一种脉象信号的提取方法和装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种脉象信号的提取方法和装置，包括以下步骤：对采集的脉象信号进行小波模极大变换；对小波模极大变换后的脉象信号进行周期分割；对变换后的脉象信号的特征点进行定位。从而，本发明能够准确处理特征不明显的时变弱信号，并且实现了一种简单、快速和准确的提取方法。
【专利说明】一种脉象信号的提取方法和装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及中医脉象测量【技术领域】，特别是指一种脉象信号的提取方法和装置。【背景技术】
[0002]在生物医学信号检测技术中，脉象波检测的误差主要不仅仅是来源于肌电干扰、高频噪声、基线漂移等干扰，而且还来源于实际中脉象波形不够典型。脉象信号是时变、非线性的低频弱信号，脉象信号检测时受压力变化、测量装置干扰等多种因素影响，同一点的脉象幅度和脉形走势每次测量往往都会发生变化，很难有一个确定的基准进行特征点定位。
[0003]传统的脉象特征方法提取主要基于时域或频域提取脉象特征，对于一些时域或频域特征不明显的脉象，脉象特征提取具有很多不确定性，很难准确地进行脉象特征的提取和定量化，因此现有的脉象特征提取方法不能够准确处理一些特征不明显的时变弱信号。
【发明内容】
[0004]有鉴于此，本发明的目的在于提出一种脉象信号的提取方法和装置，能够实现一种简单、快速和准确的提取方法。
[0005]基于上述目的本发明提供的脉象信号的提取方法，包括以下步骤:
[0006]对采集的脉象 信号进行小波模极大变换；
[0007]对小波模极大变换后的脉象信号进行周期分割；
[0008]对变换后的脉象信号的特征点进行定位。
[0009]可选地，所述对采集的脉象信号进行小波模极大变换，包括步骤:
[0010]采集脉象信号，并得到脉象离散数据；
[0011]对脉象离散数据进行高斯一阶导数小波模极大变换；
[0012]对脉象离散数据进行高斯二阶导数小波模极大变换。
[0013]进一步地，所述对脉象离散数据进行高斯一阶导数小波模极大变换时，为得到脉象离散数据对应的脉象边沿的高斯一阶导数小波变换模极大曲线，需要对噪声产生的模极大曲线进行过滤。
[0014]进一步地，所述对小波模极大变换后的脉象信号进行周期分割时，首先设置模阀值上限、模阀值下限，以及长度阀值上限和长度阀值下限；然后，保留模大于模阀值上限以及模长度大于长度阀值上限的模极大曲线，即可完成脉象周期分割。
[0015]进一步地，所述对变换后的脉象信号的特征点进行定位时，采用连续小波变换进行由粗到精的跟踪，通过将由粗到精的模极大连接成模极大曲线，来完成脉象信号的特征点定位。
[0016]还有，本发明还提供了一种脉象信号的提取装置，包括:
[0017]变换单元，用于对采集的脉象信号进行小波模极大变换；
[0018]分割单元，与所述变换单元相连，用于对小波模极大变换后的脉象信号进行周期分割；
[0019]定位单元，与所述分割单元相连，用于对变换后的脉象信号的特征点进行定位。
[0020]可选地，所述变换单元在对采集的脉象信号进行小波模极大变换时，包括步骤:
[0021]采集脉象信号，并得到脉象离散数据；
[0022]对脉象离散数据进行高斯一阶导数小波模极大变换；
[0023]对脉象离散数据进行高斯二阶导数小波模极大变换。
[0024]进一步地，所述对脉象离散数据进行高斯一阶导数小波模极大变换时，为得到脉象离散数据对应的脉象边沿的高斯一阶导数小波变换模极大曲线，需要对噪声产生的模极大曲线进行过滤。
[0025]进一步地，所述分割单元进行对小波模极大变换后的脉象信号进行周期分割时，首先设置模阀值上限、模阀值下限，以及长度阀值上限和长度阀值下限；然后，保留模大于模阀值上限以及模长度大于长度阀值上限的模极大曲线，即可完成脉象周期分割。
[0026]进一步地，所述定位单元在对变换后的脉象信号的特征点进行定位时，采用连续小波变换进行由粗到精的跟踪，通过将由粗到精的模极大连接成模极大曲线，来完成脉象信号的特征点定位。
[0027]从上面所述可以看出，本发明提供的脉象信号的提取方法和装置，通过对采集的脉象信号进行小波模极大变换；对小波模极大变换后的脉象信号进行周期分割；对变换后的脉象信号的特征点进行定位。从而，所述的脉象信号的提取方法和装置能够准确处理特征不明显的时变弱信号，并且实现了一种简单、快速和准确的提取方法。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]图1为本发明一种脉象信号的提取方法的流程示意图；
[0029]图2为本发明实施例小波模极大变换的方法流程示意图；
[0030]图3为本发明实施例过滤后的高斯一阶导数小波变换的模极大曲线的示意图；
[0031]图4为本发明实施例采用高斯一阶导数小波变换的分形谱的示意图；
[0032]图5为本发明实施例过滤后的高斯二阶导数小波变换的模极大曲线的示意图；
[0033]图6为本发明实施例采用高斯二阶导数小波变换的分形谱的示意图；
[0034]图7为本发明实施例脉图的脉象特征参数的示意图；
[0035]图8为本发明实施例对两峰滑脉采用高斯一阶导数进行的小波变换的示意图；
[0036]图9为本发明实施例对两峰滑脉采用高斯二阶导数进行的小波变换的示意图；
[0037]图10为本发明一种脉象信号的提取装置的结构示意图。
【具体实施方式】
[0038]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
[0039]参阅图1所示，为本发明一种脉象信号的提取方法的流程示意图，包括:
[0040]步骤101，对采集的脉象信号进行小波模极大变换。具体实施过程如下(如图2所示):
[0041]步骤201:采集脉象信号，并得到脉象离散数据。[0042]作为本发明的一个实施例，可以使用仪器脉搏图形记录仪采集脉象信号，然后通过对脉象信号的标准脉图进行数据化得到脉象数据。较佳地，将脉象信号转化为脉象数据是通过数字笔将脉象图采集到计算机后，以X轴象素间隔dx(mm)和y轴象素间隔dy (mm)为单位进行数据化，离散化后的脉象数据形成脉象标准数据库。优选地，形成脉象标准数据库可以将离散化后的脉象数据通过转化为以实际时间单位表示图形，只需将X轴和I轴分别以实际米样率(25mm/dx)/sec和(5mm/dy)/mv转化即可。
[0043]步骤202，对脉象离散数据进行高斯一阶导数小波模极大变换。其具体的实施过程如下:
[0044]首先，为得到脉象离散数据对应的脉象边沿的高斯一阶导数小波变换模极大曲线，需要对噪声产生的模极大曲线进行过滤，方法如下:
[0045]I)计算所有模极大曲线起点的模均值vm = E(moj) (j = I,..., η)和方差dm2 =D(mOj) (j = I, “.，η),模阀值上限 ttv = vm+dm,模阀值下限 thml = vm_dm。[0046]2)计算所有模极大曲线长度的均值V1 = E(Imj) (j = I,…，η)和方差(I12 = D(Imj)(j = I,...，η),长度阀值上限thlh = V1+^,长度阀值下限thn = V1-Cl1O
[0047]3)计算脉象主波1/3宽度区间Xw = [twb, twe]，即距离主波顶部1/3主波高度的宽度区间。其中主波波峰位置为主波极大值位置，令W= (tp-tb)/3，则主波宽度区间Xw近似为主波顶点为中心的w对称宽度区间。
[0048]4)对主波1/3宽度附近内的模极大曲线，为研究峰值附近的小隆起不平，保留模大于模阀值下限thml和模长度大于长度阀值下限thn的模极大曲线。
[0049]5)对主波1/3宽度区间外的模极大曲线，保留模大小大于模阀值上限thmh和模长度大于长度阀值上限thlh的模极大曲线。
[0050]6)进一步滤除Lipschitz指数α显著小(α〈 =一 100)和平滑因子σ显著大(σ > = 0.25)的奇异性模极大曲线。
[0051]在本发明的实施例中，可以用小波描述信号的局部奇异性，奇异点小波模极大衰减性可以通过Lipschitz指数α描述，奇异点磨光平滑性可以通过平滑因子σ描述，奇异点分形性可以通过分形维数D(Ci)描述。
[0052]其中，小波检测信号奇异点衰减特性用Lipschitz指数来描述:
[0053]设η是一正整数，η < α≤n+1, f (t)在h点的Lipschitz指数α充要条件是存在两个常数A和Iitl (Α > 0，Iitl > O)，且有一 η次多项式Pn(h)使得对h < Iitl有:
[0054]f (t0+h)-Pn(t0+h)≤ A|h I α,则称 f (t)在点 tQ 处为 Lipschitz α。实际上多项式Pn (h)是f (t)在td点的taylor展开式的前η项:
[0055]f (t) = f (t0) +a1h+a2h2H----1~anhn+0(hn:) = Pn(t)+0(hn:)。
[0056]由此可见:如果f(t)n次可微，但η阶导数不连续，因此n+1次不可微，则η< α < n+1,相对于taylor公式中对信号分解误差的n+1次描述，Lipschitz α正则性通过使用非整数的指数改进了这个误差上界。如果上式对所有h和tfh在区间[ti，t2]内均成立，则称f (t)在此区间为一致Lipschitz α。
[0057]若一个函数在一点连续且一次可微，但导数不连续，那么它在这点就是Lipschitz指数为I。若f (t)在点h处不连续但有界，即间断的情形，则Lipschitz指数为
O。Lipschitz指数越大，f⑴越光滑。例如，斜坡函数的Lipschitz指数为I,阶跃函数的Lipschitz指数为O, δ函数的Lipschitz指数为-1,白噪的Lipschitz指数为-0.5- ε ( ε >0)。
[0058]当f (t)完全是正则函数时，同奇异点一样其小波变换也可以有一系列取模极大的点趋于横坐标点V，因此仅沿着尺度搜索小波模极大对于奇异性检测是不够的，需要从模极大幅值的衰减性计算Lipschitz正则性。
[0059]当V点是孤立奇异点时，对s<s0，收敛于V的所有模极大包含在如下的锥中:u-v I ^ Cs
[0060]式中C为Ψ的紧支集[-C，C]，在尺度一时间平面上点V的影响锥是所有点(U，V)的集合。这意味着f在V的邻域内没有快速振荡，|wf (u, s) I在V的邻域里的衰减性由含于锥中的模极大衰减性控制。f在V的邻域内是一致Lipschitz α的，并且仅当存在Κ>0,使得锥中的模极大点(U，V)满足:
【权利要求】
1.一种脉象信号的提取方法，其特征在于，包括以下步骤: 对采集的脉象信号进行小波模极大变换； 对小波模极大变换后的脉象信号进行周期分割； 对变换后的脉象信号的特征点进行定位。
2.根据权利要求1所述的提取方法，其特征在于，所述对采集的脉象信号进行小波模极大变换，包括步骤: 采集脉象信号，并得到脉象离散数据； 对脉象离散数据进行高斯一阶导数小波模极大变换； 对脉象离散数据进行高斯二阶导数小波模极大变换。
3.根据权利要求2所述的提取方法，其特征在于，所述对脉象离散数据进行高斯一阶导数小波模极大变换时，为得到脉象离散数据对应的脉象边沿的高斯一阶导数小波变换模极大曲线，需要对噪声产生的模极大曲线进行过滤。
4.根据权利要求1至3任意一项所述的提取方法，其特征在于，所述对小波模极大变换后的脉象信号进行周期分割时，首先设置模阀值上限、模阀值下限，以及长度阀值上限和长度阀值下限；然后，保留模大于模阀值上限以及模长度大于长度阀值上限的模极大曲线，即可完成脉象周期分割。
5.根据权利要求4所述的提取方法，其特征在于，所述对变换后的脉象信号的特征点进行定位时，采用连续小波变换进行由粗到精的跟踪，通过将由粗到精的模极大连接成模极大曲线，来完成脉象信号的特征点定位。
6.一种脉象信号的提取装置，其特征在于，包括: 变换单元，用于对采集的脉象信号进行小波模极大变换； 分割单元，与所述变换单元相连，用于对小波模极大变换后的脉象信号进行周期分割; 定位单元，与所述分割单元相连，用于对变换后的脉象信号的特征点进行定位。
7.根据权利要求6所述的提取装置，其特征在于，所述变换单元在对采集的脉象信号进行小波模极大变换时，包括步骤: 采集脉象信号，并得到脉象离散数据； 对脉象离散数据进行高斯一阶导数小波模极大变换； 对脉象离散数据进行高斯二阶导数小波模极大变换。
8.根据权利要求7所述的提取装置，其特征在于，所述对脉象离散数据进行高斯一阶导数小波模极大变换时，为得到脉象离散数据对应的脉象边沿的高斯一阶导数小波变换模极大曲线，需要对噪声产生的模极大曲线进行过滤。
9.根据权利要求6至8任意一项所述的提取装置，其特征在于，所述分割单元进行对小波模极大变换后的脉象信号进行周期分割时，首先设置模阀值上限、模阀值下限，以及长度阀值上限和长度阀值下限；然后，保留模大于模阀值上限以及模长度大于长度阀值上限的模极大曲线，即可完成脉象周期分割。
10.根据权利要求9所述的提取装置，其特征在于，所述定位单元在对变换后的脉象信号的特征点进行定位时，采用连续小波变换进行由粗到精的跟踪，通过将由粗到精的模极大连接成模极大曲线，来完成脉象信号的特征点定位。
【文档编号】A61B5/02GK103932686SQ201410163098
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年4月22日 优先权日:2014年4月22日
【发明者】王燕, 李晋尧, 续明进, 杨梅, 蔡吉飞, 房瑞明, 沈韶华, 李光 申请人:北京印刷学院