CN114521875B - 基于加减压提取脉搏波频域特征参数的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于加减压提取脉搏波频域特征参数的方法及装置，所示方法包括：通过加压控制模块对动脉外软组织施加特定次数正向压力；通过压力采集模块采集特定次数正向压力，并控制正向压力保持静压状态，对正向压力进行预处理得到连续脉搏波信号；通过谐频分析模块基于所述连续脉搏波信号获取脉搏波谐频绝对振幅集合A_n；通过加压函数分析模块基于脉搏波谐频绝对振幅集合A_n获取加压比例函数，通过对加压比例函数分析获取特征参数。本发明通过对动脉外软组织加压，获取脉搏波谐频绝对振幅并构造加压函数，通过分析加压函数为心血管风险分析及血液动力学状态改变提供客观量化依据。

Description

基于加减压提取脉搏波频域特征参数的方法及装置

技术领域

本文件涉及脉搏波频域特征分析技术领域，尤其涉及一种基于加减压提取脉搏波频域特征参数的方法及装置。

背景技术

脉诊是中医的主要检测方法之一，医生依靠手指感觉脉搏来诊断患者的身体状况，它特别方便，副作用极小。然而，定性诊断结果完全依赖于医生的触觉敏感度和临床实践经验判断。随着科学技术的进步，现代脉搏诊断技术利用传感器采集患者的脉搏波信号，如现代临床中的血流动力学，然后对脉搏波形提取特征值进行分析。脉搏波频域特征分析是血液动力学研究分析重要的一环，所得到的脉搏波谐频的振幅和相位是人体血液循环系统中重要的生理参数，反映了动脉系统状态以及传递出心血管疾病病理变化的重要信息，又称为脉搏波谐频特征分析。因此，脉搏波谐波频率的幅度和相位特征也被用作中药对循环系统影响的定量检验，用于药物代谢动力学，我们称之为脉搏药性动力学研究。因此，准确获取稳定脉搏波的频域特性非常重要。

已有文献针对冠心病、卒中风等重大心血管不良事件的风险评估，采用的定压分析，压力强度是由量测者手动调整手环，使脉搏波振幅尽可能达到最大来完成，该方法未考虑到谐频特征会随着对传感器施加不同压强而改变，因此其风险分层结果也是不够精确的。目前的脉搏波谐频特征分析主流是定压量测分析，也就是说透过血管外施加恒定的正向压力来撷取脉搏波波形，透过复利叶级数或其他频域计算方法取得频域特征，做为后续分析的量化指标。其中，正向压力的来源可以为血压袖带或眼压计的气压，金属或构硬件的加减压，或是液态流质软带施加的压力。

然而，每个人的舒张压、收缩压、平均血压皆不相同，以一个恒定的外力来量测、计算脉博波谐频特征并不是一个稳定客观的方式。对于一般男性来说 70-90mmHg的外力束缚可能使血管内外压平衡，然而90mmHg对于血压较低的女性已经超过收缩压、向内挤压动脉血管的状态，与血管内外压平衡下取得的脉搏波波形不同，计算出的频域特征也不一致。

综上所述，现有脉搏波谐频分析技术存在的缺陷是：

现有谐频分析技术并未考虑到不同血管内外压平衡下，脉搏波谐频特征会随之改变的事实，以一个简单定压针对所有人群，会引入谐频读值量测上的误差。现有技术缺乏基于脉搏波信号，逐级加压并量测不同静压下脉搏波谐频特征改变的量化描述。

发明内容

本说明书一个或多个实施例提供了一种基于加减压提取脉搏波频域特征参数的方法，包括：

S1、通过加压控制模块对动脉外软组织施加特定次数正向压力；

S2、通过压力采集模块采集所述特定次数正向压力，并控制正向压力保持静压状态，对正向压力进行预处理得到连续脉搏波信号；

S3、通过谐频分析模块基于连续脉搏波信号获取脉搏波谐频绝对振幅A_n；

S4、通过加压函数分析模块基于脉搏波谐频绝对振幅A_n获取加压比例函数u_n，通过对加压比例函数分析获取特征参数。

本说明书一个或多个实施例提供了一种基于加减压提取脉搏波频域特征参数的装置，包括：

加压控制模块，用于对动脉外软组织施加特定次数正向压力；

压力采集模块，用于采集特定次数正向压力，并控制正向压力保持静压状态，对正向压力进行预处理得到连续脉搏波信号；

谐波分析模块，用于基于连续脉搏波信号获取脉搏波谐频绝对振幅A_n；

加压函数分析模块，用于基于脉搏波谐频绝对振幅A_n获取加压比例函数 u_n，通过对加压比例函数分析获取特征参数。

采用本发明实施例，通过加压控制模块对动脉外软组织施加特定次数正向压力，并通过压力采集模块采集正向压力下的连续脉搏波，采集连续脉搏波的过程中至少施加两种以上的压力，通过脉搏波计算出脉搏波谐频绝对振幅集合，进而通过对脉搏波谐频绝对振幅的

附图说明

为了更清楚地说明本说明书一个或多个实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的基于加减压提取脉搏波频域特征参数的方法的流程图；

图2为本发明实施例袖带升压过程中的脉搏波变化图；

图3为本发明实施例脉搏波信号处理以及谐频加压特征提取过；

图4为本发明实施例在服用人参后动脉系统的状态改变的脉搏波第一谐振幅随着动脉管外的压力加压的示意图；

图5为本发明实施例受测者服食15年生人参后脉象特征的改变；

图6为本发明实施例肾虚型受测者背部推拿按摩后脉象特征的改变；

图7为本发明实施例健康受测者饮用武夷山岩茶前后脉象特征的改变；

图8为本发明实施例的基于加减压提取脉搏波频域特征参数装置的示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本说明书一个或多个实施例中的技术方案，下面将结合本说明书一个或多个实施例中的附图，对本说明书一个或多个实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本说明书的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书一个或多个实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本文件的保护范围。

方法实施例

根据本发明实施例，提供了一种基于加减压提取脉搏波频域特征参数的方法，图1为本发明实施例的基于加减压提取脉搏波频域特征参数的方法的流程图，根据图1所示，本发明实施例的基于加减压提取脉搏波频域特征参数的方法具体包括：

S1、通过加压控制模块对动脉外软组织施加特定次数正向压力，其中，加压控制模块对动脉外软组织施加的压力控制精度达到1毫米汞柱，可以实做 2～50个不同静压状态，压力值范围在10-160毫米汞柱区间，每个静压状态的静压差值>3毫米汞柱，能维持10个以上的连续脉搏波。

S2、通过压力采集模块采集特定次数正向压力，并控制正向压力保持静压状态，对所述正向压力进行预处理得到连续脉搏波信号；步骤S2具体包括：将所述正向压力通过差分仪表放大组件消除共模输入，再通过轨道放大组件优化放大倍率，再通过带通滤波电路获连续脉搏波信号，获取连续脉搏波的过程中需要加压控制模块对动脉外软组织施加至少2次以上的不同的压力，且每次加压值最大差值大于3mmHg。

S3、通过谐频分析模块基于所述连续脉搏波信号获取脉搏波谐频绝对振幅 A_n；步骤S3具体包括：高分辨率的脉搏波信号，经过局部低点识别，将脉搏波切分成一系列的单脉搏波信号，并进行起始与终点拉平处理，压抑呼吸产生的运动噪声，完成每个单脉搏波信号，进行离散复利叶级数转换，产生每个谐频的绝对压力振幅，一系列单脉搏波信号从频域方面进行稳定特征提取时，第一谐频的绝对平均振幅A₁>平均振幅*110％或绝对平均振幅A₁<平均振幅，将不列入计算。

S4、通过加压函数分析模块基于脉搏波谐频绝对振幅A_n获取加压比例函数u_n，通过对所述加压比例函数分析获取特征参数，其中获取加压比例函数 u_n的方法为以下至少之一：

通过任意两个静压状态下脉搏波谐频绝对振幅A_n的比值获取所述特征比例函数；

通过多个静压状态下脉搏波谐频绝对振幅A_n的多项式线性组合获取所述特征比例函数；

通过多个静压状态下脉搏波谐频绝对振幅A_n的第一多项式线性组合与脉搏波谐频绝对振幅的第二多项式线性组合的比值获取特征比例函数。

图2为本发明实施例袖带升压过程中的脉搏波变化图，如图2所示，对动脉施加正向外力P_ext(t)，由高压140mmHg逐渐下降至0mmHg的过程中所量测到的脉博波原始数据，图2上图是在原始数据扣除下降的趋势线后所得的振荡脉搏波形。在一段加压或减压的过程中，脉搏波振幅和波形都会不断的随着正向外力P_ext(t)改变而产生变化，如图2上图所示。我们可以根据每一个脉搏波按照逐个计算其绝对谐频振幅An。每一个脉搏波因为波形的不同，所含的第一谐频振幅A1、第二谐频振幅A2都不相同，如图2上图箭头所指向的数值。

当通过加压控制模块对动脉外软组织进行正向加压时，对组织产生正向外力P_ext(t)时，所测得到的脉博波也会随之改变，具体脉搏波信号处理及谐频加压特征提取方法如图3所示，图3为本发明实施例脉搏波信号处理以及谐频加压特征提取过程，根据图3所示，脉搏波信号处理以及谐频加压特征提取过程具体为：

获取一段包括10个以上的连续脉搏波信号；

对所取得的连续脉搏以每博最低点计算分出数个完整的脉搏波；

10个脉搏波测量期间，对动脉施加至少两种以上的压力，且压力建最大差值大于3mmHg以上；

对每个脉搏波计算出其谐频振幅A0-A10，对每一谐频用函数u描绘谐频振幅随袖带压力的变化曲线；

从函数集合{u1,u2,u3,u4,u5,u6,u7,u8,u9,u10}中提取出脉搏波的谐频加压特征参数。

本发明实施例建立一个与谐频垂直正交的全新维度。每一个谐频的升压曲线皆是一组动脉系统状态的特征信息，图4为本发明实施例在服用人参后动脉系统的状态改变的脉搏波第一谐振幅随着动脉管外的压力加压的示意图，如图 4所示，由心跳频率f₀至心跳10倍频10*f₀组成的前十个谐频随着外部施压于血管正向力的过程中，谐频振幅的变化曲线组成动脉系统特征集合 {u1,u2,u3,u4,u5,u6,u7,u8,u9,u10}，u1代表第一谐频随血管外压变化的函数u1(Pc1,Pc2,Pc3,…,Pcz)，Pc为血管外施加的正向压力，Pcz代表第z个脉搏波量测下的静压值，需要至少两个以上的静压值，才能组成u1～u10函数以计算比例值。

函数u 1(Pc1,Pc2,Pc3,…,Pcn)可以经过适当的简化为特征函数 u1s(Pc1,Pc2)，具体表示如下：

经过服用3年生人参30分钟后，动脉系统的血行动力学特征改变，由μ1变成改变μ1′。μ1s为5.625，μ1s′为5.778。

该μ1s函数即为脉搏波第一谐频加压函数的最简单比例函数。

本发明实施例通过三个具体的案例对基于加减压提取脉搏波频域特征参数的方法进行详细说明：

案例1

通过基于加减压提取脉搏波频域特征参数的方法研究一个健康人服食15 年人参水浸液对动脉系统的影响，随着服食15年人参水浸液，进而改变动脉系统物理特性，会改变脉象的沉取特征。而这些加压函数的变化，恰恰好是一组数学上具有正则特性的特征函数，能反映人参的药性。透过观察各谐频加压函数的改变，我们能客观量化人参的药性动力学，具体操作步骤如下：

首先测量服食15年人参水浸液在60mmHg及40mmHg下的脉搏波，针对每一个绝对谐频振幅A_n，定义特定加压函数u_n,如下：

服食15年人参水浸液后，分别在服食30分钟及服食60分钟后测量被测者的连续脉搏波，测量结果如图5所示，图5为本发明实施例受测者服食15 年生人参后脉象特征的改变。

通过图5可知服食15年人参后30分钟后动脉系统响应，加压函数u_n,在第4～第12谐波上显着增加，这个现象在服食人参60分钟后效应消退，然而第2谐波加压函数却在60分钟后快速增加，说明了人参有两种以上代谢路径参予了动脉系统的响应。这个现象是固定外部压力下，透过简单的脉搏波频谱分析所无法取得血流动力学信息。而这也是中医把脉浮、中、沉取转化为量化加压，并且和数学上的谐波分析有机结合，才能看到的细致的、科学量化的脉象细节，这个现象特征和人参对动脉系统的效应截然不同，无法透过简单定压下脉搏波频谱分析所能取得血流动力学信息。

案例2

通过基于加减压提取脉搏波频域特征参数的方法研究按摩理疗对脉象影响，体操作步骤如下：

首先选择一个肾虚型测被测试者，测量被测试者在按摩推拿前60mmHg 及40mmHg下的脉搏波，针对每一个绝对谐频振幅A_n，定义特定加压函数u_n,如下：

被测试者背靠式按摩椅上推拿15分钟后在60mmHg及40mmHg下的脉搏波，测量结果如图6所示，图6为本发明实施例肾虚型受测者背部推拿按摩后脉象特征的改变。

通过图6可知随着背部腰部经过按摩椅充分推拿、活络气血后，动脉系统物理特性发生改变，进而改变脉象的浮中沉特征。而这些加压函数的变化是一组数学上具有正则特性的特征函数，恰恰好能量化反映理疗的效果。在按摩完 15分钟后，肾虚型受测者的加压函数从各谐频比例不匀称的状态，回复到与健康人相近的特征，使肾虚型人回到平和脉象。说明了按摩理疗能充分改变人体循环状态的有利量化证据。

案例3

通过基于加减压提取脉搏波频域特征参数的方法研究饮用武夷山岩茶对脉象影响，具体步骤如下：

首先选择一个被测试者，测量被测试者喝茶前在60mmHg及40mmHg下的脉搏波，针对每一个绝对谐频振幅A_n，定义特定加压函数u_n,如下：

被测试者引用武夷山岩茶后30分钟，测量被测试者在60mmHg及40mmHg 下的脉搏波，测量结果如图7所示，图7为本发明实施例健康受测者饮用武夷山岩茶前后脉象特征的改变。

根据图7可知，随着饮用武夷山岩茶，身心灵得到更加的安定、放松的感受，饮茶后所有谐频的加压函数u_n,都降低，呈现一个更加平稳的状态，这个现象特征和实施例1-服食人参、实施例2-推拿按摩对动脉系统的效应截然不同，同时也是无法透过简单的脉搏波频谱分析所能取得血流动力学信息，这也说明了本发明能够看脉象或是血流动力学状态上更为细致、多元的变化特征，对于中医脉诊的科学量化研究有很大的正向促进作用。

根据案例1-3，结合过去的研究成果证明了这一特征所展现的动脉系统变化，是传统固定外部压力下的脉搏波谐频分析所无法涵盖。因此，使得脉搏波频谱分析领域，多了一组新维度的生理参数或特征函数。本发明方法可以提高脉搏波测量装置对谐频振幅和相位定量的精确度，助力脉搏波谐频特征在中医药开发或心血管病理评估的临床研究，藉由加压特征函数u1～u10提供更丰富的生理表征，能推敲前沿动脉系统研究的生理机转。

装置实施例

根据本发明实施例，提供了一种基于加减压提取脉搏波频域特征参数的装置，图8为本发明实施例的基于加减压提取脉搏波频域特征参数的装置的示意图，根据图8所示，本发明实施例的基于加减压提取脉搏波频域特征参数的装置具体包括：

加压控制模块80，用于对动脉外软组织施加特定次数正向压力；加压控制模块80对动脉外软组织施加的压力控制精度达到1毫米汞柱，可以实做2～50 个不同静压状态，压力值范围在10-160毫米汞柱区间，每个静压状态的静压差值>3毫米汞柱，能维持10个以上的连续脉搏波。

压力采集模块82，用于采集所述特定次数正向压力，并控制所述正向压力保持静压状态，对所述正向压力进行预处理得到连续脉搏波信号；其中每次获取连续脉搏波信号时，需要加压控制模块至少施加两次以上不同压力值；压力采集模块82对采集到的压力信号进行处理的具体过程为：透过差分仪表放大组件消除共模输入，再透过轨道轨放大器组件优化放大倍率，再经由带通滤波电路，得到高分辨率的脉搏波信号。

谐波分析模块84，用于基于所述连续脉搏波信号获取脉搏波谐频绝对振幅 A_n；脉搏波谐频绝对振幅提取过程为：高分辨率的脉搏波信号，经过局部低点识别，将脉搏波切分成一系列的单脉搏波信号，并进行起始与终点拉平处理，压抑呼吸产生的运动噪声。完成每个单脉搏波信号，进行离散复利叶级数转换，产生每个谐频的绝对压力振幅。

加压函数分析模块86，用于基于脉搏波谐频绝对振幅A_n获取加压比例函数，通过对所述加压比例函数分析获取特征参数，其中，获取加压比例函数的方法为以下之一：

通过以下至少之一的方式获取特征比例函数：

通过任意两个静压状态下脉搏波谐频绝对振幅An的比值获取所述特征比例函数；

通过多个静压状态下脉搏波谐频绝对振幅An的多项式线性组合获取所述特征比例函数；

通过多个静压状态下脉搏波谐频绝对振幅An的第一多项式线性组合与脉搏波谐频绝对振幅的第二多项式线性组合的比值获取特征比例函数。

通过任意两个静压状态下脉搏波谐频绝对振幅A_n的比值获取所述特征比例函数；

通过多个静压状态下脉搏波谐频绝对振幅A_n的多项式线性组合获取所述特征比例函数；

通过多个静压状态下脉搏波谐频绝对振幅A_n的第一多项式线性组合与脉搏波谐频绝对振幅的第二多项式线性组合的比值获取特征比例函数。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种基于加减压提取脉搏波频域特征参数的方法，其特征在于，包括：

S1、通过加压控制模块对动脉外软组织施加特定次数正向压力；

S2、通过压力采集模块采集所述特定次数正向压力，并控制所述正向压力保持静压状态，对所述正向压力进行预处理得到连续脉搏波信号；

S3、通过谐频分析模块基于所述连续脉搏波信号获取脉搏波谐频绝对振幅A_n；

S4、通过加压函数分析模块基于脉搏波谐频绝对振幅A_n获取加压比例函数u_n，通过对所述加压比例函数分析获取特征参数。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过加压控制模块对动脉外软组织施加特定次数正向压力，具体包括：

对动脉外软组织施加压力的次数大于等于2，且每次施加压力的值大于等于特定毫米汞柱。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述正向压力进行预处理得到连续脉搏波信号具体包括：

将所述正向压力通过差分仪表放大组件消除共模输入，再通过轨道放大组件优化放大倍率，再通过带通滤波电路获取连续脉搏波信号。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过谐频分析模块基于所述连续脉搏波信号获取脉搏波谐频绝对振幅A_n，具体包括：

将所述连续脉搏波信号以每搏最低点切分成特定个数单脉搏波信号，并对所述特定个数单脉搏波信号进行起始与终点拉平处理，从而压抑呼吸产生的运动噪声；

对每个所述单脉搏波信号进行离散傅里叶级数转换，产生脉搏波谐频绝对振幅A_n。

5.根据权利要求1所述的方法，所述基于脉搏波谐频绝对振幅A_n获取加压比例函数u_n的方法为以下至少之一：

通过任意两个静压状态下脉搏波谐频绝对振幅A_n的比值获取所述加压比例函数u_n；

通过多个静压状态下脉搏波谐频绝对振幅A_n的多项式线性组合获取所述加压比例函数u_n；

通过多个静压状态下脉搏波谐频绝对振幅A_n的第一多项式线性组合与脉搏波谐频绝对振幅的第二多项式线性组合的比值获取加压比例函数u_n。

6.一种基于加减压提取脉搏波频域特征参数的装置，其特征在于，包括：

加压控制模块，用于对动脉外软组织施加特定次数正向压力；

压力采集模块，用于采集所述特定次数正向压力，并控制所述正向压力保持静压状态，对所述正向压力进行预处理得到连续脉搏波信号；

谐波分析模块，用于基于所述连续脉搏波信号获取脉搏波谐频绝对振幅A_n；

加压函数分析模块，用于基于脉搏波谐频绝对振幅A_n获取加压比例函数，通过对所述加压比例函数分析获取特征参数。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述加压控制模块具体用于：

对动脉外软组织施加压力的次数大于等于2，且每次施加压力的值大于等于特定毫米汞柱。

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述压力采集模块具体用于：

将所述正向压力通过差分仪表放大组件消除共模输入，再通过轨道放大组件优化放大倍率，再通过带通滤波电路获取连续脉搏波信号。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述谐波分析模块具体用于：

将所述连续脉搏波信号以每搏最低点切分成特定个数单脉搏波信号，并对所述特定个数单脉搏波信号进行起始与终点拉平处理，从而压抑呼吸产生的运动噪声；

对每个所述单脉搏波信号进行离散傅里叶级数转换，产生脉搏波谐频绝对振幅A_n。

10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述加压函数分析模块具体用于：

通过以下至少之一的方式获取加压比例函数u_n：

通过任意两个静压状态下脉搏波谐频绝对振幅A_n的比值获取所述加压比例函数u_n；

通过多个静压状态下脉搏波谐频绝对振幅A_n的多项式线性组合获取所述加压比例函数u_n；

通过多个静压状态下脉搏波谐频绝对振幅A_n的第一多项式线性组合与脉搏波谐频绝对振幅的第二多项式线性组合的比值获取加压比例函数u_n。