CN111693685A - 血栓弹力信号提取方法、存储介质及计算机设备 - Google Patents

血栓弹力信号提取方法、存储介质及计算机设备 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种血栓弹力信号提取方法、存储介质及计算机设备，该方法包括以下步骤：对角位移信号进行数据采样；生成等差弧度序列；生成正弦、余弦序列；将采样序列与正弦、余弦序列分别进行点乘，并求元素平均值；获得单个周期内的血栓弹力信号；重复步骤，获得多周期内的血栓弹力信号，生产正边信号序列和负边信号序列，从而构成了完整的血栓弹力信号。本发明的方法不仅对较为理想的采样信号能够很好地处理，并且该方法能够抑制设备在实际工作过程中探头角位移信号包含的各种噪声分量，例如检测平台的振动信号、测量系统的噪声、探头离开初始位置时的阻尼振荡等，从而得到更为精确的血栓弹力信号。

Description

血栓弹力信号提取方法、存储介质及计算机设备
技术领域
本发明涉及血栓弹力测量技术领域，特别涉及一种血栓弹力信号提取方法、存储介质及计算机设备。
背景技术
凝血过程中，纤维蛋白、血小板和血细胞形成三维交联网状结构，血液粘弹性随之变化并被血栓弹力测量系统监测，通过数据处理生成血栓弹力图及一系列检测指标来定性或定量分析凝血过程。
血栓弹力测量的原理如图1：一个特制的盛有血液的血样杯，在水平面上绕其中心对称轴作固定角度和固定频率的往复振荡。一个由金属丝悬挂的探头浸泡在血样中。在血液凝固的过程中，血凝块将血样杯和探头耦合，血样杯旋转所产生的剪切力能传递至血样中的探头，使探头产生同频振荡。探头的振荡幅度与血凝块的强度呈正相关。
探头在振荡过程中的角位移信号为图2所示的调幅信号。信号频率固定，为血样杯的振荡频率；信号幅度受到血凝块强度的调制，即信号幅度反映了血凝块强度。所以要获得血栓弹力信号，即要测量图2所示的信号的振荡幅度。
在实际工作过程中，测得的探头角位移信号往往不如图2信号那么理想，而是包含有各种噪声分量，例如检测平台的振动信号、测量系统的噪声、探头离开初始位置时的阻尼振荡等。
现有的测量系统对测量信号的处理多采用滑动平均、滑动加权平均等低通滤波器进行预处理，然后在时域中求信号的极大值和极小值来获取信号的振荡幅度。采用低通滤波器对某些低频噪声不能很好的处理。血栓弹力信号是一个窄带信号，故有些应用采用带通滤波器来处理。要达到足够的信噪比，带通滤波器的带宽必须非常窄，Q值必须非常高，在实际中往往很难实现。单纯时域中求极值来求取信号幅度的方法，更容易受噪声干扰，一般也难以取得较好的效果。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种血栓弹力信号提取方法、存储介质及计算机设备。本发明的方法能够抑制在实际工作过程中探头角位移信号包含的各种噪声分量，例如检测平台的振动信号、测量系统的噪声、探头离开初始位置时的阻尼振荡等。
本发明采用的技术方案是：提供一种血栓弹力信号提取方法，包括以下步骤：
1)对血栓弹力测量系统中的探头的角位移信号进行数据采样：
于一个采样时间内对角位移信号采样若干数据点，采样时间为血样杯的振荡周期T0，采样率为fs，则每个采样时间内采样数据点数为T0*fs，采样得到的采样序列为：
data_array[n],n＝0,1,...,T0*fs-1；
2)生成T0*fs个元素的等差弧度序列：
angle_array[n]＝2*π*n/T0*fs,n＝0,1,...,T0*fs-1；
3)生成正弦序列：
sin_array[n]＝sin(angle_array[n]),n＝0,1,...,T0*fs-1；
4)生成余弦序列：
cos_array[n]＝cos(angle_array[n]),n＝0,1,...,T0*fs-1；
5)将采样序列与正弦序列进行点乘，得到序列sin_mul[n]：
sin_mul[n]＝data_array[n]*sin_array[n],n＝0,1,...,T0*fs-1；
6)将采样序列与余弦序列进行点乘，得到序列cos_mul[n]：
cos_mul[n]＝data_array[n]*cos_array[n],n＝0,1,...,T0*fs-1；
7)求序列sin_mul[n]中的所有元素的平均值sin_mul_avg：
Figure BDA0002497091670000021
8)求序列cos_mul[n]中的所有元素的平均值cos_mul_avg：
Figure BDA0002497091670000031
9)求该采样时间内的血栓弹力信号值teg_amp：
Figure BDA0002497091670000032
10)求正边血栓弹力信号序列：
再重复m-1次上述步骤1-10)，得到m个采样时间内的血栓弹力信号值teg_amp，构成正边血样弹力信号值序列teg_amp[m]，m＝0，1，…；
11)生成负边血栓弹力信号序列：
血栓弹力信号关于X轴对称，负边信号序列teg_amp[m]'通过对正边信号关于X轴对称得到，即负边信号序列：
teg_amp[m]′＝-teg_amp[m],m＝1,2,...；
正边信号序列和负边信号序列构成了完整的血栓弹力信号。
优选的是，所述步骤4)替换为：
利用关系式：cosα＝sin(α+π/2)，得到：
Figure BDA0002497091670000033
从而得到余弦序列cos_array[n]。
本发明还提供一种存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被执行时用于实现如上所述的方法。
本发明还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述的方法。
本发明的有益效果是：本发明提供了一种从血栓弹力测量系统中探头的角位移信号中提取出血栓弹力信号的方法，本发明的方法不仅对较为理想的采样信号能够很好地处理，并且该方法能够抑制设备在实际工作过程中探头角位移信号包含的各种噪声分量，例如检测平台的振动信号、测量系统的噪声、探头离开初始位置时的阻尼振荡等，从而得到更为精确的血栓弹力信号；本发明的方法处理效果较好的同时，与现有方法相比计算复杂度并没有提高。
附图说明
图1为现有技术中血栓弹力测量原理示意图；
图2为现有技术中的一种血栓弹力测量探头角位移信号图；
图3为本发明的实施例1的血栓弹力测量探头角位移信号图；
图4为本发明的实施例1的角位移信号局部细节图；
图5为本发明的实施例1的角位移信号局部细节图(测量开始时的阻尼振荡)；
图6为本发明的实施例1的血栓弹力信号图；
图7为本发明的实施例2中增加单频噪声和白噪声的探头角位移信号图；
图8为本发明的实施例2中增加单频噪声和白噪声的探头角位移信号局部细节图；
图9为本发明的实施例2中增加单频噪声和白噪声的探头角位移信号局部细节图；
图10为本发明的实施例2的信号处理后的血栓弹力信号图；
图11为本发明的实施例3中增加短时冲击的角位移信号图；
图12为本发明的实施例3中增加短时冲击的角位移信号局部细节图；
图13为本发明的实施例3中增加短时冲击的角位移信号局部细节图；
图14为本发明的实施例3的角位移信号处理后的血栓弹力信号图；
图15为本发明的实施例1、2、3三种血栓弹力信号共同示意结果图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
实施例1
本实施例中，在血栓弹力测量系统中，血样杯振荡周期为10s，对探头的振荡角位移信号进行采样，采样时间为振荡周期10s，采样率为100Hz，得到图3所示的序列，具体步骤为：
1、在每个采样时间间隔10s内，角位移信号采样数据点数为1000，得到序列：
data_array[n],n＝0,1,...999；
利用每个采样时间内的1000个数据，可求得一个表示该振荡周期内的血栓弹力信号值。
2、生成弧度序列：
angle_array[n]＝2π*n/1000,n＝1,2,...,999；
3、生成正弦序列：
sin_array[n]＝sin(angle_array[n]),n＝0,1,...,999；
4、获取余弦序列：
余弦序列不单独生成，计算时利用正弦序列来得到，可节省内部存储空间：
余弦序列从对正弦序列下标的循环移位中获得，利用关系式：
Figure BDA0002497091670000051
可得到余弦序列cos_array[n]；
5、采样序列与正弦序列元素点乘，得到新序列：
sin_mul[n]＝data_array[n]*sin_array[n],n＝0,1,...,999；
6、采样序列与余弦序列元素点乘，得到新序列
Figure BDA0002497091670000052
7、求序列sin_mul[n]的所有元素的平均值sin_mul_avg：
Figure BDA0002497091670000053
8、求序列cos_mul[n]的所有元素的平均值cos_mul_avg：
Figure BDA0002497091670000054
9、求该采样时间内的血栓弹力信号值teg_amp：
Figure BDA0002497091670000055
10、求正边血栓弹力信号序列：
再重复m-1次上述步骤1-10)，得到m个采样时间内的血栓弹力信号值teg_amp，构成正边血样弹力信号值序列teg_amp[m]，m＝0，1，…；
11、求负边血栓弹力信号序列：
血栓弹力信号关于X轴对称，负边信号序列teg_amp[m]'通过对正边信号关于X轴对称得到，即负边信号序列：
teg_amp[m]′＝-teg_amp[m],m＝1,2,...；
正边信号序列和负边信号序列构成了完整的血栓弹力信号。
根据上述过程得到的血栓弹力信号序列如图6所示。从图6中可以看到该信号处理方法能够提取出血栓弹力信号值，消除了测量起始阶段探头的阻尼振荡的影响。
对上述实施例的计算量进行分析：
从每个振荡周期的角位移据，在本实施实例中即1000个原始角位移数据，计算出一个表示当前采样时间内的血栓弹力信号值，所需计算量为：
乘法：1000+1000+1+1+1
加法：999+999+1
除法：1+1
开平方：1
可见，该处理方法的计算量与一般现有处理方法相比并未提高计算复杂度。
在以下实施例中，为了验证本发明的方法的有效性，在上述实施例1的相对理想的采样序列上叠加各类噪声，并比较处理结果。
实施例2增加单频噪声和白噪声
在原始采样序列上叠加非血样杯振荡周期的单频噪声和白噪声，图7为增加噪声的角位移信号图，图8、图9为该信号局部细节图(图8和9中的横坐标表示一段区间内的采样点数)。图10为图7中的信号处理后得到的血栓弹力信号图，可以看出增加的单频噪声和白噪声对处理结果没有明显影响。
实施例3增加短时冲激，模拟检测平台振动情况
在原始采样序列中增加短时冲激信号，模拟检测平台振动时的情况。图11为此时的角位移信号，图12、图13为局部细节图(图12和13中的横坐标表示一段区间内的采样点数)。图14为图11中角位移信号处理后的血栓弹力信号图，可见增加模拟振动的短时冲激后，处理结果未见明显影响。
实施例4实施例1、2、3三种情况处理结果比较
将实施例1、2、3的三种情况下的血栓弹力信号处理结果一起在图15中表示，三中情况下的图结果基本相同，说明了处理方法的有效性。
本发明还提供一种存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被执行时用于实现如实施例1所述的方法。
本发明还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如实施例1所述的方法。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。

Claims (4)

1.一种血栓弹力信号提取方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)对血栓弹力测量系统中的探头的角位移信号进行数据采样：
于一个采样时间内对角位移信号采样若干数据点，采样时间为血样杯的振荡周期T0，采样率为fs，则每个采样时间内采样数据点数为T0*fs，采样得到的采样序列为：
data_array[n],n＝0,1,...,T0*fs-1；
2)生成T0*fs个元素的等差弧度序列：
angle_array[n]＝2*π*n/T0*fs,n＝0,1,...,T0*fs-1；
3)生成正弦序列：
sin_array[n]＝sin(angle_array[n]),n＝0,1,...,T0*fs-1；
4)生成余弦序列：
cos_array[n]＝cos(angle_array[n]),n＝0,1,...,T0*fs-1；
5)将采样序列与正弦序列进行点乘，得到序列sin_mul[n]：
sin_mul[n]＝data_array[n]*sin_array[n],n＝0,1,...,T0*fs-1；
6)将采样序列与余弦序列进行点乘，得到序列cos_mul[n]：
cos_mul[n]＝data_array[n]*cos_array[n],n＝0,1,...,T0*fs-1；
7)求序列sin_mul[n]中的所有元素的平均值sin_mul_avg：
Figure FDA0002497091660000011
8)求序列cos_mul[n]中的所有元素的平均值cos_mul_avg：
Figure FDA0002497091660000012
9)求该采样采样时间内的血栓弹力信号值teg_amp：
Figure FDA0002497091660000013
10)求正边血栓弹力信号序列：
再重复m-1次上述步骤1-10)，得到m个采样时间内的血栓弹力信号值teg_amp，构成正边血样弹力信号值序列teg_amp[m]，m＝0，1，…；
11)生成负边血栓弹力信号序列：
血栓弹力信号关于X轴对称，负边信号序列teg_amp[m]'通过对正边信号关于X轴对称得到，即负边信号序列：
teg_amp[m]′＝-teg_amp[m],m＝1,2,...；
正边信号序列和负边信号序列构成了完整的血栓弹力信号。
2.根据权利要求1所述的血栓弹力信号提取方法，其特征在于，所述步骤4)替换为：
利用关系式：cosα＝sin(α+π/2)，得到：
Figure FDA0002497091660000021
从而得到余弦序列cos_array[n]。
3.一种存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被执行时用于实现如权利要求1或2所述的方法。
4.一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1或2所述的方法。
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