基于Matlab的脉搏信号参数提取.pdf

第25卷第1期 2010年2月 山东建筑大学学报Vo1 25 No 1 JOURNAL OF SHANDONG JIANZHU UNIVERSITY Feb 2010 文章编号 1673 7644 2010 01 0051 03 基于Matlab的脉搏信号参数提取 齐淑敏 杜丽 张蔚波 山东建筑大学机电工程学院 山东济南250101 摘要 采用快速傅里叶变化 FFT 将脉搏信号从时域变换到频域 即将一个复杂的 具有明显周期特征的脉搏 波分解成不同频率的谐波 利用Matlab编程 从脉搏波频谱中获取与人体生理病理相应的信息特征 实现了参 数提取的程序化 取代了人工读图的过程 关键词 脉搏信号 频谱分析 特征提取 中图分类号 TH113文献标识码 A Extraction of parameters from pulse signals based on Matlab QI Shu min DU Li ZHANG Wei bo School of Mechanical and Electronic Engineering Shandong Jianzhu U niversity Jinan 25010 1 China Abstract In this paper we transform the pulse signal from waveform to spectrum by Fast Fourier Transformation FFT that is decomposes a complex pulse wave with obvious characteristics of period into a set of harmonic waves with different frequencies Then we can obtain some information characteristics corresponding with human physiology and pathology from the pulse spectrum by means of Matlab So we achieves the aim of extracting parameters programly which will be instead of the process of artificial reading graphics and has important implications in the future pulse research Key words pulse signal spectrum analysis characteristics extraction 0号 言 脉搏波压力及波形特征变化是评价人体心血管 系统生理病理状态的重要依据 IJ 为了研究脉搏 波的波形特征与生理因素的关系 目前国内外许多 研究者大多以临床实测或模型计算脉搏波图 提取 人体生理病理特征 实现脉搏信号分析处理方法 主要有时域分析 频域分析 样本训练与聚类等几类 方法 其中 频域分析法把脉搏波分解成为一系列频 率为基本频率整数倍的简谐振动 构成一个频率谱 用频语与倍频的不同来分析脉象的不同 实现脉象 分类 其优点是特征信息以脉搏波所具有的全部频 收稿日期 2009 10 25 率分量的集合形式表示 因而保留了脉搏波中的全 部信息 从而揭示出许多生理病理信息 2 O所以频 域分析法是目前应用最为广泛的一种分析方法 由 于Matlab所具备的高效的数学计算能力和完善的 功能 句 在本文中 使用Matlab作为数学工具 将采 集到的信号直接进行处理得到脉搏信号参数 实现 了特征参数提取的程序化 1 脉搏信号检测 脉搏信号采集系统由脉搏传感器 动态应变仪 东方所DASP采集系统以及计算机组成 采集对象 作者简介 齐淑敏 1984 女 山东德州 人 在读硕士 主要从事机电系统建模及仿真 动态测试的研究与开发E mail qizi52320 52 山东建筑大学学报2010年 主要为我校大三学生 以及个别教师 测量位置为左 手腕挠动脉处 由采样定理可知 采样频率应大于 被采样信号最高频率的两倍 以免采样后的信号发 生频谱的混叠 4J所以我们将采样频率选为 2048匾 采样长度为1仇 为消除50Hz的工频干扰 我们选取动态应变仪的1kHz档位进行滤波 检测 时 测试室内保持安静 测试人员固定 受测人采用 静坐状态 将于臂平置于台上与心脏平齐 适当调节 压力 待信号平稳后开始采集数据 由于检测是在 同季节 时间 环境下完成的 基本上消除了季节 地理环境 昼夜 情绪等因素的影响 for max 计算辐信以但A 对内的频率 l fi 2 信息特征参数提取 本文选用MATLAB软件作为技术平台 该软件 具有丰富的的函数和工具箱 可处理各种类信号 用 于解决工程实际问题实现方法简单有效 3J 本文 通过编程实现对采集到的脉搏数据信号直接处理 可快速 准确地获得脉搏信号特征点 信号处理程序设计主要包括数据导人 频谱分 析 固有频率 的提取及各谐波由线覆盖面积比Pi 的计算 带宽叫计算等四个功能模块 实现过程如 图1所示 根把f 确定积分区间 儿 b 计算Si t 严的矿 冉二川 find 0 找得幅值区 uJ的频率界值元 n i j 手Qfm川i j 计算带宽W i 图1参数提取实现过程 各模块实现功能如下阶固有频率的第j个区间的带宽叫 缸 i j 1 数据导人 主要实现目标路径下 csv时儿川i j i j 1 2 3 域数据文件名的读取 将多个csv文件中的数据汇 总到一个sheet中 并在sheet中添加信号采集信息 便于了解相关采集参数 2 频谱分析 主要实现采用快速傅里叶变换 FFf 将时域数据进行频谱分析 并绘制全体样本 谱阵 便于快速查看所有样本的频谱由线 3 正的提取及Pi的计算 利用固有频率正对 应幅值Ai的特性 使用Matlab数学工具 提取前四 阶固有频率兀并计算各谐波由线下的覆盖面积比 Pi 4 带宽叫计算 j j 1 2 3 表示幅值区间 3 1 分别对应 Az AZ Ai AJ和 Ai AJ 第 2 3 结果与分析 图2为对采集信号处理后得到的全体样本的谱 阵图 其中人y z轴分别代表人数 频率和幅值 经 分析后我们可以看出 脉搏信号的频谱特征具体体现 在脉搏信号的频谱几乎都分布在o 40Hz以内 40Hz 以上信号的能量分布很少 图3 图4为其中两个样本 的频谱 频谱上1Hz左右出现的第一个谐波谱峰 或 称第一主峰 的频率 反映了心脏源的波动频率 在第 一主峰前大约0 2 0 4Hz范围内有一谱峰 它恰好 反映了受检者的呼吸频率 这说明了人体脉搏同时还 受到周期性呼吸过程的影响和调制 另外 在心脏射 第1期齐淑敏等 基于Matlab的脉搏信号参数提取53 图243人样本脉搏波信号谱阵 O 16Hz 200 150 EI00 1军 50 olY 200 毛150 坦 辜100 人以 4 6 R 10 12 14 16 1 日20 频率1Hz 图3健康青年脉搏波频谱 图4中年慢性病患者脉搏波频谱 血流量的激励下 健康人身体的血液循环系统处于共 振状态 脉搏信号的频谱上均呈现出明显的谐波 如 图3所示 而当人体经络发生堵塞 某个器官发生病 变 血液循环系统的共振状态则不能正常激发出来 如图4所示 固有频率偏移兀并扩10 另外 利用MATLAB对脉搏信号提取特征参数 结果如表1所示 从表中我们可以直观的分析和对 比所采集的每个样本的脉搏波形信号特征点 并且 为特征参数的统计奠定了必要的前提 实现了脉诊 客观化和数字化 表1脉搏信号特征参数表 样本11 Pl wll w12 w13 1 11 UJ12 UJ13 J P2 w21 1 3 O 263127 O 1 O 2 O 375 2 625 O 125277 O 3 2 0 875 0 241738 O 1 O 15 0 225 1 8 O 129397 0 2 3 1 125 O 249837 O 1 O 15 O 225 2 225 O 135035 O 2 4 0 925 0 216763 0 1 0 15 0 225 1 8 0 116319 O 125 5 1 025 0 209616 O 1 O 125 0 2 2 05 O 127943 O 1 4 结论 频谱分析的处理从一定程度上反映了人体生理 病理信息 程序化的特征参数提取减少了人工读图 时带来的误差 节省了数据处理时间 在脉象研究中 有很强的实用性 参考文献 1 J 罗志昌 张松 杨文鸣 脉搏波形特征信息的研究 JJ 北京工 业大学学报 1996 22 1 71 79 2J 余伶俐中医脉诊客观化与数字化研究 JJ 辽宁中医杂志 2006 33 2 129 131 3J 王济 胡晓MATLAB在振动信号处理中的应用 MJ北京 中 国水利水电出版社 知识产权出版社 2006 4J 周祥才 杨铮 基于MATLAB的信号采样与重构的实现 J 实 验技术与管理 2007 24 2 79 80