基于小波變換的脈搏波傳導(dǎo)速度測(cè)量研究

李相君

摘要：脈搏波波速是衡量心血管病變的重要指標(biāo)，對(duì)血壓的測(cè)量以及心血管病的防治有重大意義。本文將利用小波變換法去除脈搏波信號(hào)中的噪聲干擾，小波重構(gòu)后對(duì)脈搏波參考點(diǎn)的選取準(zhǔn)確度大幅提高，提高了測(cè)量精度，并具有較高的穩(wěn)定性和重復(fù)性。

關(guān)鍵詞：脈搏波速；小波去噪；脈搏波傳導(dǎo)時(shí)間

中圖分類號(hào)：TP29 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2017）03-0135-02

Abstract：Pulse wave velocity is an important index to measure cardiovascular disease. It is of great significance to the measurement of blood pressure and the prevention and treatment of cardiovascular disease. In this paper， removing noise from pulse wave signal using wavelet transform method， wavelet reconstruction of pulse wave reference point selection accuracy is greatly improved， to improve the measurement accuracy， and have high stability and repeatability.

Key Words：pulse wave velocity；wavelet denoising；pulse wave time

脈搏波波速是衡量心血管病變的重要指標(biāo)，對(duì)血壓的測(cè)量以及心血管病的監(jiān)測(cè)有重大意義，是臨床疾病診斷與治療效果評(píng)估的重要依據(jù)之一[1]。脈搏信號(hào)十分微弱，測(cè)量過程中易受人體運(yùn)動(dòng)，外界噪聲干擾影響，因此要對(duì)其降噪處理，保證有用信號(hào)的提取。小波變換因其多分辨率和優(yōu)異的去噪性能被廣泛應(yīng)用于信號(hào)去噪處理[2]。本文提出了一種基于小波變換的脈搏波速法無(wú)創(chuàng)多模量血壓模型，應(yīng)用小波變換對(duì)脈搏波信號(hào)進(jìn)行去噪，以獲得特征明顯的脈搏波信號(hào)，從而準(zhǔn)確計(jì)算脈搏波波速[3]。

1 脈搏波導(dǎo)速度的測(cè)量原理

本次研究中，脈搏波傳導(dǎo)速率測(cè)量方案如圖1所示。圖1中L為手臂動(dòng)脈兩測(cè)量點(diǎn)間的動(dòng)脈長(zhǎng)度，TPTT定義為同一脈搏波到達(dá)兩測(cè)量點(diǎn)的時(shí)間間隔，則脈搏波傳導(dǎo)速度。

2 小波變換原理

由于小波分析繼承了Fourier變換的優(yōu)良特性， 并彌補(bǔ)了Fourier分析的許多不足而得到了快速發(fā)展和廣泛的應(yīng)用[4]。小波基的平移、展縮功能，使小波具有靈活可變的時(shí)間-頻率窗，在高頻時(shí)，時(shí)間窗變窄，而在低頻時(shí)，時(shí)間窗變寬，可以聚焦到分析對(duì)象的任意細(xì)節(jié)， 非常適合于分析非平穩(wěn)脈搏信號(hào)。圖2為小波變換原理示意圖。

3 小波實(shí)驗(yàn)

小波去噪的一般步驟為：（1）信號(hào)預(yù)處理；（2）小波分解高頻系數(shù)閾值量化；（3）一維小波重構(gòu)。

對(duì)含噪信號(hào)小波分解前，首先需要選擇一種適合去噪信號(hào)的小波。因?yàn)閷?duì)同一信號(hào)，用不同小波分解重構(gòu)效果不同。對(duì)于連續(xù)性較好的信號(hào)，采用db5 小波去噪較好，且理論上來(lái)說(shuō)，小波尺度函數(shù)與信號(hào)越相近，去噪效果越好。以MATLAB 小波工具箱中脈搏波的信號(hào)為測(cè)試對(duì)象，對(duì)原始信號(hào)進(jìn)行加噪處理，用db5小波對(duì)含噪信號(hào)進(jìn)行去噪處理。對(duì)采樣到的袖帶壓數(shù)據(jù)進(jìn)行db5 小波5層分解，對(duì)高頻系數(shù)采用軟閾值固定去噪，去噪后再進(jìn)行小波重構(gòu)得到去噪后的信號(hào)。其實(shí)驗(yàn)前含噪脈搏波信號(hào)如圖3所示，db5小波分析結(jié)果如圖4所示。

從圖中可以看出，經(jīng)過小波處理后重構(gòu)的脈搏波信號(hào)變得非常的平滑，噪聲基本上被濾除，保證了后期處理對(duì)信號(hào)信噪比的要求。

4 脈搏波波速測(cè)量結(jié)果

在對(duì)脈搏波進(jìn)行小波去噪之后，能夠更準(zhǔn)確地選取脈搏波特征點(diǎn)，大幅提高了脈搏波傳導(dǎo)時(shí)間的提取精度，并計(jì)算出脈搏波波速。對(duì)同1名實(shí)驗(yàn)者，同時(shí)在其左右兩側(cè)手臂測(cè)量9次其脈搏波傳導(dǎo)速度，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

測(cè)量數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性可以通過標(biāo)準(zhǔn)偏差來(lái)衡量。對(duì)九次測(cè)量所得的18組脈搏波速結(jié)果進(jìn)行計(jì)算可知，其標(biāo)準(zhǔn)差為0.0899，表明本方法所測(cè)得的脈搏波傳導(dǎo)時(shí)間具有較高的穩(wěn)定性和重復(fù)性。

參考文獻(xiàn)

[1]顧亞雄，楊濤，包科，等.脈搏波波速法無(wú)創(chuàng)血壓測(cè)量中多模量血壓計(jì)算模型研究[J].中國(guó)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)報(bào)，2016，35（6）：691-698.

[2]張麗瓊，王炳和.基于小波變換的人體脈搏信號(hào)去噪處理[J].陜西師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自科版），2004（S1）：84-86.

[3]王鵬，魏守水，黃青華.基于小波變換的自適應(yīng)濾波器消除脈搏波基線漂移[J].中國(guó)醫(yī)學(xué)物理學(xué)雜志，2004，21（5）：296-299.

[4]包科，顧亞雄，高俊，等.基于脈搏波傳導(dǎo)時(shí)間的連續(xù)血壓測(cè)量系統(tǒng)[J].生物醫(yī)學(xué)工程研究，2016，35（1）：41-45.