【摘要】：光電容積脈搏信號是一種借助光電傳感技術(shù)檢測人體組織血液容積波動(dòng)的生理信號。其在生理參數(shù)檢測、醫(yī)療設(shè)備開發(fā)、心血管系統(tǒng)疾病的研究以及中醫(yī)脈診客觀化等方面具有重大的研究價(jià)值和廣泛的應(yīng)用前景。針對光電容積脈搏信號特征提取與分類識別研究,本文主要作了以下工作:第一,在明確脈搏信號產(chǎn)生機(jī)理的基礎(chǔ)上,對光電容積脈搏信號的波形特征與信號特征、透射式與反射式探測原理、波長對探測信號的影響以及手指尖端組織結(jié)構(gòu)與血液分布等進(jìn)行研究。明確基于脈搏描記法,實(shí)現(xiàn)人體手指尖端脈搏信號探測的理論依據(jù)與現(xiàn)實(shí)意義。第二,在對影響脈搏信號質(zhì)量的干擾和噪聲進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)光電傳感與信號調(diào)理電路,并利用Multisim 14.0對調(diào)理電路進(jìn)行了仿真,仿真結(jié)果表明,調(diào)理電路很好的實(shí)現(xiàn)了信號的放大濾波功能;其次,設(shè)計(jì)電壓抬升電路,使其滿足A/D轉(zhuǎn)換芯片的輸入要求,并設(shè)計(jì)A/D轉(zhuǎn)換電路。最后,搭建實(shí)驗(yàn)平臺,采用透射式探測原理,選擇650nm激光光源,將調(diào)理電路輸出端連接至示波器,成功實(shí)現(xiàn)人體手指尖端光電容積脈搏信號的提取。第三,為了得到高質(zhì)量的容積脈搏信號,分別采用基于小波變換和EEMD的HHT方法實(shí)現(xiàn)了脈搏信號的預(yù)處理,兩種方法都得到較高的信噪比和較低的均方誤差,去噪效果良好。同時(shí),采用基于時(shí)域的微分閾值法、脈圖面積法和波形擬合法,基于頻域的功率譜分析、倒譜分析,以及基于時(shí)頻混合域的短時(shí)傅里葉變換、小波變換和HHT分析方法,很好的實(shí)現(xiàn)了容積脈搏信號特征參數(shù)的提取。第四,為了實(shí)現(xiàn)滑、弦、澀脈的分類識別研究,本章基于波形擬合、功率譜分析以及小波分析方法,對三種脈象時(shí)域、頻域和時(shí)頻域特征參數(shù)之間的聯(lián)系與區(qū)別進(jìn)行了分析;然后,對脈搏信號進(jìn)行五層小波分解,提取前四個(gè)頻帶中的能量分布比例,將其與標(biāo)準(zhǔn)滑、弦、澀脈數(shù)據(jù)進(jìn)行對比,判斷其所屬脈象類別。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN911.7
【圖文】：

(a) 壓力脈搏檢測 (b) 容積脈搏檢測圖 1.2 壓力脈搏與容積脈搏檢測過程Figure 1.2 Detection process of pressure pulse and volume pulse signals光電容積脈搏信號可用于人體心輸出量、血壓、血流、血氧、脈率、呼吸率、呼吸容量、血液粘度、血管硬化指數(shù)等生理參數(shù)的無創(chuàng)檢測，并由此開發(fā)出許多有實(shí)用價(jià)值的醫(yī)療儀器新產(chǎn)品[6-11]。陳星池等基于時(shí)頻譜的自適應(yīng)信號分解算法，實(shí)現(xiàn)了呼吸速率的無創(chuàng)檢測[6]。郭維等通過對脈搏信號以及血管彈性腔模型進(jìn)行研究，計(jì)算得到人體的收縮壓方程[7]，且計(jì)算結(jié)果精度較高。徐禮勝等基于雙彈性腔模型,提出脈搏波的血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)估計(jì)方法[8]，并運(yùn)用非線性最小二乘Levenberg-Marqurdt 算法對實(shí)測脈搏波數(shù)據(jù)進(jìn)行參數(shù)估計(jì)，得到包括外周阻力、動(dòng)脈順應(yīng)性和血流慣性等在內(nèi)的動(dòng)脈系統(tǒng)的模型參數(shù)。目前，基于脈搏信號開發(fā)的血氧飽和度測量儀已成為醫(yī)院的急救室、手術(shù)室、監(jiān)護(hù)室里非常重要的醫(yī)療診

圖 1.3 論文研究內(nèi)容Figure 1.3 Research contents of this paper選題背景及研究意義，對光電容積脈搏信號備開發(fā)、心血管疾病方面的探究以及中醫(yī)脈意義，同時(shí)，對光電探測原理、電路系統(tǒng)設(shè)類識別等方面的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀進(jìn)行了論述容積脈搏信號探測原理。首先對脈搏信號產(chǎn)脈搏信號的波形特征以及信號特征進(jìn)行簡單式探測原理、波長對探測信號的影響、手指法原理以及數(shù)學(xué)模型進(jìn)行研究，明確提取光提取容積脈搏信號奠定基礎(chǔ)。

圖 2.1 心血管系統(tǒng)單彈性腔模型及其等效電路Figure 2.1 Single-windkessel model and its equivalent circuit of cardiovascular syste基于單彈性腔模型，可建立動(dòng)脈壓力在收縮期與舒張期滿足的動(dòng)力學(xué)方vindpp pC qdt R (0vdpp pCdt R (其中，p 與 pv分別指動(dòng)脈壓力和靜脈管中的壓力，qin表示單位時(shí)間內(nèi)從入主動(dòng)脈的血液體積，即每搏心輸出量，R 表示外周阻力，V 指動(dòng)脈血管，C=dV/dp，指的是血管順應(yīng)性。之后，許多學(xué)者對單彈性腔模型進(jìn)行改進(jìn)，引入頻率元件，建立雙彈性。

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本文編號：2749117