一種基於小波變換的脈搏波傳導速度的計算方法
2023-05-21 12:12:31
專利名稱：一種基於小波變換的脈搏波傳導速度的計算方法
技術領域：
本發明涉及脈搏波傳導速度的計算，特別涉及其中脈搏波傳導時間的計算方法。
背景技術：
當心臟跳動時，心室射血會產生脈搏波，並以一定速率向全身傳播。脈搏波傳導速 度PWV(Pulse Wave Velicity)是指脈搏波從動脈的某一位置傳導至另一位置的速率。該 參數常用於血管疾病診斷中，特別用於判斷血管硬化程度。當血管硬化程度加大時，動脈順 應性降低，脈搏波傳導速度會加快。目前無創測量脈搏波傳導速度的方法是用血管長度除 以在這段血管中脈搏波的傳導時間。其計算公式如下
PWV(脈搏波傳導速度)=——L(血戟動—— 1； PTT(脈搏波傳導時間)其中血管長度(cm)通過身高由如下一些經驗公式換算得到中心點到頸部(he) = 0. 2437X 身高-18. 9999中心點到上臂(hb) = 0. 2195X 身高-2. 0734中心點到大腿(hf)= 0. 5643X 身高-18. 381大腿到足踝(fa)= 0. 2486 X 身高 +30. 709中心點到足躁(ha)=中心點到大腿+大腿到足踝上臂到足踝(ba)=中心點到足踝-中心點到上臂頸部到大腿(cf)=中心點到大腿_中心點到頸部常用的PWV有上臂到足踝的baPWV和頸部到大腿的cfPWV。脈搏波傳導時間是通過測量一次心跳引起的兩個不同部位的脈搏信號的時間差 得到，如圖1所示。而要得到時間差，需要將不同位置脈搏波的起跳點提取出來。目前提取 脈搏波起跳點的方法不一，但是都是基於脈搏波時域波形的特徵進行識別。常見的有下面 兩禾中1、經過波谷位置A和波峰位置B作一條線段AB，脈搏波上從A點到B點的所有點 中到線段AB距離最大的點即為脈搏波的起跳點D，如圖2 (a)所示。2在脈搏波的上升沿，即波谷位置A和波峰位置B之間部分，過最大斜率點畫一條 直線a，再過波谷A畫一條直線b，這兩條直線的交叉點就是脈搏波的起跳點D，見圖2 (b)。然而僅僅基於時域波形提取起跳點，容易受到各方面的影響，使結果不穩定。對於 不同的人，尤其是有血管疾病的人，脈搏波的形狀會變得複雜多樣。同時在實際測量過程 中，各種各樣的幹擾總是不可避免的。這時波峰波谷和斜率最大點的位置都會受到影響，從 而使識別出的起跳點不準確。目前提取這些點時，如圖1中所示，大都會採用心電或心音圖來協助確定一次脈 搏。而在心臟搏動異常時(如房室傳導阻滯、早搏等)，心電心音將發生變化，這時測量所得的脈搏波的傳播時間也會發生變化，而這種變化事實上是由於心臟異常收縮引起，並不能 反映動脈的真實情況。而且由於需要心電心音的配合，也增加了測量脈搏波傳導速度的不 方便，增加了設備的複雜度和測量不準確的可能性。
發明內容
針對目前提取脈搏波起跳點的方法不穩定而且容易受到幹擾的確定，本發明提出 一種新的脈搏波起跳點提取方法，即使用小波變換的方法對脈搏波進行分析，提取出脈搏 的起搏點。本發明用小波變換的多解析度分析對脈搏波進行分解。多解析度分析又稱多尺度 分析。它的基本思想是利用正交小波基函數的多尺度特性將信號在不同尺度上展開並加以 比較，以得到有用的信息。在時域中，尺度由大到小變化，對應的頻域尺度由小到大變化。由 低通濾波器可得到大尺度信息，即低頻信息——信號概貌信息，由高通濾波器可得到小尺 度信息，即信號高頻信息——噪聲及突變信息。由此可將信號分解為概貌信息和細節信息。脈搏波的起跳點屬於一個突變信息，是脈搏波信號中的高頻部分或細節，因此可 以利用小波變換將起跳點的信息分解出來。通過對比脈搏波的細節和概貌，就可以得到脈 搏波的起跳點。本發明涉及一種計算脈搏波傳導速度的方法，其特徵是利用小波變換來提取脈搏 波的起跳點。本發明中用小波變換方法分解脈搏波的特徵是，利用多解析度分解的方法，對脈 搏波進行分解，使用多孔算法使分解結果和原始信號有同樣的長度，同時得到脈搏波的細 節和概貌信息。本發明中提取脈搏波起跳點的方法，其特徵是將小波分解的結果和脈搏波進行對 比，在脈搏波起跳點處的脈搏波分解結果會出現明顯的峰值，將分解結果和脈搏波進行對 比得到脈搏波起跳點的位置。小波變換具有的高低頻分離的特點，可以對原始脈搏波進行濾化處理，消除噪音 信息，從而提高了信號的清晰度，同時不會丟失原信號的重要信息成分。小波變換的多分辨 率分析具有對噪聲不敏感的特點，不易受到幹擾信號的影響，計算結果穩定。
四
圖1是計算脈搏波傳導速度的示意2是目前常用的兩種提取脈搏波起跳點示意3是多解析度分解的濾波器組實現圖4是小波分解得到的起跳點信息和脈搏波對比圖5是脈搏波6級多解析度分解結果圖6是算法實際效果圖
五具體實施例方式以下對本發明的施用作一個詳細描述，主要步驟如下(1)將袖帶捆綁在受試者肢體上，充氣到一個固定壓力值，並維持一段時間，用壓力傳感器分別得到上肢和下肢脈搏波波形。(2)對脈搏波的波形，進行多解析度分解。多解析度分解時使用多孔算法保證分解 結果和原始信號有著同樣的數據長度，其基礎是Mallat算法，也就是用濾波器組來實現分 解，具體過程如圖3所示。計算公式如下
權利要求
一種計算脈搏波傳導速度的方法，其特徵在於利用小波變換來提取脈搏波的起跳點。
2.根據權利要求1所述的計算脈搏波傳導速度的方法，其特徵在於所述小波變換利用 多解析度分解的方法，對脈搏波進行分解，使用多孔算法使分解結果和原始信號有同樣的 長度，同時得到脈搏波的細節和概貌信息。
3.根據權利要求2所述的計算脈搏波傳導速度的方法，其特徵在於將小波分解的結果 和脈搏波進行對比，在脈搏波起跳點處的脈搏波分解結果會出現明顯的峰值，將分解結果 和脈搏波進行對比就可以得到脈搏波起跳點的位置。
4.根據權利要求2所述的計算脈搏波傳導速度的方法，其特徵在於通過以下公式進行 多解析度分解I； a^h.in-l^^a^h.ilk)rt——oo< ⑷=玄 aj[n^(n-2k、= c^k、*^(2k)其中j為分解層數，k = 1，2，3. . . N，N為數據長度，=h(-k)，aj (k)是對信號的概 貌逼近，(1」00是對信號的細節逼近，h^k)和！^仏)是滿足二尺度差分方程的兩個濾波器。
全文摘要
當心臟跳動時，心室射血會產生脈搏波，並以一定速率向全身傳播。脈搏波傳導速度PWV(Pulse Wave Velocity)是指脈搏波從動脈的某一位置傳導至另一位置的速率。該參數常用於血管疾病診斷中，特別用於判斷血管硬化程度。當血管硬化程度加大時，動脈順應性降低，脈搏波傳導速度會加快。目前無創測量脈搏波傳導速度的方法是用血管長度除以在這段血管中脈搏波的傳導時間。正確識別脈搏波起跳點成為計算PWV的一個主要難題，本發明利用小波變換來提取脈搏波的起跳點。利用多解析度分解的方法，對脈搏波進行分解，使用多孔算法使分解結果和原始信號有同樣的長度，同時得到脈搏波的細節和概貌信息。將小波分解的結果和脈搏波進行對比，在脈搏波起跳點處的脈搏波分解結果會出現明顯的峰值，將分解結果和脈搏波進行對比就可以得到脈搏波起跳點的位置。
文檔編號A61B5/0285GK101983611SQ201010558798
公開日2011年3月9日 申請日期2010年11月25日 優先權日2010年11月25日
發明者徐亮禹 申請人:北京悅琦創通科技有限公司