维度的综合图，其具体通过对传感器采集的数据进行多维度的信息拟合获取的，本发明创造性地将参数常数化处理即多维信息解析应用于中医脉象图上，极大地方便了技术人员对中医脉象图的理解，降低了中医脉象图的理解门槛，极具应用前景。
作为优选的技术方案：
如上所述的一种基于传感器采集的数据构建三维脉象图的方法，所述初步处理为异常信号去除。本发明的保护范围并不仅限于此，此处仅给出一种可行的技术方案而已，此处的初步处理一般为传感器厂家提供的原始处理步序。
如上所述的一种基于传感器采集的数据构建三维脉象图的方法，所述初步处理的具体步骤为：
(2.1)高频噪声去噪，可使用小波、小波包或FIR等与中值滤波算法相结合的方法；
(2.2)低频噪声去噪，可使用小波分解的方法，从原始信号中消除相应频率的分量，或者使用样条插值的方法，模拟出漂移分量，从原始信号中减去此分量；
(2.3)波峰波谷检测，采用滑动窗口的方法检测局部最大值和最小值；
(2.4)计算单周期特征，提取一系列的主要特征，包括每分钟周期数，单周期长度标准差和单周期平均长度。本发明的保护范围并不仅限于此，此处仅给出一种可行的技术方案而已，本领域技术人员可根据实际需求选择合适的处理方案。
如上所述的一种基于传感器采集的数据构建三维脉象图的方法，所述数据集为三维数据图，三维数据图的x轴为血管轴向的传感器序号，y轴为时间轴，z轴为传感器测量的强度幅值。本发明的保护范围并不仅限于此，三维数据图的x、y及z轴与其对应参数可进行调整，此处仅给出一种可行的技术方案进行说明而已，此外，本领域技术人员在面临其他问题时也可对各轴对应参数进行调整。
如上所述的一种基于传感器采集的数据构建三维脉象图的方法，所述参数I对应三维数据图的x轴；
所述常数I为0；
所述图I为拟合模型所示的三维图在x轴方向上的二维投影图，具体为脉搏波的图像，通过该图可以获取上升沿下降沿等变化信息。
如上所述的一种基于传感器采集的数据构建三维脉象图的方法，所述参数II对应三维数据图的y轴；
所述常数II为10；
所述图II为拟合模型所示的三维图在y轴方向上的二维投影图，通过该图可以获取脉象的脉宽信息。
如上所述的一种基于传感器采集的数据构建三维脉象图的方法，所述参数III对应三维数据图的z轴；
所述常数III为0；
所述图III为拟合模型所示的三维图在z轴方向上的二维投影图，通过该图可以获取脉象的脉宽信息随时间变化维度信息，可以很好的看到脉宽随时间变化的规律。本发明的常数I、常数II及常数III并不仅限于此，本领域技术人员可根据实际情况进行设置，本发明仅以此为例。
如上所述的一种基于传感器采集的数据构建三维脉象图的方法，还包括：
(5)将拟合模型所示的三维图与图I、图II、图III按照对应关系合并在一图中，医护人员或研究人员通过该图即可直观地获取脉象的多类信息，其展示效果直观，能够极大地提高分析理解效果，应用前景好。
本发明还提高一种应用如上所述的一种基于传感器采集的数据构建三维脉象图的方法的电子设备，包括一个或多个处理器、一个或多个存储器及一个或多个程序；
所述一个或多个程序被存储在所述存储器中，当所述一个或多个程序被所述处理器执行时，使得所述电子设备执行如上所述的一种基于传感器采集的数据构建三维脉象图的方法。
有益效果：
(1)本发明的基于传感器采集的数据构建三维脉象图的方法，拟合效果好，能够更为真实的反映脉象信息；
(2)本发明的基于传感器采集的数据构建三维脉象图的方法，获取的三维脉象图信息丰富，展示效果直观，能够在多维度获取包括脉搏波上升沿下降沿的变化信息、脉象的脉宽信息及脉宽随时间变化的规律在内的信息，能够极大地帮助研究人员分析理解脉象，应用前景好；
(3)本发明的电子设备，结构简单，成本低廉，能够快速精确地构建信息丰富且观察直观的三维脉象图，应用前景好。
附图说明
图1为本发明的基于传感器采集的数据构建三维脉象图的方法的步序图；
图2为本发明的方法基于平脉所构建的三维脉象图；
图3为本发明的方法基于涩脉所构建的三维脉象图；
图4为电子设备的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式做进一步阐述。
实施例1
一种基于传感器采集的数据构建三维脉象图的方法，如图1所示，应用于电子设备，其步骤如下：
(1)使用传感器采集脉腕部搏波信号；
(2)对步骤(1)采集到的信号进行异常信号去除，获取脉搏波随时间变化的数据集，该数据集为三维数据图，三维数据图的x轴为血管轴向的传感器序号，y轴为时间轴，z轴为传感器测量的强度幅值，异常信号去除的具体步骤为：
(2.1)高频噪声去噪，可使用小波、小波包或FIR等与中值滤波算法相结合的方法；
(2.2)低频噪声去噪，可使用小波分解的方法，从原始信号中消除相应频率的分量，或者使用样条插值的方法，模拟出漂移分量，从原始信号中减去此分量；
(2.3)波峰波谷检测，采用滑动窗口的方法检测局部最大值和最小值；
(2.4)计算单周期特征，提取一系列的主要特征，包括每分钟周期数，单周期长度标准差和单周期平均长度；
(3)将步骤(2)获取的数据集代入混合高斯模型中，运用EM算法推导求解得到混合高斯模型的参数即得拟合模型，混合高斯模型的分模型个数为脉搏波一个周期内的波峰的个数；
(4)令拟合模型中的参数I(对应三维数据图的x轴)为0得到模型I，令拟合模型中的参数II(对应三维数据图的y轴)为10得到模型II，令拟合模型中的参数III(对应三维数据图的z轴)为0得到模型III，并分别根据模型I、模型II和模型III作图，得到图I、图II和图III，图I、图II和图III分别为拟合模型所示的三维图在x轴、y轴和z轴方向上的二维投影图；
(5)将拟合模型所示的三维图与图I、图II、图III按照对应关系合并在一图中，合并图即为本发明的方法构建的三维脉象图，本发明的方法基于平脉和涩脉所构建的三维脉象图如图2和3所示，由图2和图3可以看出可以基于该图即可脉搏波上升沿下降沿的变化信息、脉象的脉宽信息及脉宽随时间变化的规律。
经验证，本发明的基于传感器采集的数据构建三维脉象图的方法，拟合效果好，能够更为真实的反映脉象信息；获取的三维脉象图信息丰富，展示效果直观，能够在多维度获取包括脉搏波上升沿下降沿的变化信息、脉象的脉宽信息及脉宽随时间变化的规律在内的信息，能够极大地帮助研究人员分析理解脉象，极具应用前景。
实施例2
一种电子设备，如图4所示，包括一个或多个处理器、一个或多个存储器及一个或多个程序；
一个或多个程序被存储在存储器中，当一个或多个程序被处理器执行时，使得电子设备执行与实施例1相同的一种基于传感器采集的数据构建三维脉象图的方法。
经验证，本发明的电子设备，结构简单，成本低廉，能够快速精确地构建信息丰富且观察直观的三维脉象图，应用前景好。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应该理解，这些仅是举例说明，在不违背本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改。

Claims (9)

1.一种基于传感器采集的数据构建三维脉象图的方法，应用于电子设备，其特征在于，其步骤如下：
(1)使用传感器采集脉腕部搏波信号；
(2)对步骤(1)采集到的信号进行初步处理，获取脉搏波随时间变化的数据集；
(3)将步骤(2)获取的数据集代入混合高斯模型中，运用EM算法推导求解得到混合高斯模型的参数即得拟合模型，所述混合高斯模型的分模型个数为脉搏波一个周期内的波峰的个数；
(4)令拟合模型中的参数I为常数I得到模型I，令拟合模型中的参数II为常数II得到模型II，令拟合模型中的参数III为常数III得到模型III，并分别根据模型I、模型II和模型III作图，得到图I、图II和图III，通过图I、图II和图III即可获取脉搏波上升沿下降沿的变化信息、脉象的脉宽信息及脉宽随时间变化的规律。
2.根据权利要求1所述的一种基于传感器采集的数据构建三维脉象图的方法，其特征在于，所述初步处理为异常信号去除。
3.根据权利要求2所述的一种基于传感器采集的数据构建三维脉象图的方法，其特征在于，所述初步处理的具体步骤为：
(2.1)高频噪声去噪，可使用小波、小波包或FIR等与中值滤波算法相结合的方法；
(2.2)低频噪声去噪，可使用小波分解的方法，从原始信号中消除相应频率的分量，或者使用样条插值的方法，模拟出漂移分量，从原始信号中减去此分量；
(2.3)波峰波谷检测，采用滑动窗口的方法检测局部最大值和最小值；
(2.4)计算单周期特征，提取一系列的主要特征，包括每分钟周期数，单周期长度标准差和单周期平均长度。
4.根据权利要求1所述的一种基于传感器采集的数据构建三维脉象图的方法，其特征在于，所述数据集为三维数据图，三维数据图的x轴为血管轴向的传感器序号，y轴为时间轴，z轴为传感器测量的强度幅值。
5.根据权利要求4所述的一种基于传感器采集的数据构建三维脉象图的方法，其特征在于，所述参数I对应三维数据图的x轴；
所述常数I为0；
所述图I为拟合模型所示的三维图在x轴方向上的二维投影图。
6.根据权利要求5所述的一种基于传感器采集的数据构建三维脉象图的方法，其特征在于，所述参数II对应三维数据图的y轴；
所述常数II为10；
所述图II为拟合模型所示的三维图在y轴方向上的二维投影图。
7.根据权利要求6所述的一种基于传感器采集的数据构建三维脉象图的方法，其特征在于，所述参数III对应三维数据图的z轴；
所述常数III为0；
所述图III为拟合模型所示的三维图在z轴方向上的二维投影图。
8.根据权利要求7所述的一种基于传感器采集的数据构建三维脉象图的方法，其特征在于，还包括：
(5)将拟合模型所示的三维图与图I、图II、图III按照对应关系合并在一图中。
9.应用如权利要求1～8任一项所述的一种基于传感器采集的数据构建三维脉象图的方法的电子设备，其特征在于，包括一个或多个处理器、一个或多个存储器及一个或多个程序；
所述一个或多个程序被存储在所述存储器中，当所述一个或多个程序被所述处理器执行时，使得所述电子设备执行如权利要求1～8任一项所述的一种基于传感器采集的数据构建三维脉象图的方法。
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