張宇博　舒紅平　岳希

摘要摘要：通過分析指端脈搏曲線的時域特征，提取所有可能的脈搏曲線特征點，從幅度和時間兩個維度排除極值點的干擾值，從而確定脈搏曲線特征點，得到時域參數(shù)、RR間期和K值等特征參數(shù)。對臨床采集的動脈硬化患者和健康人的脈搏曲線進行特征點定位和特征參數(shù)提取。實驗證明，該方法特征點獲取準確，具有較好的實時計算特性和穩(wěn)定性，簡便、準確地提取相關(guān)特征參數(shù)值，可用于動脈硬化的預(yù)判與分析。

關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：脈搏曲線；特征點；特征參數(shù)提?。粫r域分析；動脈硬化

DOIDOI：10.11907/rjdk.151217

中圖分類號：TP301

文獻標識碼：A文章編號文章編號：16727800（2015）004003203

0引言

脈診在中醫(yī)疾病診斷中有著極為重要的作用，心血管疾病診斷的一條有效途徑就是通過脈象進行診斷。心血管疾病初期，患者并無任何癥狀，但心血管血流參數(shù)已經(jīng)發(fā)生變化，并首先反映在脈搏曲線的波形變化上[1]。實驗發(fā)現(xiàn)能夠表征心血管系統(tǒng)機能的血流參數(shù)與脈搏曲線中提取的特征參數(shù)具有極大的相關(guān)性，人體脈搏曲線中蘊含著各種與心血管系統(tǒng)密切相關(guān)的生理信息[2]。

目前，中醫(yī)脈象量化領(lǐng)域研究成果豐富，但在確定脈搏曲線的特征參數(shù)以及提取其特征點等方面仍存在特征參數(shù)的識別準確率不高、無法實時計算等問題。本文提出一種基于指端脈搏曲線的特征參數(shù)提取方法，通過提取所有可能的脈搏曲線特征點，結(jié)合對臨床采集的無創(chuàng)、低成本的指端脈搏曲線的研究結(jié)果，從幅度和時間兩個維度進行多重判斷從而去除干擾極值點，以精確得到脈搏曲線的特征點。該方法具有較好的實時性和穩(wěn)定性。

1脈搏曲線波形分析

脈搏曲線波形圖的特征點如圖1所示，為方便分析，分別用A、B、C、D、E、F、G來標記7個特征點在脈搏曲線中的位置[3]。整個曲線是一個脈搏周期，其中A是脈搏曲線的起始點；G是脈搏曲線的終點，也是下一個脈搏曲線的起始點；B、D、F分別是脈搏曲線的主波、潮波以及重搏波的波峰；C、E分別是潮波前谷和降中峽的波谷。

2脈搏曲線特征參數(shù)提取

指端脈搏曲線時域分析的關(guān)鍵在于準確獲取脈搏曲線周期中的特征點，包括起始點、主波、潮波、重搏波等，結(jié)合臨床采集的無創(chuàng)、低成本的指端脈搏曲線的研究結(jié)果，從幅度和時間兩個維度進行多重判斷從而去除干擾極值點，以精確得到脈搏曲線的特征點，實現(xiàn)脈搏曲線特征參數(shù)的提取。

2.1脈搏曲線特征點提取

脈搏曲線在采集過程中存在運動偽差干擾，同時人體生理變化也會導致脈搏曲線形態(tài)隨之改變，所以實現(xiàn)高準確率的脈搏曲線特征點提取，既避免遺漏極值點又避免誤檢，需要通過判別排除等方法去掉干擾極值點。

特征點提取流程如圖2所示，具體方法如下：

（1）獲取1min的待提取特征點的脈搏曲線數(shù)據(jù)，排除噪聲曲線，得到較平穩(wěn)脈搏數(shù)據(jù)。在分析臨床采集的脈搏曲線特征實驗中，一般相鄰兩個脈搏曲線周期的收縮期變化在25%以內(nèi)，幅度變化最大不超過35%，故相鄰兩個脈搏曲線周期幅度和上升支時間一般不會發(fā)生突變。

采用閾值判別法，確定幅度閾值和時間閾值兩個維度的區(qū)間。時間閾值：（0.75*曲線前沿耗時均值，1.25*曲線前沿耗時均值）；幅度閾值：（0.65*幅度均值，1.35*幅度均值）。若檢測脈搏曲線的時間和幅度不在變化范圍內(nèi)，設(shè)置其為噪聲曲線，予以排除。

（2）確定脈搏曲線主波的波峰點。通常，在脈搏曲線主波波峰點的幅度值最大，位置相對容易判斷。脈搏曲線采用連續(xù)5個遞增點以及閾值判別法[4]識別脈搏曲線的上升支，如果相鄰兩個主波波峰點的時間間隔小于脈搏曲線周期的均值，則舍去兩個相鄰幅度值中較小的一個，最大幅度值設(shè)置為波峰點。

（3）依據(jù)每個主波的波峰點確定每個脈搏曲線的周期起始點。通過定位每個主波的波峰點前的0.3*200HZ（采樣頻率為200HZ）范圍內(nèi)的最小值為該脈搏曲線的起始點。相鄰兩個起始點之間即為一個脈搏曲線周期，進一步實現(xiàn)脈搏曲線周期的分割。

（4）確定脈搏曲線周期中所有可能的極值點，排除干擾極值點。

若對特征點進行精確定位，需要從多個可能極值點中篩選得出特征點。先根據(jù)上述方法確定脈搏曲線的上升支、主波波峰點以及脈搏曲線的起始點，然后以主波波峰、起始點為基準，根據(jù)閾值法判斷并搜索脈搏曲線效率變化較小的點，并計算相鄰兩極值點之差，用于對每個極值點進行處理。

對脈搏曲線周期中的每個可能極值點進行處理方法如下：

①取兩個時間相鄰的可能極值點，計算兩個極值點的時間差和幅度差；

②比較任意相鄰的兩個可能極值點之間的幅度差值，如果兩個可能極值點的幅度差大于特定幅度閾值，則繼續(xù)下一步判斷，否則將兩個可能極值點中幅度較小的一個作為干擾值予以排除；

③比較任意相鄰兩個可能極值點之間的時間差值，如果兩個可能極值點的時間差不大于特定時間閾值，則將兩個可能極值點作為可能極值點，從而實現(xiàn)干擾極值點排除。

（5）確定脈搏曲線的特征點。

利用上述方法及一般閾值法分別采集指端脈搏數(shù)據(jù)進行實驗。實驗采用HKG07C紅外脈搏傳感器對動脈硬化患者和健康人進行指端脈搏數(shù)據(jù)采集，采樣頻率為200HZ。測試過程中，要求被測試者盡量處于安靜狀態(tài)。在脈搏曲線的特征點中，主波波峰提取的準確性會影響其它特征點提取，特征點中主波波峰點的部分檢測結(jié)果如表1所示。可以看出，相比一般閾值法，本文方法提取脈搏曲線的特征點準確率更高，達到99%以上。而一般閾值法更適用于脈搏曲線平穩(wěn)的數(shù)據(jù)，若脈搏曲線變化明顯則出現(xiàn)較大誤差。因為本文算法實時對脈搏曲線的干擾極值點進行了排除，提高了脈搏曲線分析的準確性和適應(yīng)性。同時算法復(fù)雜度低，運算性能較好，在無監(jiān)督環(huán)境的脈搏曲線的實時分析中具有廣闊的應(yīng)用前景。

2.2特征參數(shù)提取

脈搏曲線的特征點是確定其特征參數(shù)的基礎(chǔ)，通過采用本文方法提取脈搏曲線的特征點，可以得到RR間期、K值以及其它不同的時域特征參數(shù)，可用于心血管疾病的預(yù)判診斷。

RR間期具有心電信號的特征[5]，根據(jù)RR間期可以推算心臟的脈動頻率。計算RR間期的首先需要確定脈搏曲線的起始點以及主波的波峰點，進而計算相鄰脈搏曲線周期的時間間隔，最后進行均值計算。通過動脈硬化患者和正常人脈搏曲線的實驗，根據(jù)本文提出方法計算出的R-R間期與心電圖儀采集的數(shù)據(jù)相同。

K值是一種反映脈搏曲線特征的參數(shù)，由羅志昌[6]在脈搏波產(chǎn)生與傳播機理的基礎(chǔ)上提出。K值通過下式計算：

K=（pm-p）/（ps-pd）（1）

其中，ps、pd分別為收縮壓和舒張壓，pm為平均動脈壓，可以通過脈搏曲線的特征點值代入計算，實驗發(fā)現(xiàn)K值簡便易求、非常直觀，更重要的是外周阻力、血液粘度、心血管硬化程度等極為豐富的心血管系統(tǒng)參數(shù)的改變都與特征參數(shù)K值密切相關(guān)[7]。

此外，根據(jù)確定的脈搏曲線特征點可以獲得時域分析中RR間期標準差SDRR、RR間期平均值的標準差SDARR、相鄰RR間期差值的均方根、變異系數(shù)CV等特征參數(shù)[812]。

3結(jié)語

根據(jù)指端脈搏曲線的特征參數(shù)提取方法，結(jié)合臨床采集的指端脈搏曲線的研究結(jié)果，從幅度和時間兩個維度進行多重判斷，從而去除干擾極值點，以精確得到脈搏曲線的特征點，實現(xiàn)脈搏曲線特征參數(shù)提取。實驗結(jié)果表明，本文所提出的方法特征點獲取準確，具有較好的實時計算特性和穩(wěn)定性，可以簡便準確地提取相關(guān)特征參數(shù)值，用于動脈硬化的預(yù)判與分析，在無監(jiān)督環(huán)境的脈搏曲線實時分析中具有廣闊的應(yīng)用前景。下一步研究，可以提取除主波波峰點、脈搏曲線的起始點等其它特征點，如K值相等的分割點等，并且圍繞脈搏曲線的特征點，分析提取更多可作為心血管疾病特別是心血管疾病中高發(fā)的動脈硬化、高血壓等診斷的特征參數(shù)，。

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責任編輯（責任編輯：陳福時）