CN112869725A - 一种多通道脉搏采集系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种多通道脉搏采集系统，包括信号采集单元、信号处理单元以及信号整合单元。信号采集单元用于采集多路脉搏波信号，信号处理单元用于对多路脉搏波信号进行去噪处理并对去噪处理后的多路脉搏波信号进行筛选以获取单脉搏波信号散点图，信号整合单元用于对单脉搏波信号散点图进行曲线拟合以获取脉搏波信号曲线。本发明避免了通过单一路采集通道采集脉搏波信号所造成的测量误差，可以测量出更加准确且有效的脉搏波信号。相应地，本发明还提供一种多通道脉搏采集方法。

Description

一种多通道脉搏采集系统及方法
技术领域
本发明涉及数据处理技术领域，具体而言，涉及一种多通道脉搏采集系统及方法。
背景技术
脉搏信息包含了大量人体的生理及病理信息，是临床评估人体健康状态的重要参数。在人体脉搏波信号采集装置中，光电式脉搏传感器被广泛地使用。人体脉搏波信号采集装置一般通过光电容积扫描技术来采集人体的脉搏波信号。然而现有的人体脉搏波信号采集装置普遍采用单一采集通道，其在采集人体脉搏波信号的过程中容易受到各种外界因素(如传感器与人体皮肤的接触程度、外界的电磁干扰以及人体的抖动等)的影响，使采集到的脉搏波信号失真，进而无法测量出准确且有效的脉搏波信号。
发明内容
基于此，为了解决现有人体脉搏波信号采集装置因采用单一采集通道而导致在采集人体脉搏波信号的过程中容易受到各种外界因素的影响进而无法测量出准确且有效的脉搏波信号的问题，本发明提供了一种多通道脉搏采集系统及方法，其具体技术方案如下：
一种多通道脉搏采集系统，包括信号采集单元、信号处理单元以及信号整合单元。
所述信号采集单元用于采集多路所述脉搏波信号。所述信号处理单元用于对多路所述脉搏波信号进行去噪处理，并对去噪处理后的多路所述脉搏波信号进行筛选以获取单脉搏波信号散点图。所述信号整合单元用于对所述单脉搏波信号散点图进行曲线拟合以获取脉搏波信号曲线。
上述多通道脉搏采集系统通过信号采集单元采集多路所述脉搏波信号，然后通过信号处理单元对多路所述脉搏波信号进行去噪处理以及筛选以获取单脉搏波信号散点图，最后通过信号整合单元对所述单脉搏波信号散点图进行曲线拟合以获取脉搏波信号曲线，解决了现有人体脉搏波信号采集装置因采用单一采集通道而导致在采集人体脉搏波信号的过程中容易受到各种外界因素的影响进而无法测量出准确且有效的脉搏波信号的问题，避免了通过单一路采集通道采集脉搏波信号所造成的测量误差，可以测量出更加准确且有效的脉搏波信号。
进一步地，所述信号采集单元包括控制器以及多个光电式脉搏传感器，多个所述光电式脉搏传感器的信号输出端均与所述控制器的信号输入端电连接，多个所述光电式脉搏传感器用于采集脉搏波信号，所述控制器用于接收并存储多路所述脉搏波信号。
进一步地，通过最小二乘法对所述单脉搏波信号散点图进行曲线拟合以获取脉搏波信号曲线。
相应地，本发明提供一种多通道脉搏采集方法，包括如下步骤：
采集多路所述脉搏波信号；
对多路所述脉搏波信号进行去噪处理并对去噪处理后的多路所述脉搏波信号进行筛选以获取单脉搏波信号散点图；
对所述单脉搏波信号散点图进行曲线拟合以获取脉搏波信号曲线。
进一步地，对多路所述脉搏波信号进行去噪处理的具体方法包括如下步骤：
对多路所述脉搏波信号进行双中值滤波处理；
对双中值滤波处理后的多路所述脉搏波信号进行小波阈值去噪处理。
进一步地，对去噪处理后的多路所述脉搏波信号进行筛选以获取单脉搏波信号散点图的具体方法包括如下步骤：
第一步，将去噪处理后的多路所述脉搏波信号加载到同一坐标系下以获取多路脉搏波信号散点图；
第二步，确定所述多路脉搏波信号散点图的起始区域以及终止区域；
第三步，在所述起始区域随机选择一个数据点作为起始点，并以所述起始点为中心作一个半径为R的起始圆形扫描区域；
第四步，寻找所述起始圆形扫描区域中散点密度大于预设密度值的圆形区域，并计算所述圆形区域内的数据点的中心位置；
第五步，以所述中心位置为中心作一个半径为R的新圆形扫描区域，并找出新增数据点；
第六步，在所述中心位置到所述新增数据点的区域方向上寻找散点密度大于预设密度值的圆形区域，并计算所述圆形区域内的数据点的中心位置；
第七步，重复第五步以及第六步，直至所述新圆形扫描区域落在所述终止区域且所述新圆形扫描区域内没有新增数据点；
第八步，根据所述起始区域内的数据点、所述终止区域内的数据点以及所有新增数据点获取单脉搏波信号散点图。
进一步地，对多路所述脉搏波信号进行双中值滤波处理的具体方法包括如下步骤：
边缘延拓处理：以50个采样点的延拓长度对多路所述脉搏波信号进行补零延拓；
第一重中值滤波处理：循环移动大小为10个采样点的第一滑动窗口并以所述第一滑动窗口中的边缘延拓处理后的多路所述脉搏波信号的数据点的中位数替换边缘延拓处理后的多路所述脉搏波信号的数据点；
第二重中值滤波处理：循环移动大小为100个采样点的第二滑动窗口并以所述第二滑动窗口中的第一重中值滤波处理后的多路所述脉搏波信号的数据点的中位数替换第一重中值滤波处理后的多路所述脉搏波信号的数据点。
进一步地，对双中值滤波处理后的多路所述脉搏波信号进行小波阈值去噪处理的具体方法包括如下步骤：
以bior3.5作为小波基对双中值滤波处理后的多路所述脉搏波信号进行6层分解；
根据预设阈值对6层分解后的多路所述脉搏波信号中的各层小波系数进行阈值量化处理；
对各层小波系数阈值量化处理后的多路所述脉搏波信号进行重构。
进一步地，通过最小二乘法对所述单脉搏波信号散点图进行曲线拟合以获取脉搏波信号曲线。
相应地，本发明提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时实现如上述所述的多通道脉搏采集方法。
附图说明
从以下结合附图的描述可以进一步理解本发明。图中的部件不一定按比例绘制，而是将重点放在示出实施例的原理上。在不同的视图中，相同的附图标记指定对应的部分。
图1是本发明一实施例中一种多通道脉搏采集系统的整体结构示意图；
图2是本发明一实施例中一种多通道脉搏采集方法的整体流程示意图；
图3是本发明一实施例中一种多通道脉搏采集方法的对去噪处理后的多路所述脉搏波信号进行筛选以获取单脉搏波信号散点图的具体方法的流程示意图；
图4是本发明一实施例中一种多通道脉搏采集方法的对多路所述脉搏波信号进行双中值滤波处理的具体方法的流程示意图。
具体实施方式
为了使得本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合其实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本发明中所述“第一”、“第二”不代表具体的数量及顺序，仅仅是用于名称的区分。
如图1所示，本发明一实施例中的一种多通道脉搏采集系统，包括信号采集单元、信号处理单元以及信号整合单元。
所述信号采集单元用于采集多路所述脉搏波信号。所述信号处理单元用于对多路所述脉搏波信号进行去噪处理，并对去噪处理后的多路所述脉搏波信号进行筛选以获取单脉搏波信号散点图。所述信号整合单元用于对所述单脉搏波信号散点图进行曲线拟合以获取脉搏波信号曲线。
上述多通道脉搏采集系统通过信号采集单元采集多路所述脉搏波信号，然后通过信号处理单元对多路所述脉搏波信号进行去噪处理以及筛选以获取单脉搏波信号散点图，最后通过信号整合单元对所述单脉搏波信号散点图进行曲线拟合以获取脉搏波信号曲线，解决了现有人体脉搏波信号采集装置因采用单一采集通道而导致在采集人体脉搏波信号的过程中容易受到各种外界因素的影响进而无法测量出准确且有效的脉搏波信号的问题，避免了通过单一路采集通道采集脉搏波信号所造成的测量误差，可以测量出更加准确且有效的脉搏波信号。
在其中一个实施例中，所述信号采集单元包括控制器以及多个光电式脉搏传感器，多个所述光电式脉搏传感器的信号输出端均与所述控制器的信号输入端电连接，多个所述光电式脉搏传感器用于采集脉搏波信号，所述控制器用于接收并存储多路所述脉搏波信号。
具体而言，所述控制器为单片机，所述光电式脉搏传感器共有三个。
在其中一个实施例中，通过最小二乘法对所述单脉搏波信号散点图进行曲线拟合以获取脉搏波信号曲线。
在其中一个实施例中，如图2所示，本发明提供一种多通道脉搏采集方法，包括如下步骤：
采集多路所述脉搏波信号；
对多路所述脉搏波信号进行去噪处理并对去噪处理后的多路所述脉搏波信号进行筛选以获取单脉搏波信号散点图；
对所述单脉搏波信号散点图进行曲线拟合以获取脉搏波信号曲线。
通过信号采集单元采集到的脉搏波信号属于低频信号，高频信号大多为噪声信号，通过对多路所述脉搏波信号进行去噪处理，可以过滤噪声信号的干扰。
上述多通道脉搏采集方法通过采集多路脉搏波信号，可以避免通过单一路采集通道采集脉搏波信号所造成的测量误差，进而测量出更加准确且有效的脉搏波信号。
在其中一个实施例中，对多路所述脉搏波信号进行去噪处理的具体方法包括如下步骤：
对多路所述脉搏波信号进行双中值滤波处理；
对双中值滤波处理后的多路所述脉搏波信号进行小波阈值去噪处理。
通过双中值滤波以及小波阈值滤波对多路所述脉搏波信号进行去噪处理，该方法具有简单、实时性好以及易于实现的特点，便于在微处理器上实现，有利于系统的微型化。
在其中一个实施例中，如图3所示，对去噪处理后的多路所述脉搏波信号进行筛选以获取单脉搏波信号散点图的具体方法包括如下步骤：
第一步，将去噪处理后的多路所述脉搏波信号加载到同一坐标系下以获取多路脉搏波信号散点图；
第二步，确定所述多路脉搏波信号散点图的起始区域以及终止区域；
第三步，在所述起始区域随机选择一个数据点作为起始点，并以所述起始点为中心作一个半径为R的起始圆形扫描区域；
第四步，寻找所述起始圆形扫描区域中散点密度大于预设密度值的圆形区域，并计算所述圆形区域内的数据点的中心位置；
第五步，以所述中心位置为中心作一个半径为R的新圆形扫描区域，并找出新增数据点；
第六步，在所述中心位置到所述新增数据点的区域方向上寻找散点密度大于预设密度值的圆形区域，并计算所述圆形区域内的数据点的中心位置；
第七步，重复第五步以及第六步，直至所述新圆形扫描区域落在所述终止区域且所述新圆形扫描区域内没有新增数据点；
第八步，根据所述起始区域内的数据点、所述终止区域内的数据点以及所有新增数据点获取单脉搏波信号散点图。
在其中一个实施例中，如图4所示，对多路所述脉搏波信号进行双中值滤波处理的具体方法包括如下步骤：
边缘延拓处理：以50个采样点的延拓长度(即中值滤波窗口的二分之一)对多路所述脉搏波信号进行补零延拓；
第一重中值滤波处理：循环移动大小为10个采样点的第一滑动窗口并以所述第一滑动窗口中的边缘延拓处理后的多路所述脉搏波信号的数据点的中位数替换边缘延拓处理后的多路所述脉搏波信号的数据点；
第二重中值滤波处理：循环移动大小为100个采样点的第二滑动窗口并以所述第二滑动窗口中的第一重中值滤波处理后的多路所述脉搏波信号的数据点的中位数替换第一重中值滤波处理后的多路所述脉搏波信号的数据点。
通过对多路所述脉搏波信号进行补零延拓，可以防止所述脉搏波信号出现边缘信号失真的问题。
对边缘延拓处理后的所述脉搏波信号进行第一重中值滤波处理，可以抑制高频噪声。
对第一重中值滤波处理后的所述脉搏波信号进行第二重中值滤波处理，可以抑制低频噪声。
在其中一个实施例中，对双中值滤波处理后的多路所述脉搏波信号进行小波阈值去噪处理的具体方法包括如下步骤：
以bior3.5作为小波基对双中值滤波处理后的多路所述脉搏波信号进行6层分解；将所述脉波搏信号经小波分解后，脉搏波信号与噪声的小波系数将存在明显差别，脉搏波信号的小波系数较大，噪声的小波系数较小，并且噪声的小波系数不会超过脉搏信号的小波系数。
根据预设阈值对6层分解后的多路所述脉搏波信号中的各层小波系数进行阈值量化处理；对所述脉搏波信号进行去噪处理时，大于预设阀值的小波系数被认为是由脉搏波信号产生的，应予以保留，小于预设阀值的小波系数则认为是由噪声产生的，可将其置为零进而达到去噪的目的。
对各层小波系数阈值量化处理后的多路所述脉搏波信号进行重构。去噪后的脉搏波信号包括细节信号以及平滑信号，利用细节信号以及平滑信号来重构所述脉搏波信号，可以得到一条去噪后的脉搏波曲线。
在其中一个实施例中，通过最小二乘法对所述单脉搏波信号散点图进行曲线拟合以获取脉搏波信号曲线。
在其中一个实施例中，本发明提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时实现如上述所述的多通道脉搏采集方法。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种多通道脉搏采集系统，其特征在于，包括：
信号采集单元，用于采集多路所述脉搏波信号；
信号处理单元，用于多路所述脉搏波信号进行去噪处理，并对去噪处理后的多路所述脉搏波信号进行筛选以获取单脉搏波信号散点图；
信号整合单元，用于对所述单脉搏波信号散点图进行曲线拟合以获取脉搏波信号曲线。
2.如权利要求1所述的一种多通道脉搏采集系统，其特征在于，所述信号采集单元包括控制器以及多个光电式脉搏传感器，多个所述光电式脉搏传感器的信号输出端均与所述控制器的信号输入端电连接，多个所述光电式脉搏传感器用于采集脉搏波信号，所述控制器用于接收并存储多路所述脉搏波信号。
3.如权利要求1所述的一种多通道脉搏采集系统，其特征在于，通过最小二乘法对所述单脉搏波信号散点图进行曲线拟合以获取脉搏波信号曲线。
4.一种多通道脉搏采集方法，其特征在于，包括如下步骤：
采集多路所述脉搏波信号；
对多路所述脉搏波信号进行去噪处理并对去噪处理后的多路所述脉搏波信号进行筛选以获取单脉搏波信号散点图；
对所述单脉搏波信号散点图进行曲线拟合以获取脉搏波信号曲线。
5.如权利要求4所述的一种多通道脉搏采集方法，其特征在于，对多路所述脉搏波信号进行去噪处理的具体方法包括如下步骤：
对多路所述脉搏波信号进行双中值滤波处理；
对双中值滤波处理后的多路所述脉搏波信号进行小波阈值去噪处理。
6.如权利要求5所述的一种多通道脉搏采集方法，其特征在于，对去噪处理后的多路所述脉搏波信号进行筛选以获取单脉搏波信号散点图的具体方法包括如下步骤：
第一步，将去噪处理后的多路所述脉搏波信号加载到同一坐标系下以获取多路脉搏波信号散点图；
第二步，确定所述多路脉搏波信号散点图的起始区域以及终止区域；
第三步，在所述起始区域随机选择一个数据点作为起始点，并以所述起始点为中心作一个半径为R的起始圆形扫描区域；
第四步，寻找所述起始圆形扫描区域中散点密度大于预设密度值的圆形区域，并计算所述圆形区域内的数据点的中心位置；
第五步，以所述中心位置为中心作一个半径为R的新圆形扫描区域，并找出新增数据点；
第六步，在所述中心位置到所述新增数据点的区域方向上寻找散点密度大于预设密度值的圆形区域，并计算所述圆形区域内的数据点的中心位置；
第七步，重复第五步以及第六步，直至所述新圆形扫描区域落在所述终止区域且所述新圆形扫描区域内没有新增数据点；
第八步，根据所述起始区域内的数据点、所述终止区域内的数据点以及所有新增数据点获取单脉搏波信号散点图。
7.如权利要求6所述的一种多通道脉搏采集方法，其特征在于，对多路所述脉搏波信号进行双中值滤波处理的具体方法包括如下步骤：
边缘延拓处理：以50个采样点的延拓长度对多路所述脉搏波信号进行补零延拓；
第一重中值滤波处理：循环移动大小为10个采样点的第一滑动窗口并以所述第一滑动窗口中的边缘延拓处理后的多路所述脉搏波信号的数据点的中位数替换边缘延拓处理后的多路所述脉搏波信号的数据点；
第二重中值滤波处理：循环移动大小为100个采样点的第二滑动窗口并以所述第二滑动窗口中的第一重中值滤波处理后的多路所述脉搏波信号的数据点的中位数替换第一重中值滤波处理后的多路所述脉搏波信号的数据点。
8.如权利要求7所述的一种多通道脉搏采集方法，其特征在于，对双中值滤波处理后的多路所述脉搏波信号进行小波阈值去噪处理的具体方法包括如下步骤：
以bior3.5作为小波基对双中值滤波处理后的多路所述脉搏波信号进行6层分解；
根据预设阈值对6层分解后的多路所述脉搏波信号中的各层小波系数进行阈值量化处理；
对各层小波系数阈值量化处理后的多路所述脉搏波信号进行重构。
9.如权利要求8所述的一种多通道脉搏采集方法，其特征在于，通过最小二乘法对所述单脉搏波信号散点图进行曲线拟合以获取脉搏波信号曲线。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求4至9中任意一项所述的多通道脉搏采集方法。
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