仿中医切脉装置脉搏信号质量评估方法

技术领域

本申请涉及一种仿中医切脉装置脉搏信号质量评估方法。

在“望闻问切”四诊中，脉诊是最具中医特色的诊断方法。研发仿中医切脉装置，实现切脉的自动化，是中医现代化的重要方面。这可以提高切脉效率，减少对中医专家的依赖，实现脉诊的客观化，增强中医学的可传承性。

仿中医切脉装置切脉首先要使传感器能够自动地寻找合适测点位置，还需要调整探头基础压力，它们的依据是各种试探下测得的脉搏信号质量的高低。然后，在一切调整好后，在正式记录脉搏信号的过程中，还可能因为手臂不稳等原因造成脉搏信号质量低下的情况，我们不能将之用于诊断。因此，不论是寻找合适测点和基础压力的调整阶段，还是调整结束后的脉搏信号正式记录阶段，都存在一个脉搏信号质量评估的问题。

背景技术

脉搏信号质量评估，首先要对寸关尺脉搏信号进行预处理，去除基线漂移和高频噪声，然后对采集到的脉搏信号片段提取特征，进而判断脉搏信号质量的类别，如将其区分为可用信号与不可用信号等。脉搏信号片段的特征指标，可从时域、频域、时频域或者非线性域上寻找方法定义各种指标。

目前针对脉搏信号质量评估已经有了大量的研究。有文献提出可以通过检测10秒脉搏波信号的平均心率是否为生理上的有效值判断信号质量。有文献提出基于循环平稳算法的脉搏信号质量评估与滤波方法，对单个脉搏波进行延拓，产生一组总长度为10秒的干净脉搏信号，之后据此对实测带噪声的脉搏信号进行判断。也有文献提出可以利用峰度、灌注指数和排列并特征组合能更加有效的区分可用与不可用信号，采用的信号长度为3秒，判断可用与不可用信号的准确率为93.33％；在采用了奇异值之比、偏度和模糊熵特征组合后，可以更准确区分质量等级“好”和“中”的信号，准确率为92.08％。

关于脉搏信号质量评估虽已有诸多文献报道，但都普遍存在着实时性不高或者准确率不够的问题。若采用10秒的数据进行分析，则会产生时延过长、不具有实时性的特点；若采用很短的信号片段，则会产生特征不明显，准确率较低的问题。

另外，目前的脉搏信号质量分类方法中，未见有“跃变”这样的类别设置，实际它对应传感器相对皮肤测点相对位置的变动，物理意义很明确。

发明内容

发明目的。

本发明拟提出一种仿中医切脉装置脉搏信号质量评估方法，在质量类别中引入“跃变”类别，能够利用2秒时间的数据片段判断出脉搏信号的质量，在保证实时性的同时保证准确性。

技术方案。

仿中医切脉装置脉搏信号质量评估的方法，其特征在于，包括以下步骤，(1)读取从寸关尺位同步监测的3路脉搏波信号，并对它们进行相同的预处理，去除它们中的基线漂移和高频噪声，(2)对预处理后的脉搏波信号切割出最新的2秒数据片段，若采样率为500Hz，即切割出的片段的采样点数为1000，(3)对切割出的2秒数据片段，分别计算出它们的PP、delta_PP、Signal_Ratio、Corr_Change四个指标，(4)将计算的四个指标值送入分类器，按设计的决策逻辑和预先学习的指标阈值，输出脉搏信号质量评估的定性类别，(5)如果输出的定性类别为“好”，则进一步将第(3)步计算的PP值指标作为脉搏信号质量的定量指标，否则，将脉搏信号质量的定量指标置0。

根据以上所述的仿中医切脉装置脉搏信号质量评估的方法，第(1)步读取从寸关尺位同步监测的3路脉搏波信号进行相同的预处理，其特征在于，设数据预处理前一路脉搏信号原始数据为x(n)，n＝0，1，...，N-1，预处理时先对原始数据施以约0.8Hz-80Hz的带通滤波，结果序列记为x

根据以上所述的仿中医切脉装置脉搏信号质量评估的方法，第(3)步对经过预处理与切割操作获得的数据片段，分别计算出它们的PP、delta_PP指标，其特征在于，设预处理中得到的x

根据以上所述的仿中医切脉装置脉搏信号质量评估的方法，第(3)步对经过预处理与切割操作获得的数据片段，分别计算出它们的Signal_Ratio指标，其特征在于，设预处理中得到的x

根据以上所述的仿中医切脉装置脉搏信号质量评估的方法，第(3)步对经过预处理与切割操作获得的数据片段，分别计算出它们的Corr_Change指标，其特征在于，设预处理中得到的约0.8Hz-5Hz范围内的x

根据以上所述的仿中医切脉装置脉搏信号质量评估的方法，第(4)步将计算的四个指标值送入分类器，按一定的决策逻辑和预先学习的特征指标阈值，输出脉搏信号质量评估的类别，其特征在于，将脉搏信号质量评估的类别分为“好”、“差”、“跃变”三个类别之一，首先利用PP和delta_PP这两项指标进行“跃变”状态与“非跃变”状态的划分，若delta_PP＞22或者PP＞128，则该信号被分为“跃变”信号，否则被暂时分为“非跃变”信号；对于“非跃变”信号，继续利用Signal_Ratio和Corr_Change这两项指标进行“好”状态与“差”状态的划分，若信号满足Signal_Ratio≥0.65，或者满足0.45＜Signal_Ratio＜0.65且Corr_Change＜0.6时，则该信号被分为“好”信号；若该信号满足Signal_Ratio≤0.45，或者满足0.45＜Signal_Ratio＜0.65且Corr_Change≥0.6时，则该信号被分为“差”信号。

需要说明的是，以上方案中的滤波器截止频率0.8Hz、80Hz、5Hz为具体值，任何对其值的稍微变化，不涉及对方案的实质变化，应属于本技术方案的保护范围；以上方案中的PP指标阈值128，delta_PP指标阈值22，Signal_Ratio阈值0.45、0.65，Corr_Change阈值0.6也为具体值，任何对其值的稍微变化，不涉及对方案的实质变化，应属于本技术方案的保护范围；以上方案中的PP指标阈值128，delta_PP指标阈值22，为电压值，单位为mV，若将该指标换算为压力值，或者根据检测系统增益大小做相应变化，不涉及对方案的实质变化，应属于本技术方案的保护范围；

有益效果。

本申请的预处理和定义的4个物理含义明确的特征指标组合，对脉搏质量指标的评估奠定了一个好的基础，能较好地表征周期性和信噪比等重要方面。

本申请在脉搏信号质量评估的定性类别中，首次引入了“跃变”信号这一类别。这一类别是有实际物理意义的，经过大量观察，它对应探头处于移动或者说探头方位相对于皮肤产生相对变化的情形，这样的信号当然属于不正常的信号，是不能用于诊断和探头位置调整的。在本方案第(4)步的决策逻辑中，首先对“跃变”进行判断，源于它的信号规律性强、容易判断，符合由易到难的自然逻辑，具有合理性；排除了“跃变”情况后，则可大大减轻本方案“好”和“差”类别的识别难度，提高分类准确性。

同时，本申请方案属从定性评估到定量评估的路线；不仅可以评判探头调整或正式监测过程中的脉搏信号质量是否可接受，还可以支持优中选优。定量指标值越大，则意味着信号质量越高。

发明人建立了包含上千个2秒片段样本的样本库，找有经验的专家依据其周期性、信噪比等特点对它们进行了“跃变”、“好”、“差”的类别标注，研究出了判决的阈值。经过数十次检测实验，本申请方法取得了如表1、表2、表3所示的检测效果。

经统计，利用本申请方法，“跃变”评估准确率达到99％，“差”评估准确率达到93.44％，“好”评估准确率达到93.23％，总体分类准确率达到93％，在保证准确率的情况下实现了2秒脉搏信号片段的实时评估。因此，本申请具有新颖性、实用性、创造性。

表1 利用本申请方法评估“跃变”状态结果表

表2 利用本申请方法评估“差”状态结果表

表3 利用本申请方法评估“好”状态结果表

附图说明

图1，本申请仿中医切脉装置脉搏信号质量评估方法的总框图。

图2，实施例中经0.8Hz-80Hz FIR带通滤波预处理的寸关尺位脉搏信号示意图，自上而下为寸关尺位信号波形。横轴单位为秒，纵轴单位为mV。

图3，实施例中经5Hz的低通滤波预处理的寸关尺位脉搏信号示意图，自上而下为寸关尺位信号波形。横轴单位为秒，纵轴单位为mV。

图4，实施例中“跃变”信号波形及PP、delta_PP、Signal_Ratio、Corr_Change度量指标。自上而下为寸关尺位信号波形。横轴单位为秒，纵轴单位为mV。

图5，实施例中“差”信号波形及PP、delta_PP、Signal_Ratio、Corr_Change度量指标。自上而下为寸关尺位信号波形。横轴单位为秒，纵轴单位为mV。

图6，实施例中“好”信号波形及PP、delta_PP、Signal_Ratio、Corr_Change度量指标。自上而下为寸关尺位信号波形。横轴单位为秒，纵轴单位为mV。

具体实施方式

实施例。利用已有的仿中医寸关尺位脉搏信号实时检测系统，以500Hz的采样率对寸关尺位脉搏信号进行同步监测。本申请涉及该检测系统的软件部分，按前文所述，实施步骤如下：

(1)读取从寸关尺位同步监测的3路脉搏波信号，并对它们进行同样的预处理，去除它们中的基线漂移和高频噪声，具体采用了0.8Hz-80Hz的FIR带通滤波和5Hz的低通滤波。

(2)对预处理后的脉搏波信号切割出最新的2秒数据片段，若采样率为500Hz，即切割的片段的采样点数为1000，经预处理0.8Hz-80Hz带通滤波后的2秒切割片段如图2所示，经预处理5Hz低通滤波后的2秒切割片段如图3所示。

(3)对切割出的2秒数据片段，分别计算出它们的PP、delta_PP、Signal_Ratio、Corr_Change四个指标。

(4)将计算的四个指标值送入分类器，若该信号满足PP＞128或者delta_PP＞22的情况时，则该信号的质量评估的定性类别为“跃变”，如图4所示。对满足PP≤128且delta_PP≤22的3路脉搏波信号，若该信号满足Signal_Ratio≤0.45，或者满足0.45＜Signal_Ratio＜0.65且Corr_Change≥0.6的条件时，则该信号的质量评估的定性类别为“差”，如图5所示；若该信号满足Signal_Ratio≥0.65，或者满足0.45＜Signal_Ratio＜0.65且Corr_Change＜0.6的条件时，则该信号的质量评估的定性类别为“好”，如图6所示。

(5)如果输出的定性类别为“好”，则进一步将第(3)步计算的PP值指标作为脉搏信号质量的定量指标，否则，将脉搏信号质量的定量指标置0。定量指标越大，则意味着信号质量越高。支持探头调整和正式监测中的优中选优。