專利名稱：一種動脈壓信號逐拍分割方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及動脈壓自動檢測與分析技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于波形特征提取和 模板匹配的的動脈壓信號逐拍分割方法。
背景技術(shù)：
動脈壓信號攜帶著重要的生理病理信息，例如血流的入射和反射，心臟搏血功能， 動脈管壁的彈性和僵硬度等信息。動脈壓信號隨著心臟的搏動而波動，是一種以連續(xù)波動 的方式傳播的準(zhǔn)周期逐拍信號，連續(xù)逐拍中每一節(jié)拍的起點(diǎn)代表著一個脈搏波的到來，兩 個連續(xù)節(jié)拍起點(diǎn)之間為一個完整節(jié)拍的動脈壓信號，它提供著重要的血壓信息和心臟搏動 信息，患者當(dāng)前的血壓和心臟參數(shù)都可以由一個節(jié)拍的動脈信號計(jì)算得到。目前，臨床上使 用的動脈壓分析設(shè)備正是通過綜合分析不同節(jié)拍的動脈壓信號，獲取患者當(dāng)前的血壓和心 臟參數(shù)，從而檢測患者的心率、收縮壓以及舒張壓。因此，對于動脈壓分析設(shè)備而言，動脈壓 信號的逐拍分割技術(shù)是非常關(guān)鍵的，逐拍分割的準(zhǔn)確與否，將直接影響到動脈壓分析設(shè)備 對心率、收縮壓以及舒張壓的檢測精度的好壞。動脈壓信號的逐拍分割技術(shù)中，節(jié)拍起點(diǎn)檢測是非常重要和基礎(chǔ)的，通常動脈壓 信號的逐拍分割都采用“檢測節(jié)拍起點(diǎn)一以節(jié)拍起點(diǎn)為分割點(diǎn)進(jìn)行逐拍分割”的方法實(shí)現(xiàn)。 現(xiàn)有技術(shù)中，主要采用的節(jié)拍起點(diǎn)檢測方法有兩種。一種方法是通過計(jì)算動脈壓信號的幅 值大小來檢測節(jié)拍起點(diǎn)，該方法首先利用信號自相關(guān)或者功率譜估計(jì)來估算被測動脈壓信 號的近似周期，即信號周期處的頻率對應(yīng)的功率貢獻(xiàn)最大，然后通過近似周期確定節(jié)拍起 點(diǎn)的大概范圍，找到該范圍內(nèi)信號幅值最小的點(diǎn)，即把該點(diǎn)作為動脈壓信號中的一個節(jié)拍 起點(diǎn)；另一方法是通過計(jì)算動脈壓信號的局部最小值點(diǎn)來檢測節(jié)拍起點(diǎn)，該方法首先對動 脈壓信號求導(dǎo)運(yùn)算，取得動脈壓信號上導(dǎo)數(shù)為“0”的極值點(diǎn)，再進(jìn)一步判斷這些極值點(diǎn)是極 大值點(diǎn)還是極小值點(diǎn)，其中的極小值點(diǎn)即為動脈壓信號的局部最小值點(diǎn)；最后比較局部最 小值點(diǎn)的幅值，幅值最小的點(diǎn)即判定為節(jié)拍起點(diǎn)。這兩種節(jié)拍起點(diǎn)檢測方法，用于檢測波形 輪廓比較規(guī)則的動脈壓信號中的節(jié)拍起點(diǎn)，檢測效果還是比較好的。但是在臨床實(shí)踐中， 由于受到入射動脈波和反射波的相互作用，動脈壓信號的波形輪廓會產(chǎn)生一定程度的變異 性；特別是在每一節(jié)拍的波尾處，反射波的作用逐漸增強(qiáng)，入射波的作用逐漸減弱，導(dǎo)致每 一節(jié)拍動脈壓信號波尾處的波動劇烈，變異性增強(qiáng)。因此，在臨床實(shí)際檢測得到的動脈壓信 號中，某些節(jié)拍波尾部分的最小值不一定是下一節(jié)拍的節(jié)拍起點(diǎn)。例如，如圖2所示的動脈 壓信號，其中點(diǎn)P2是實(shí)際信號節(jié)拍的節(jié)拍起點(diǎn)，點(diǎn)P1只是該節(jié)拍起點(diǎn)前一節(jié)拍波尾部分的 變異性干擾點(diǎn)；但是無論采用計(jì)算幅值的方法還是采用計(jì)算局部最小值點(diǎn)的方法，都會將 干擾點(diǎn)P1誤判為動脈壓信號的節(jié)拍起點(diǎn)，導(dǎo)致動脈壓信號的逐拍分割不夠準(zhǔn)確，從而會在 一定程度上影響到動脈壓分析設(shè)備在后續(xù)過程中對心率、收縮壓以及舒張壓的檢測精度。
發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明的目的是提供一種分割準(zhǔn)確度更高的基于波形特征提取和模板匹配的動脈壓信號逐拍分割方法，將該方法應(yīng)用于動脈壓分析設(shè)備對 連續(xù)的動脈壓信號的逐拍分割技術(shù)中，有助于提高動脈壓信號分析設(shè)備的檢測和分析精度。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種動脈壓信號逐拍分割方法，將動脈壓檢測儀采 集的動脈壓信號輸入計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)進(jìn)行低通濾波和采樣預(yù)處理，并對動脈壓信號進(jìn)行 逐拍分割，依次包括如下步驟a)建立對數(shù)極坐標(biāo)分布模型在對數(shù)極坐標(biāo)中，預(yù)先設(shè)定對數(shù)極徑的取值半徑 Ifflax以及極角的取值范圍Δ Ψ，將對數(shù)極徑的取值半徑劃分為M個等間隔區(qū)間，將極 角的取值范圍△ Ψ劃分為N個等間隔區(qū)間，則對數(shù)極徑的取值半徑、極角的取值范圍 Δ Ψ以內(nèi)的對數(shù)極坐標(biāo)域劃分為MXN個等間隔的二維區(qū)間，構(gòu)成對數(shù)極坐標(biāo)分布模型；b)選取多個波形輪廓互不相同并且周期、幅度和節(jié)拍起點(diǎn)均已知的動脈壓信號分 別作為模板信號，分別將各模板信號中節(jié)拍起點(diǎn)前后各一周期內(nèi)的采樣點(diǎn)映射到對數(shù)極坐 標(biāo)分布模型中，獲取各模板信號中節(jié)拍起點(diǎn)的分布特征；c)對待測動脈壓信號進(jìn)行自相關(guān)分析，計(jì)算其自相關(guān)系數(shù)中每相鄰兩個局部最小 值之間的時間間隔，取所述時間間隔的平均值作為待測動脈壓信號的近似周期；d)提取待測動脈壓信號中的局部最小值點(diǎn)；e)分別將待測動脈壓信號中各局部最小值點(diǎn)前后各一近似周期內(nèi)的采樣點(diǎn)映射 到對數(shù)極坐標(biāo)分布模型中，獲取待測動脈壓信號中各個局部最小值點(diǎn)的分布特征；f)利用步驟b)獲取的各個模板信號中節(jié)拍起點(diǎn)的分布特征，分別對待測動脈壓 信號中各局部最小值點(diǎn)的分布特征進(jìn)行X2統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)，得到待測動脈壓信號中各個局部最 小值點(diǎn)的相異度；所述X 2統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)的計(jì)算公式為
Iidll-Cik V
^,名類0或關(guān)0 其中，χ2φ” Dk)為待測動脈壓信號中第i個局部最小值點(diǎn)相對于第k個模板信 號中節(jié)拍起點(diǎn)的檢驗(yàn)值；dq為待測動脈壓信號中第i個局部最小值點(diǎn)在對數(shù)極坐標(biāo)分布 模型第j個二維分區(qū)的分布值，dk, j為第k個模板信號中節(jié)拍起點(diǎn)在對數(shù)極坐標(biāo)分布模型 第j個二維分區(qū)的分布值；η為對數(shù)極坐標(biāo)分布模型中二維分區(qū)的個數(shù)，且η = MXN ；g)計(jì)算待測動脈壓信號起始β倍近似周期內(nèi)相異度最小的局部最小值點(diǎn)作為第 一個待定點(diǎn)；然后，以前一待定點(diǎn)為起始點(diǎn)，計(jì)算其后β倍近似周期內(nèi)相異度最小的局部 最小值點(diǎn)作為又一個待定點(diǎn)；由此遞推確定待測動脈壓信號中的所有待定點(diǎn)，每確定一個 待定點(diǎn)則將其相異度與預(yù)先設(shè)定的閾值Ctl進(jìn)行比較，相異度小于閾值Ctl的待定點(diǎn)即判定為 待測動脈壓信號中的節(jié)拍起點(diǎn)；其中，β的取值范圍為1. 2 1. 8，所述閾值Ctl的取值范圍 為 0. 1 0. 4 ；h)對待測動脈壓信號進(jìn)行逐拍分割，存儲并顯示待測動脈壓信號逐拍分割結(jié)果。進(jìn)一步，步驟b)中所述“分別將各模板信號中節(jié)拍起點(diǎn)前后各一周期內(nèi)的采樣點(diǎn) 映射到對數(shù)極坐標(biāo)分布模型中，獲取各模板信號中節(jié)拍起點(diǎn)的分布特征”，具體包括bl)提取任一模板信號中節(jié)拍起點(diǎn)前一周期和后一周期內(nèi)的采樣點(diǎn)作為該節(jié)拍起點(diǎn)的分布特征點(diǎn)，并建立其與該節(jié)拍起點(diǎn)的笛卡爾相對坐標(biāo)；b2)根據(jù)步驟bl)所得的笛卡爾相對坐標(biāo)，將所述節(jié)拍起點(diǎn)的分布特征點(diǎn)從笛卡 爾坐標(biāo)系映射到對數(shù)極坐標(biāo)分布模型中，得到該節(jié)拍起點(diǎn)的分布特征點(diǎn)的對數(shù)極坐標(biāo)；
b3)根據(jù)步驟b2)所得的對數(shù)極坐標(biāo)，計(jì)算所述節(jié)拍起點(diǎn)的分布特征點(diǎn)在對數(shù)極 坐標(biāo)模型各二維分區(qū)中的分布數(shù)量，作為該節(jié)拍起點(diǎn)的分布特征；b4)重復(fù)步驟bl) b3)，獲取各模板信號中節(jié)拍起點(diǎn)的分布特征。進(jìn)一步，所述步驟e)具體包括el)提取待測動脈壓信號中任一局部最小值點(diǎn)前一近似周期和后一近似周期中 的采樣點(diǎn)作為該局部最小值點(diǎn)的分布特征點(diǎn)，并建立其與該局部最小值點(diǎn)的笛卡爾相對坐 標(biāo)；e2)根據(jù)步驟el)所得的笛卡爾相對坐標(biāo)，將所述局部最小值點(diǎn)的分布特征點(diǎn)從 笛卡爾坐標(biāo)系映射到對數(shù)極坐標(biāo)分布模型中，得到該局部最小值點(diǎn)的分布特征點(diǎn)的對數(shù)極 坐標(biāo)；e3)根據(jù)步驟e2)所得的對數(shù)極坐標(biāo)，計(jì)算所述局部最小值點(diǎn)的分布特征點(diǎn)在對 數(shù)極坐標(biāo)模型各二維分區(qū)中的分布數(shù)量，作為該局部最小值點(diǎn)的分布特征；e4)重復(fù)步驟el) e3)，獲取待測動脈壓信號中各局部最小值點(diǎn)的分布特征。進(jìn)一步，所述步驟f)具體包括fl)利用步驟b)獲取的各個模板信號中節(jié)拍起點(diǎn)的分布特征，對待測動脈壓信號 中任一局部最小值點(diǎn)的分布特征進(jìn)行X2統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)，得到該局部最小值點(diǎn)相對于各個模板 信號中節(jié)拍起點(diǎn)的統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)值；f2)以步驟fl)所得統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)值中的最小值作為所述局部最小值點(diǎn)的相異度；f3)重復(fù)步驟fl) f2)，得到待測動脈壓信號中各個局部最小值點(diǎn)的相異度。作為優(yōu)選方案，所述低通濾波的截止頻率為20 50Hz，采樣的頻率為125 IOOOHz。相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下有益效果1、本發(fā)明方法以點(diǎn)與點(diǎn)之間的差向量作為基礎(chǔ)特征，該基礎(chǔ)特征具有平移和旋轉(zhuǎn) 不變性，能夠克服動脈壓信號的基線漂移的影響。2、對差向量進(jìn)行對數(shù)極坐標(biāo)轉(zhuǎn)換并加以分區(qū)來度量波形的相似性，這種度量對鄰 近的波形形態(tài)特征敏感，同時又能捕獲波形的全局輪廓信息，并對波形抖動具有魯棒性。3、僅以動脈壓信號中的局部最小值點(diǎn)作為識別點(diǎn)，忽略對非局部最小值點(diǎn)的計(jì)算 和識別，大大簡化了檢測過程中的數(shù)據(jù)計(jì)算量，進(jìn)一步提高了識別的魯棒性。4、實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)對動脈壓信號的逐拍分割，并適用于在臨床上應(yīng)用的有創(chuàng)方法和 無創(chuàng)方法檢測到的動脈壓信號。
圖1為本發(fā)明方法的流程框圖；圖2為動脈壓信號示例波形圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例中一模板信號的波形圖；圖4為圖3所示模板信號的笛卡爾坐標(biāo)映射示意圖5為圖3所示模板信號中點(diǎn)a在對數(shù)極坐標(biāo)模型中的映射示意圖；圖6為本發(fā)明實(shí)施例中的對數(shù)極坐標(biāo)模型圖；圖7為圖3所示模板信號中節(jié)拍起點(diǎn)在圖6所示對數(shù)極坐標(biāo)模型中的歸一化分布 圖；圖8為本發(fā)明實(shí)施例中一待測動脈壓信號的波形圖；圖9為圖8所示待測動脈壓信號前3個近似周期所對應(yīng)的波形圖；圖10為圖9所示待測動脈壓信號中點(diǎn)S1在圖6所示對數(shù)極坐標(biāo)模型中的歸一化對數(shù)極坐標(biāo)分布模型圖；圖11為圖9所示待測動脈壓信號中點(diǎn)S2在圖6所示對數(shù)極坐標(biāo)模型中的歸一化 對數(shù)極坐標(biāo)分布模型圖；圖12為圖9所示待測動脈壓信號中點(diǎn)S3在圖6所示對數(shù)極坐標(biāo)模型中的歸一化 對數(shù)極坐標(biāo)分布模型圖；圖13為圖9所示待測動脈壓信號中點(diǎn)S4在圖6所示對數(shù)極坐標(biāo)模型中的歸一化 對數(shù)極坐標(biāo)分布模型圖；圖14為圖8所示待測動脈壓信號中局部最小值點(diǎn)的相異度分布圖；圖15為圖8所示待測動脈壓信號的逐拍分割圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步說明本發(fā)明提出了一種結(jié)合動脈壓信號的波形輪廓進(jìn)行綜合分析的動脈壓信號逐拍 分割方法。動脈壓信號的的逐拍對應(yīng)著心臟搏動，而且各節(jié)拍的內(nèi)在驅(qū)動機(jī)制相同，都是動 脈入射波和反射波共同作用驅(qū)動的結(jié)果，相鄰的節(jié)拍的波形具有相似性；如果能夠?qū)ο嗨?性加以度量和匹配，就可以找到與節(jié)拍起點(diǎn)相似的點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)動脈壓信號的節(jié)拍分割。本發(fā)明 提取動脈壓信號中的點(diǎn)與其所在波形上的其它點(diǎn)的相對位置關(guān)系，并通過度量其在對數(shù)極 坐標(biāo)分布模型中的分布特征，來度量這些點(diǎn)與節(jié)拍起點(diǎn)之間的相似性；同時，將點(diǎn)與點(diǎn)的相 似性度量轉(zhuǎn)化為對點(diǎn)所在的波形經(jīng)對數(shù)極坐標(biāo)變換后的相似性匹配程度來加以度量，轉(zhuǎn)換 后的度量對鄰近的波形形態(tài)特征敏感，同時又能捕獲波形的全局輪廓信息。將本發(fā)明方法 應(yīng)用于帶有微處理器等計(jì)算處理單元的識別處理設(shè)備(如具備計(jì)算機(jī)功能的動脈壓分析 儀、動脈壓分析系統(tǒng)等)，結(jié)合對動脈壓信號局部形態(tài)結(jié)構(gòu)和全局輪廓信息進(jìn)行識別，便能 夠準(zhǔn)確的判斷節(jié)拍起點(diǎn)的位置，從而提高對動脈壓信號的逐拍分割準(zhǔn)確度。本發(fā)明的動脈壓信號逐拍分割方法，采用動脈壓檢測儀采集動脈壓信號，將動脈 壓檢測儀采集的動脈壓信號輸入計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)進(jìn)行低通濾波和采樣預(yù)處理，并對動脈 壓信號進(jìn)行逐拍分割，其流程框圖如圖1所示，依次按如下步驟進(jìn)行a)建立對數(shù)極坐標(biāo)分布模型由于多種因素的影響，動脈壓信號中各個節(jié)拍的波形輪廓不可能完全吻合，因此 只能通過比較波形形態(tài)的相似性匹配程度來識別節(jié)拍起點(diǎn)。節(jié)拍起點(diǎn)鄰近的波形形態(tài)與非 節(jié)拍起點(diǎn)鄰近的波形形態(tài)之間差異是非常大的，如果可以建立一種度量關(guān)系，讓度量對鄰 近的波形形態(tài)特征更加敏感，就更容易將節(jié)拍起點(diǎn)與非節(jié)拍起點(diǎn)加以明顯的區(qū)分，達(dá)到識 別目標(biāo)。本發(fā)明通過建立對數(shù)極坐標(biāo)分布模型，將采集的動脈壓信號映射到對數(shù)極坐標(biāo)分布模型中，讓動脈壓信號中的識別點(diǎn)與其所在波形上的其它點(diǎn)的相對位置關(guān)系呈現(xiàn)對數(shù)變 化規(guī)律，通過度量動脈壓信號中的識別點(diǎn)相對于其所在波形的其它點(diǎn)在對數(shù)極坐標(biāo)分布模 型中的分布特征，以其分布特征的對數(shù)變化規(guī)律來體現(xiàn)識別點(diǎn)對其鄰近的波形形態(tài)的敏感 特性，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對動脈壓信號中節(jié)拍起點(diǎn)的匹配識別。對數(shù)極坐標(biāo)分布模型是設(shè)有多個等 間隔的二維分區(qū)的對數(shù)極坐標(biāo)域(ξ，ψ)，在對數(shù)極坐標(biāo)中預(yù)先設(shè)定對數(shù)極徑的取值半徑 I _以及極角的取值范圍^Γ，將對數(shù)極徑的取值半徑ξ _劃分為M個等間隔區(qū)間，將極角 的取值范圍VZt劃分為N個等間隔區(qū)間，則對數(shù)極徑的取值半徑、極角的取值范圍νΓ 以內(nèi)的對數(shù)極坐標(biāo)域劃分為MXN個等間隔的二維區(qū)間，從而構(gòu)成對數(shù)極坐標(biāo)分布模型。對 數(shù)極坐標(biāo)分布模型中二維區(qū)間的劃分，形如表1所示表 1 其中，Vj為對數(shù)極坐標(biāo)分布模型中第j個二維區(qū)間，j e {1，2，...，n}，n = MXN。對數(shù)極坐標(biāo)分布模型中，為了讓動脈壓信號映射后不會發(fā)生點(diǎn)與點(diǎn)的重合現(xiàn)象， 影響識別，極角的取值范圍最好設(shè)定為(-η，；對數(shù)極徑的取值半徑Imax根據(jù)計(jì)算 所需要的識別范圍預(yù)先設(shè)定；M和N則根據(jù)計(jì)算所需要的精度確定，通常M的取值范圍為 4 20，N的取值范圍為8 36。對數(shù)極坐標(biāo)模型能夠與笛卡爾坐標(biāo)系(x，y)相互轉(zhuǎn)換，其 轉(zhuǎn)換關(guān)系如下 其中(P，θ)為笛卡爾坐標(biāo)系(X，y)所對應(yīng)的極坐標(biāo)。b)建立模板信號中節(jié)拍起點(diǎn)的分布特征在不同個體、不同身體狀態(tài)下，所采集到的動脈壓信號的周期、幅值和波形輪廓都 不盡相同，因此在建立模板時應(yīng)當(dāng)充分考慮這些因素。選取多個波形輪廓互不相同的動脈 壓信號作為模板信號，并且其各自的周期、幅度和節(jié)拍起點(diǎn)等參數(shù)均預(yù)先獲取為已知條件， 便于計(jì)算。所選取的多個模板信號，應(yīng)當(dāng)盡可能涵蓋實(shí)踐臨床上常見幾種動脈壓信號的波 形輪廓，其周期在0. 43 1. 5秒之間，以盡可能使得這些模板信號能夠用于識別心率范圍 在40 140次/分鐘的動脈壓信號。 由動脈壓檢測儀采集上述各類動脈壓信號，這些信號是通過A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信 號(A/D轉(zhuǎn)換的采樣頻率為400Hz)，將這些信號輸入計(jì)算機(jī)，進(jìn)行低通濾波和采樣預(yù)處理， 其濾波的截止頻率為20 50Hz，采樣頻率在125 1000Hz之間。從中選取K段信號作為 模板信號，其中第k個模板信號Λ的周期為Tk，ke {1,2,..., K}，波形輪廓如圖3所示，模 板信號Λ的一個節(jié)拍起點(diǎn)為0k。獲取模板信號4中節(jié)拍起點(diǎn)Ok的分布特征Dk的方法如下在計(jì)算節(jié)拍起點(diǎn)Ok的分布特征過程中，由于模板信號劣為準(zhǔn)周期信號，因此從提 高魯棒性的角度考慮，不需要取模板信號Λ上的所有采樣點(diǎn)作為計(jì)算對象，只需要提取節(jié) 拍起點(diǎn)Ok前一周期和后一周期內(nèi)的采樣點(diǎn)作為該節(jié)拍起點(diǎn)的分布特征點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算。為了度 量和計(jì)算節(jié)拍起點(diǎn)Ok與其分布特征點(diǎn)的相對位置關(guān)系，將這些分布特征點(diǎn)投射到以節(jié)拍起 點(diǎn)Ok為原點(diǎn)的笛卡爾坐標(biāo)系中，建立各分布特征點(diǎn)與該節(jié)拍起點(diǎn)的笛卡爾相對坐標(biāo)，以笛 卡爾相對坐標(biāo)度量各分布特征點(diǎn)與節(jié)拍起點(diǎn)Ok的差向量。差向量的大小僅與節(jié)拍起點(diǎn)Ok 和其分布特征點(diǎn)之間的的相對位置關(guān)系有關(guān)，而與節(jié)拍起點(diǎn)Ok前一周期和后一周期信號波 形的基線無關(guān)，因此以點(diǎn)與點(diǎn)之間的差向量作為基礎(chǔ)特征，使得基礎(chǔ)特征具有平移和旋轉(zhuǎn) 不變性，該特性能夠克服動脈壓信號的基線漂移的影響。然后，再根據(jù)笛卡爾相對坐標(biāo)將其 映射到對數(shù)極坐標(biāo)分布模型中，得到分布特征點(diǎn)的對數(shù)極坐標(biāo)；這些分布特征點(diǎn)在對數(shù)極 坐標(biāo)分布模型中的對數(shù)極坐標(biāo)直接的反映了其與節(jié)拍起點(diǎn)Ok之間的位置關(guān)系，并且分布呈 對數(shù)規(guī)律變化，通過度量節(jié)拍起點(diǎn)Ok的分布特征點(diǎn)的分布特征，這種度量對節(jié)拍起點(diǎn)Ok鄰 近的波形形態(tài)特征敏感，同時又能捕獲波形的全局輪廓信息。例如，模板信號Λ上的采樣點(diǎn) a，其作為節(jié)拍起點(diǎn)Ok的分布特征點(diǎn)，在以節(jié)拍起點(diǎn)Ok為原點(diǎn)的笛卡爾坐標(biāo)系中的笛卡爾相 對坐標(biāo)為(xa，ya)，相應(yīng)的極坐標(biāo)為(P a，θ a)，如圖4所示；映射到對數(shù)極坐標(biāo)分布模型之 后，得到分布特征點(diǎn)a的對數(shù)極坐標(biāo)(ξ a，，如圖5所示，(ξ a, Wj與(xa，ya)滿足對數(shù) 極坐標(biāo)模型與笛卡爾坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系，從圖5中能夠看到分布特征點(diǎn)a分布在對數(shù)極坐 標(biāo)分布模型的一個二維區(qū)間中。為了便于后續(xù)的計(jì)算，可根據(jù)分布特征點(diǎn)所在的二維區(qū)間， 對分布特征點(diǎn)的對數(shù)極坐標(biāo)進(jìn)行歸一化處理。通過該方法，即可獲得節(jié)拍起點(diǎn)Ok的各個分布特征點(diǎn)在對數(shù)極坐標(biāo)分布模型中的 分布圖，再通過其各自的對數(shù)極坐標(biāo)確定其所在的二維區(qū)間，從而計(jì)算獲知節(jié)拍起點(diǎn)Ok的 分布特征點(diǎn)在對數(shù)極坐標(biāo)模型各二維分區(qū)中的分布數(shù)量，以此作為節(jié)拍起點(diǎn)Ok的分布特征 Dko節(jié)拍起點(diǎn)Ok的分布特征為一個分布集合Dk = {dka, dk,2，... , dk,j，... , dk,J，其元素dk, j的分布形如表2所示；表 2
其中，為模板信號劣中節(jié)拍起點(diǎn)Ok在對數(shù)極坐標(biāo)分布模型第j個二維分區(qū)Vj的 分布值，代表節(jié)拍起點(diǎn)Ok的分布特征點(diǎn)中有dkd個分布特征點(diǎn)落在二維分區(qū)\中，j e {1， 2，· · ·，η}，η = ΜΧΝ。通過該步驟所得到的各個模板信號的節(jié)拍起點(diǎn)分布特征，將之儲存在計(jì)算機(jī)或動 脈壓分析設(shè)備的存儲設(shè)備中，作為識別待測動脈壓信號中節(jié)拍起點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)模板。至此，測試 準(zhǔn)備工作已完成，接下來即可進(jìn)行待測動脈壓信號的測試步驟。c)計(jì)算待測動脈壓信號的近似周期由動脈壓檢測儀采集動脈壓信號，這些信號是采樣頻率為400Hz的數(shù)字信號，將 這些信號輸入計(jì)算機(jī)，進(jìn)行低通濾波和采樣預(yù)處理，其濾波截止頻率和采樣頻率均與模板 信號相同，由此得到待測動脈壓信號。獲取待測動脈壓信號的近似周期，是進(jìn)行后續(xù)測試的一個重要步驟。一方面，可以 用近似周期劃分識別點(diǎn)的分布特征點(diǎn)選取范圍，以提高計(jì)算過程的魯棒性能；另一方面，還 可以此近似周期作為節(jié)拍起點(diǎn)所在范圍的判斷基準(zhǔn)。待測動脈壓信號的近似周期，可采用 本領(lǐng)域常用的自相關(guān)分析計(jì)算得到，對待測動脈壓信號進(jìn)行自相關(guān)分析，計(jì)算其自相關(guān)系 數(shù)中每相鄰兩個局部最小值之間的時間間隔，取所述時間間隔的平均值作為待測動脈壓信 號的近似周期。對于待測動脈壓信號S，其信號值為時間的函數(shù)S(t)，則待測動脈壓信號S 的自相關(guān)系數(shù)Rs(T)為 實(shí)際計(jì)算時，只需選取一段時長的待測動脈壓信號S (所選時長至少應(yīng)大于一個 周期長度)，計(jì)算其Rs(T)取最大值時所對應(yīng)的m個τ值，記為Tple {l，2，...，m}，則 待測動脈壓信號^的近似周期.為 d)待測動脈壓信號的節(jié)拍起點(diǎn)應(yīng)該是一個局部最小值點(diǎn)，若僅以待測動脈壓信號 中的各個局部最小值點(diǎn)作為識別點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算，可以避免對信號中大量的明顯非節(jié)拍起點(diǎn)進(jìn) 行識別，大大簡化了檢測過程中的數(shù)據(jù)計(jì)算量，能夠進(jìn)一步提高識別的魯棒性。因此，在進(jìn) 行識別之前，先通過本領(lǐng)域常用一些方法提取待測動脈壓信號中的局部最小值點(diǎn)。例如，可以計(jì)算各相鄰采樣點(diǎn)之間的幅值差，若某一采樣點(diǎn)與其前、后相鄰采樣點(diǎn)之間的幅值差均 不大于零，則判定該采樣點(diǎn)為局部最小值點(diǎn)。也可利用求導(dǎo)法，對待測動脈壓信號進(jìn)行求導(dǎo) 運(yùn)算，取得待測動脈壓信號上導(dǎo)數(shù)為“0”的極值點(diǎn)，再進(jìn)一步判斷這些極值點(diǎn)是極大值點(diǎn)還 是極小值點(diǎn)，其中的極小值點(diǎn)即為動脈壓信號的局部最小值點(diǎn)。e)獲取待測動脈壓信號中各個局部最小值點(diǎn)的分布特征得到待測動脈壓信號的近似周期和局部最小值點(diǎn)后，即可計(jì)算待測動脈壓信號中 各個局部最小值點(diǎn)的分布特征。例如，待測動脈壓信號左近似周期為巧，通過計(jì)算得到待測動脈壓信號及中的I個局 部最小值點(diǎn)，其中第i個局部最小值點(diǎn)為Si，i G {1,2,... ,1}；獲取待測動脈壓信號_§中局 部最小值點(diǎn)的分布特征Di的方法如下提取待測動脈壓信號中局部最小值點(diǎn)Si前一近 似周期和后一近似周期中的采樣點(diǎn)作為局部最小值點(diǎn)的分布特征點(diǎn)，并投射到以局部最 小值點(diǎn)為原點(diǎn)的笛卡爾坐標(biāo)系中，建立局部最小值點(diǎn)^各分布特征點(diǎn)與局部最小值點(diǎn)Si 的笛卡爾相對坐標(biāo)，再根據(jù)笛卡爾相對坐標(biāo)將其映射到對數(shù)極坐標(biāo)分布模型中，得到分布 特征點(diǎn)的對數(shù)極坐標(biāo)，這些分布特征點(diǎn)在對數(shù)極坐標(biāo)分布模型中的對數(shù)極坐標(biāo)直接的反映 了其與局部最小值點(diǎn)間的位置關(guān)系；計(jì)算獲取局部最小值點(diǎn)Si的分布特征點(diǎn)在對數(shù)極 坐標(biāo)模型各二維分區(qū)中的分布數(shù)量，以此作為局部最小值點(diǎn)的分布特征D”該步驟的具 體計(jì)算過程與步驟b)中計(jì)算節(jié)拍起點(diǎn)為0k的分布特征Dk的具體計(jì)算步驟相似，計(jì)算所得 的局部最小值點(diǎn)Si的分布特征一個分布集合Di = pdu，...，<」，...，屯,J，其元素屯 j為待測動脈壓信號左中局部最小值點(diǎn)在對數(shù)極坐標(biāo)分布模型第j個二維分區(qū)\的分布 值，代表局部最小值點(diǎn)的分布特征點(diǎn)中有dy個分布特征點(diǎn)落在二維分區(qū)\中，j G {1， 2， ，n}，n = MXN。通過該步驟得到待測動脈壓信號中各局部最小值點(diǎn)的分布特征，作為識別待測動 脈壓信號中節(jié)拍起點(diǎn)的識別特征。f)計(jì)算待測動脈壓信號中各個局部最小值點(diǎn)的相異度在待測動脈壓信號的每一個周期中，只有一個局部最小值點(diǎn)是真正的節(jié)拍起點(diǎn)， 該局部最小值點(diǎn)的分布特征應(yīng)該與模板信號中節(jié)拍起點(diǎn)的分布特征非常相似。所以，在此 引入“相異度”這一概念，通過計(jì)算局部最小值點(diǎn)的相異度，來描述局部最小值點(diǎn)與模板信 號中節(jié)拍起點(diǎn)的相似性匹配程度；局部最小值點(diǎn)的相異度越小，則表示該局部最小值點(diǎn)與 模板信號中節(jié)拍起點(diǎn)的相似性匹配程度越高，該局部最小值點(diǎn)就越有可能是待測動脈壓信 號的實(shí)際節(jié)拍起點(diǎn)。為了能夠度量待測動脈壓信號中各個局部最小值點(diǎn)的相異度，本發(fā)明 利用步驟b)獲取的各個模板信號中節(jié)拍起點(diǎn)的分布特征，分別對待測動脈壓信號中各局 部最小值點(diǎn)的分布特征進(jìn)行x2統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)，得到各個局部最小值點(diǎn)的相異度。例如，待測動脈壓信號力中的局部最小值點(diǎn)Si，i e {1，2，. . .，1}，其分布特征為Di， Di的元素屯j為局部最小值點(diǎn)Si在對數(shù)極坐標(biāo)分布模型第j個二維分區(qū)\的分布值；模 板信號式，k G {1,2,..., K}，其節(jié)拍起點(diǎn)0k的分布特征為Dk，Dk的元素dk,」為模板信號劣 中節(jié)拍起點(diǎn)0k在對數(shù)極坐標(biāo)分布模型第j個二維分區(qū)Vj的分布值；其中，j e {1，2，...， n}，n為對數(shù)極坐標(biāo)分布模型中二維分區(qū)的個數(shù)，且n = MXN。利用模板信號j中節(jié)拍起點(diǎn) 0k的分布特征為Dk，對待測動脈壓信號左中局部最小值點(diǎn)Si的分布特征Di進(jìn)行x2統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)，得到局部最小值點(diǎn)81相對于模板信號劣中節(jié)拍起點(diǎn)0k的統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)值xYDpDk) ； x2統(tǒng) 計(jì)檢驗(yàn)的計(jì)算公式為 由此，利用步驟b)獲取的K個模板信號中節(jié)拍起點(diǎn)的分布特征，對待測動脈壓信 號<§中局部最小值點(diǎn)的分布特征Di進(jìn)行x 2統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)，即可得到局部最小值點(diǎn)Si相對 于各個模板信號中節(jié)拍起點(diǎn)的統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)值？①』、x2(Di，D2)、……、x2(Di，DK)。將 乂2 ”。》、x2(Di，D2)、……、x2(Di，DK)中的最小值作為局部最小值點(diǎn)Si的相異度C”通過該步驟逐一對待測動脈壓信號中各個局部最小值點(diǎn)進(jìn)行X2統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)，得到 各個局部最小值點(diǎn)的相異度。g)判定節(jié)拍起點(diǎn)待測動脈壓信號每一節(jié)拍中，除實(shí)際節(jié)拍起點(diǎn)以外的局部最小值點(diǎn)均為干擾點(diǎn)， 應(yīng)當(dāng)在識別過程中加以排除。干擾點(diǎn)是由于動脈壓信號受到多方面因素的影響而產(chǎn)生的， 從識別角度來講可將這些干擾點(diǎn)分為兩類。第一類干擾點(diǎn)，是節(jié)拍起點(diǎn)附近的一些局部最 小值點(diǎn)，這類干擾點(diǎn)的分布特征與模板的相異度往往比節(jié)拍起點(diǎn)要大；第二類干擾點(diǎn)，是由 于咳嗽、噴嚏等動作導(dǎo)致動脈壓信號劇烈抖動，這種抖動的持續(xù)時間相對較長，并且振幅較 大，形成一段干擾波，干擾波中的局部最小值點(diǎn)作為第二類干擾點(diǎn)。為了將節(jié)拍起點(diǎn)與這兩 類干擾點(diǎn)區(qū)分開，需要預(yù)先設(shè)定一個閾值Q。具體處理方式是，將待測動脈壓信號每一節(jié)拍中相異度最小的局部最小值點(diǎn)作為 待定點(diǎn)，在后面加以進(jìn)一步識別和判定，而除待定點(diǎn)以外的局部最小值點(diǎn)即被視為第一類 干擾點(diǎn)加以排除；每確定一個待定點(diǎn)則將其相異度與預(yù)先設(shè)定的閾值Q進(jìn)行比較，把相異 度大于閾值Q的待定點(diǎn)判定為第二類干擾點(diǎn)加以排除，相異度小于閾值Q的待定點(diǎn)即判定 為待測動脈壓信號中的節(jié)拍起點(diǎn)。但在確定節(jié)拍起點(diǎn)之前，待測動脈壓信號的節(jié)拍時長無 法準(zhǔn)確的判定，因此需要一個判定時長，該判定時長中既能確定至少包含一個節(jié)拍起點(diǎn)，又 不會超過2個節(jié)拍時長，以盡可能保證判定的準(zhǔn)確性?？紤]到步驟c)中計(jì)算所得的近似周 期與實(shí)際節(jié)拍時長之間的誤差，取0倍近似周期作為判定時長來進(jìn)行判定，0的取值范圍 為1.2 1.8，以確保0倍近似周期的信號中一定至少包含了一個節(jié)拍起點(diǎn)，并且不會超 過2個信號節(jié)拍的時長。因此采用0倍近似周期作為計(jì)算基準(zhǔn)，判定節(jié)拍起點(diǎn)的具體步驟 為計(jì)算待測動脈壓信號起始0倍近似周期內(nèi)相異度最小的局部最小值點(diǎn)作為第一個待 定點(diǎn)；然后，以前一待定點(diǎn)為起始點(diǎn)，計(jì)算其后0倍近似周期內(nèi)相異度最小的局部最小值 點(diǎn)作為又一個待定點(diǎn)；由此遞推確定待測動脈壓信號中的所有待定點(diǎn)，每確定一個待定點(diǎn) 則將其相異度與預(yù)先設(shè)定的閾值Q進(jìn)行比較，相異度小于閾值Q的待定點(diǎn)即判定為待測動 脈壓信號中的節(jié)拍起點(diǎn)。0的最優(yōu)取值為1.5。例如，計(jì)算某0倍近似周期內(nèi)相異度最小的局部最小值點(diǎn)，確定待定點(diǎn)為Si，其相 異度為Ci ；將Ci與預(yù)先設(shè)定的閾值Q進(jìn)行比較，若Ci》c0,則判定待定點(diǎn)Si為第二類干擾 點(diǎn)；若C, < Q，則判定待定點(diǎn)Si為節(jié)拍起點(diǎn)。然后再以待定點(diǎn)Si為起始點(diǎn)，計(jì)算待定點(diǎn)Si 之后0倍近似周期內(nèi)相異度最小的局部最小值點(diǎn)，作為下一個待定點(diǎn)進(jìn)行判定。通過該步驟逐一對待測動脈壓信號中各個局部最小值點(diǎn)進(jìn)行判定，排除其中屬于第一類和第二類干 擾點(diǎn)的局部最小值點(diǎn)，判定待測動脈壓信號中的節(jié)拍起點(diǎn)。該步驟中，閾值Q的取值是排除第二類干擾點(diǎn)的決定值，若閾值Q取值過大，則會 造成第二類干擾點(diǎn)的漏檢；若閾值Q取值過小，則可能將實(shí)際為節(jié)拍起點(diǎn)的局部最小值點(diǎn) 一并排除，導(dǎo)致逐拍分割混亂。通常，作為待測動脈壓信號的實(shí)際節(jié)拍起點(diǎn)，其相異度不會 大于0. 1 ；但作為第二類干擾點(diǎn)，其相異度小于0.4的情況下，后續(xù)計(jì)算心率、收縮壓以及舒 張壓的誤差在臨床上還是可以被接受的。因此，閾值Q的取值范圍取0. 1 0. 4為宜。h)最后，以待測動脈壓信號中的節(jié)拍起點(diǎn)為分割點(diǎn)，由計(jì)算機(jī)對待測動脈壓信號 進(jìn)行逐拍分割，然后將分割后的待測動脈壓信號進(jìn)行顯示或儲存處理，以便觀察和進(jìn)行后 續(xù)處理。下面通過實(shí)施例進(jìn)一步說明本采用發(fā)明方法實(shí)現(xiàn)動脈壓信號逐拍分割的具體過程。實(shí)施例本實(shí)施例中，由動脈壓檢測儀(VP-2000，科林公司，日本)采集動脈壓信號，這些 信號是采樣頻率為400Hz的數(shù)字信號，將這些信號輸入計(jì)算機(jī)，進(jìn)行低通濾波和采樣預(yù)處 理，其濾波器采用二階Butterworth低通濾波器，截止頻率為25Hz，采樣頻率為125Hz，將得 到的信號作為待測信號。其中一待測動脈壓信號或，其波形輪廓如圖8所示；利用本發(fā)明方 法，對待測動脈壓信號&進(jìn)行逐拍分割。在計(jì)算機(jī)中具體按如下步驟進(jìn)行首先，建立對數(shù)極坐標(biāo)分布模型，如圖6所示，對數(shù)極徑的取值半徑I _預(yù)先設(shè)定 為6，M取6，即每“1”對數(shù)極徑劃分一個等間隔區(qū)間；極角的取值范圍設(shè)定為，n]，
N取8，即每“ j ”極角劃分一個等間隔區(qū)間；則將對數(shù)極徑的取值半徑為6、極角的取值范圍
為(-JI，JI]以內(nèi)的對數(shù)極坐標(biāo)域(^，￥)劃分為48個等間隔的二維區(qū)間，如表3所述表3 然后，由動脈壓檢測儀采集多個周期不同、分別代表臨床上常見波形輪廓的已 知動脈壓信號(周期和幅度等參數(shù)均已知)，這些信號是采樣頻率為400Hz的數(shù)字信號， 將這些信號及其相應(yīng)參數(shù)輸入計(jì)算機(jī)，進(jìn)行低通濾波和采樣預(yù)處理，其濾波器采用二階 Butterworth低通濾波器，截止頻率為25Hz，采樣頻率為125Hz，從得到的信號中選取20個 作為模板信號，通過臨床專家手工標(biāo)記節(jié)拍起點(diǎn)。分別將各模板信號中節(jié)拍起點(diǎn)前后各一周期內(nèi)的采樣點(diǎn)映射到對數(shù)極坐標(biāo)分布模型中，獲取各模板信號中節(jié)拍起點(diǎn)的分布特征。 其中第6個模板信號^6的樣波形圖如圖3所示，將模板信號Λ中節(jié)拍起點(diǎn)前后各一周期內(nèi) 的采樣點(diǎn)按照步驟b)所述方法映射到對數(shù)極坐標(biāo)分布模型中，為便于后續(xù)計(jì)算，再進(jìn)一步 對映射到對數(shù)極坐標(biāo)分布模型中采樣點(diǎn)進(jìn)行歸一化處理，使它們分別落于各自所屬二維區(qū) 間的邊緣上，由此得到模板信號Λ中節(jié)拍起點(diǎn)的對數(shù)極坐標(biāo)分布模型圖如圖？所示。準(zhǔn)備工作完成后，通過分析待測動脈壓信號&的自相關(guān)系數(shù)，按照步驟C)所述方 法計(jì)算得到待測動脈壓信號的近似周期G。按照步驟d)所述方法計(jì)算得到待測動脈壓信 號禹中的局部最小值點(diǎn)，但由于動脈壓信號茂起始第一個近似周期和最后一個近似周期中 的波形輪廓不完整，其中的局部最小值點(diǎn)無法利用本發(fā)明方法進(jìn)行測試，因此將這兩個周 期中的局部最小值點(diǎn)舍去，得到能夠作為識別對象的36個局部最小值點(diǎn)，分別為Sl、s2,
S3、......、S36°為簡要說明待測動脈壓信號&中節(jié)拍起點(diǎn)的判定過程，在此以待測動脈壓信號戈 前3個近似周期的判定過程為例進(jìn)行說明。待測動脈壓信號戈前3個近似周期所對應(yīng)的采 樣波形圖放大顯示，如圖9所示，其中除不能識別的第1近似周期中的局部最小值點(diǎn)以外，其它6個局部最小值點(diǎn)分別為Sl、s2, s3、s4, S5和s6。分別將局部最小值點(diǎn)Sl、s2, s3、s4, S5 和S6前后各一近似周期內(nèi)的采樣點(diǎn)按照步驟e)所述方法映射到對數(shù)極坐標(biāo)分布模型中， 并經(jīng)過歸一化處理，得到Sl、s2, s3、S4, S5和S6的對數(shù)極坐標(biāo)分布模型圖；其中Sl、S2, S3和 S4的對數(shù)極坐標(biāo)分布模型圖分別如圖10、圖11、圖12和圖13所示。由對數(shù)極坐標(biāo)分布模 型圖計(jì)算獲取待測動脈壓信號或中局部最小值點(diǎn)Sl、S2、S3、S4、S5和S6的分布特征并利用各 個模板信號中節(jié)拍起點(diǎn)的分布特征，分別對Sl、S2, S3, S4, S5和S6的分布特征進(jìn)行X 2統(tǒng)計(jì) 檢驗(yàn)；通過計(jì)算，S1, S2, s3、S4, S5和S6均相對于模板信號劣的統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)值最小，即Sl、s2, s3、 84、85和S6的相異度分別為C1 = X^D1, D6) = 0. 71 ； C2 = χ 2 (D2, D6) = 0. 06 ；C3 = X 2 (D3, D6) = 0. 02 ； C4 = χ 2 (D4, D6) = 0. 73 ；C5 = X2 (D5, D6) = 0. 12 ；和 C6 = χ 2 (D6, D6) = 0. 03。然后，計(jì)算待測動脈壓信號$起始1. 5倍近似周期內(nèi)相異度最小的局部最小值點(diǎn)。 由于待測動脈壓信號戈起始1. 5倍近似周期內(nèi)的有效局部最小值點(diǎn)只有S1,因此將S1作為 第一待定點(diǎn)，將其相異度與預(yù)先設(shè)定的閾值Ctl進(jìn)行比較，C0取值為0. 2 ；但由于C1 = 0. 71 > Ctl，從而局部最小值點(diǎn)S1被視為第二類干擾點(diǎn)加以排除。接下來，以局部最小值點(diǎn)S1為 起始點(diǎn)，比較S1之后1. 5倍近似周期內(nèi)的局部最小值點(diǎn)s2、s3和S4的相異度，有C4 > C2 > C3,因此局部最小值點(diǎn)S2和S4被視為第一類干擾點(diǎn)加以排除，將S3作為又一個待定點(diǎn)，與 閾值Ctl進(jìn)行比較，得C3 = 0. 02 < C0,即判定局部最小值點(diǎn)S3為待測動脈壓信號禹的一個節(jié) 拍起點(diǎn)。接著以局部最小值點(diǎn)S3為起始點(diǎn)，計(jì)算其后1. 5倍近似周期內(nèi)相異度最小的局部 最小值點(diǎn)作為又一個待定點(diǎn)，進(jìn)一步判定其是否為節(jié)拍起點(diǎn)……由此遞推確定待測動脈壓 信號戈中的所有節(jié)拍起點(diǎn)。通過上述計(jì)算，確定待測動脈壓信號茂中局部最小值點(diǎn)Sl、s2、s3 和S4中，S3為實(shí)際的節(jié)拍起點(diǎn)；直觀來說，將圖10、圖11、圖12和圖13分別與圖7進(jìn)行對 照，能夠看到，圖12中所示的局部最小值點(diǎn)S3的對數(shù)極坐標(biāo)分布模型圖與圖7中所示的模板信號Λ中節(jié)拍起點(diǎn)的對數(shù)極坐標(biāo)分布模型圖非常相似，即S3應(yīng)當(dāng)被視為待測動脈壓信號 戈中的一個節(jié)拍起點(diǎn)。按照上述的方法，計(jì)算待測動脈壓信號衣中作為識別對象的各個局部最小值點(diǎn)的 相異度，其相應(yīng)的相異度分布圖如圖14所示；最后對各個局部最小值點(diǎn)的相異度進(jìn)行判 定，排除其中的干擾點(diǎn)，確定待測動脈壓信號茂中的12個節(jié)拍起點(diǎn)，分別為S3、S6、S9、S12、S15、 s19、s22, s24, s27, s30> S33和s36。以上述確定的節(jié)拍起點(diǎn)為分割點(diǎn)，對待測動脈壓信號戈進(jìn)行 逐拍分割，如圖15所示。
為了評估本發(fā)明方法的檢測性能，我們構(gòu)建了一個數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫中待測動脈壓 信號的節(jié)拍起點(diǎn)數(shù)量為77190個，這些待測動脈壓信號的節(jié)拍起點(diǎn)已經(jīng)過臨床專家手工 標(biāo)記。利用本發(fā)明方法對待測數(shù)據(jù)庫中待測動脈壓信號進(jìn)行節(jié)拍起點(diǎn)識別，然后將檢測結(jié) 果與專家標(biāo)記的節(jié)拍起點(diǎn)進(jìn)行比較，進(jìn)而評估本發(fā)明的檢測性能。我們將手工標(biāo)記的節(jié) 拍起點(diǎn)前后8ms設(shè)為容錯區(qū)間，即由本發(fā)明檢測的起拍點(diǎn)與專家手工標(biāo)記的起拍點(diǎn)誤差 不大于8ms時認(rèn)為該檢測是正確的。本發(fā)明方法對此77190個節(jié)拍起點(diǎn)的識別精確度為 97. 68 %，特異度為95. 46 %，滿足臨床識別的要求。本發(fā)明方法能夠很好對臨床上應(yīng)用的有 創(chuàng)方法和無創(chuàng)方法檢測到的動脈壓信號進(jìn)行逐拍分割，有效提高動脈壓檢測設(shè)備對心率、 收縮壓以及舒張壓的檢測精度。本發(fā)明方法不僅僅把動脈壓信號中的幅值、局部最小值點(diǎn)等局部信息作為參考因 素，更結(jié)合了動脈壓信號的波形輪廓進(jìn)行綜合分析，以點(diǎn)與點(diǎn)之間的差向量作為基礎(chǔ)特征， 該基礎(chǔ)特征具有平移和旋轉(zhuǎn)不變性，能夠克服動脈壓信號的基線漂移的影響；對差向量進(jìn) 行對數(shù)極坐標(biāo)轉(zhuǎn)換并加以分區(qū)來度量波形的相似性，這種度量對識別點(diǎn)鄰近的波形形態(tài)特 征敏感，又能捕獲波形的全局輪廓信息，同時對波形抖動和變形具有魯棒性，進(jìn)而準(zhǔn)確的實(shí) 現(xiàn)了對動脈壓信號節(jié)拍起點(diǎn)的識別。最后說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較 佳實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明的技 術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本 發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
一種動脈壓信號逐拍分割方法，其特征在于，將動脈壓檢測儀采集的動脈壓信號輸入計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)進(jìn)行低通濾波和采樣預(yù)處理，并對動脈壓信號進(jìn)行逐拍分割，依次包括如下步驟a)建立對數(shù)極坐標(biāo)分布模型在對數(shù)極坐標(biāo)中，預(yù)先設(shè)定對數(shù)極徑的取值半徑ξmax以及極角的取值范圍Δψ，將對數(shù)極徑的取值半徑ξmax劃分為M個等間隔區(qū)間，將極角的取值范圍Δψ劃分為N個等間隔區(qū)間，則對數(shù)極徑的取值半徑ξmax、極角的取值范圍Δψ以內(nèi)的對數(shù)極坐標(biāo)域劃分為M×N個等間隔的二維區(qū)間，構(gòu)成對數(shù)極坐標(biāo)分布模型；b)選取多個波形輪廓互不相同并且周期、幅度和節(jié)拍起點(diǎn)均已知的動脈壓信號分別作為模板信號，分別將各模板信號中節(jié)拍起點(diǎn)前后各一周期內(nèi)的采樣點(diǎn)映射到對數(shù)極坐標(biāo)分布模型中，獲取各模板信號中節(jié)拍起點(diǎn)的分布特征；c)對待測動脈壓信號進(jìn)行自相關(guān)分析，計(jì)算其自相關(guān)系數(shù)中每相鄰兩個局部最小值之間的時間間隔，取所述時間間隔的平均值作為待測動脈壓信號的近似周期；d)提取待測動脈壓信號中的局部最小值點(diǎn)；e)分別將待測動脈壓信號中各局部最小值點(diǎn)前后各一近似周期內(nèi)的采樣點(diǎn)映射到對數(shù)極坐標(biāo)分布模型中，獲取待測動脈壓信號中各個局部最小值點(diǎn)的分布特征；f)利用步驟b)獲取的各個模板信號中節(jié)拍起點(diǎn)的分布特征，分別對待測動脈壓信號中各局部最小值點(diǎn)的分布特征進(jìn)行χ2統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)，得到待測動脈壓信號中各個局部最小值點(diǎn)的相異度；所述χ2統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)的計(jì)算公式為 <mrow><msup> <mi>χ</mi> <mn>2</mn></msup><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>D</mi><mi>i</mi> </msub> <mo>,</mo> <msub><mi>D</mi><mi>k</mi> </msub> <mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mfrac> <mn>1</mn> <mn>2</mn></mfrac><munderover> <mi>Σ</mi> <mrow><mi>j</mi><mo>=</mo><mn>1</mn> </mrow> <mi>n</mi></munderover><mi>f</mi><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>d</mi><mi>j</mi> </msub> <mo>)</mo></mrow><mo>,</mo> </mrow>且其中，χ2(Di，Dk)為待測動脈壓信號中第i個局部最小值點(diǎn)相對于第k個模板信號中節(jié)拍起點(diǎn)的檢驗(yàn)值；di，j為待測動脈壓信號中第i個局部最小值點(diǎn)在對數(shù)極坐標(biāo)分布模型第j個二維分區(qū)的分布值，dk，j為第k個模板信號中節(jié)拍起點(diǎn)在對數(shù)極坐標(biāo)分布模型第j個二維分區(qū)的分布值；n為對數(shù)極坐標(biāo)分布模型中二維分區(qū)的個數(shù)，且n＝M×N；g)計(jì)算待測動脈壓信號起始β倍近似周期內(nèi)相異度最小的局部最小值點(diǎn)作為第一個待定點(diǎn)；然后，以前一待定點(diǎn)為起始點(diǎn)，計(jì)算其后β倍近似周期內(nèi)相異度最小的局部最小值點(diǎn)作為又一個待定點(diǎn)；由此遞推確定待測動脈壓信號中的所有待定點(diǎn)，每確定一個待定點(diǎn)則將其相異度與預(yù)先設(shè)定的閾值C0進(jìn)行比較，相異度小于閾值C0的待定點(diǎn)即判定為待測動脈壓信號中的節(jié)拍起點(diǎn)；其中，β的取值范圍為1.2～1.8，所述閾值C0的取值范圍為0.1～0.4；h)對待測動脈壓信號進(jìn)行逐拍分割，存儲并顯示待測動脈壓信號逐拍分割結(jié)果。FSA00000117228100012.tif
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動脈壓信號逐拍分割方法，其特征在于步驟b)中所述“分 別將各模板信號中節(jié)拍起點(diǎn)前后各一周期內(nèi)的采樣點(diǎn)映射到對數(shù)極坐標(biāo)分布模型中，獲取 各模板信號中節(jié)拍起點(diǎn)的分布特征”，具體包括bl)提取任一模板信號中節(jié)拍起點(diǎn)前一周期和后一周期內(nèi)的采樣點(diǎn)作為該節(jié)拍起點(diǎn)的 分布特征點(diǎn)，并建立其與該節(jié)拍起點(diǎn)的笛卡爾相對坐標(biāo)；b2)根據(jù)步驟bl)所得的笛卡爾相對坐標(biāo)，將所述節(jié)拍起點(diǎn)的分布特征點(diǎn)從笛卡爾坐 標(biāo)系映射到對數(shù)極坐標(biāo)分布模型中，得到該節(jié)拍起點(diǎn)的分布特征點(diǎn)的對數(shù)極坐標(biāo)；b3)根據(jù)步驟b2)所得的對數(shù)極坐標(biāo)，計(jì)算所述節(jié)拍起點(diǎn)的分布特征點(diǎn)在對數(shù)極坐標(biāo) 模型各二維分區(qū)中的分布數(shù)量，作為該節(jié)拍起點(diǎn)的分布特征；b4)重復(fù)步驟bl) b3)，獲取各模板信號中節(jié)拍起點(diǎn)的分布特征。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動脈壓信號逐拍分割方法，其特征在于所述步驟e)具體包括el)提取待測動脈壓信號中任一局部最小值點(diǎn)前一近似周期和后一近似周期中的采樣 點(diǎn)作為該局部最小值點(diǎn)的分布特征點(diǎn)，并建立其與該局部最小值點(diǎn)的笛卡爾相對坐標(biāo)；e2)根據(jù)步驟el)所得的笛卡爾相對坐標(biāo)，將所述局部最小值點(diǎn)的分布特征點(diǎn)從笛卡 爾坐標(biāo)系映射到對數(shù)極坐標(biāo)分布模型中，得到該局部最小值點(diǎn)的分布特征點(diǎn)的對數(shù)極坐 標(biāo)；e3)根據(jù)步驟e2)所得的對數(shù)極坐標(biāo)，計(jì)算所述局部最小值點(diǎn)的分布特征點(diǎn)在對數(shù)極 坐標(biāo)模型各二維分區(qū)中的分布數(shù)量，作為該局部最小值點(diǎn)的分布特征；e4)重復(fù)步驟el) e3)，獲取待測動脈壓信號中各局部最小值點(diǎn)的分布特征。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動脈壓信號逐拍分割方法，其特征在于所述步驟f)具體包括fl)利用步驟b)獲取的各個模板信號中節(jié)拍起點(diǎn)的分布特征，對待測動脈壓信號中任 一局部最小值點(diǎn)的分布特征進(jìn)行x2統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)，得到該局部最小值點(diǎn)相對于各個模板信號 中節(jié)拍起點(diǎn)的統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)值；f2)以步驟fl)所得統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)值中的最小值作為所述局部最小值點(diǎn)的相異度； f3)重復(fù)步驟fl) f2)，得到待測動脈壓信號中各個局部最小值點(diǎn)的相異度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1 4中任一項(xiàng)所述的動脈壓信號逐拍分割方法，其特征在于所述 低通濾波的截止頻率為20 50Hz。
6.根據(jù)權(quán)利要求1 4中任一項(xiàng)所述的動脈壓信號逐拍分割方法，其特征在于所述 采樣的頻率為125 1000Hz。
7.根據(jù)權(quán)利要求1 4中任一項(xiàng)所述的動脈壓信號逐拍分割方法，其特征在于所述 步驟g)中3的取值為1.5。
8.根據(jù)權(quán)利要求1 4中任一項(xiàng)所述的動脈壓信號逐拍分割方法，其特征在于所述 步驟g)中閾值(；的取值為0.2。
全文摘要
本發(fā)明提供一種動脈壓信號逐拍分割方法。該方法利用波形特征提取和模板匹配來識別動脈壓信號的節(jié)拍起點(diǎn)，以點(diǎn)與點(diǎn)之間的差向量作為基礎(chǔ)特征，該基礎(chǔ)特征具有平移和旋轉(zhuǎn)不變性，能夠克服動脈壓信號的基線漂移的影響；同時，對差向量進(jìn)行對數(shù)極坐標(biāo)轉(zhuǎn)換并加以分區(qū)來度量波形的相似性，這種度量對鄰近的波形形態(tài)特征敏感，同時又能捕獲波形的全局輪廓信息并對波形抖動具有魯棒性，這種將點(diǎn)與點(diǎn)的相似度量轉(zhuǎn)化為點(diǎn)所在波形的度量的方法，實(shí)現(xiàn)了對動脈壓信號節(jié)拍起點(diǎn)的準(zhǔn)確識別和檢測。將該方法應(yīng)用于相關(guān)的動脈壓分析設(shè)備中，能夠?qū)崿F(xiàn)對動脈壓信號的準(zhǔn)確逐拍分割，有助于提高動脈壓分析設(shè)備的檢測和分析能力。
文檔編號G06T7/00GK101866423SQ201010170480
公開日2010年10月20日 申請日期2010年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月12日
發(fā)明者彭承琳, 楊力, 趙明璽 申請人:重慶大學(xué)