人体血压小波分析

人体血压小波 在传统医学中，常采用带阀的充气球、袖带和压力检测计，并用听诊器在加压、减压过程中通过声音的有无来确定人体的血压。血液在血管内流动，与水在平整而光滑的水管内流动一样，一般是没有声音的。但当血液通过狭窄的管道而形成涡流(漩涡)时，则产生声响。这就是测量人体动脉血压值的原理。测量动脉血压时，先用气泵向缠缚于上臂的袖带内充气加压，压力经软组织作用于肱动脉。当所加压力超过左心室收缩压力时，该处肱动脉被完全阻断，没有任何声音传出(声音和气压信号均通过压力传感器输入系统)。放松气阀，慢慢向外放气，袖带内压力逐渐下降，当其压力降到略低于左心室收缩压(心室收缩时血管对管壁的侧压)时，肱动脉血流便随着心脏收缩而射血，开始间断性通过，并形成涡流，开始传出与心脏搏动同步的敲击声(以此声波信号测量心率)。随着袖带内压力的下降，声音的质量和强度也逐渐变化，当压力降到心脏舒张压以下时，血流又再次完全畅通，声 [23]音随之消失。血压检测期间的声音变化分为如下五个时相: 第?时相 袖带内压力下降过程中听到的第一次轻而清晰的敲击声; 第?时相 随着放气，声音变大，成为较响的钝浊音; 第?时相 声音变得更响，出现较清脆的抨击音; 第?时相 声音突然变小、短促低沉，带有柔和的吹风样性质; 第?时相 随袖带内压力下降，声音最终消失。 在放气(减压)过程中，首次听到声音的血压值即为收缩压。舒张压指两次收缩期最高血压之间的动脉腔内剩余压力。通常把第?时相(声音消失)作为舒张压。 由动脉血压的测量机理，系统检测的信号是由声音和气压信号叠加而成，波形中有突变信号，因此选择小波变换进行目标信号特征提取。由于不用考虑?-?时相的声波信号，因此又采用模糊模式识别可以更好地识别收缩压、舒张压所在点以及心率波形。 图4.7是一组人体血压实测波形的主要部分，横坐标是与采样时间相对应的采样点数，纵坐标为信号的实测电压值，单位为伏特。为减少运算量，并未将DAS软件中当次的所有采集点都选为分析点。而是在气压加到一定 37 程度(c点)开始选点，c点要严格保证在a点前，即严格保证最高压包含在分析数据之中;b点为快速放气点，此点一过，就结束选点(d点)。 人体血压信号的分析，实质上是识别信号的突变(瞬态)特征。根据小波变换的原理，它具有在时、频二域突出信号局部特征的能力，因此选用一维连续小波变换进行分析。 几乎一切信号都很难只根据原始观察数据作解释，总要提取它的某些特征来表征它。提取什么特征要根据信号特点和分析的目的来决定。其中，信号的急剧变化之处常常是分析特性的最关键之处。例如，脑电波中的尖波和棘波、雷达信号中的突变信息、图像中各物体的边沿等。由信号小波变换的奇异点(singularity，如过零点、极值点等)在多尺度上的综合表现来表示信号(特别是它的突变或瞬态特征)是小波变换引人注目并有巨大意义的应用领域。 信号的瞬变或边沿有不同的表现，有时过渡得比较陡峭，有时过渡得比较平缓。小波变换的极值在多尺度间的变化情况与这一性质直接相关，因此 38 小波变换在这方面的应用很有潜力。更进一步，如果能用小波变换抽取的这些奇异点重建出原始信号，则抽取出的这些特征还可以用于数据压缩，在数据存储、传输以及通讯等方面也有实用价值。因此，瞬态突变信号的小波分析研究的主要内容包括两方面问题，一是由信号小波变换的极值点或过零点来表征信号，另一方面是由小波变换的这些奇异点来重建信号。 一、二级小波变换所突现的频率空间信号还无法识别高低血压点。图4.15图4.16分别是幅值放大10倍的三级和四级小波变换与原始波形之间的关系对照，其关注的频率空间特征信息已经很明显。经过大量的试验验证，尽管每个人以及每个不同时刻的血压信号波形都不相同，但经某级小波变换后，都呈现了上述两级变换波形的基本形式，表现了一定的规律性。经大量试验验证，图中c点和d点基本上就是人体收缩压(高压)和舒张压(低压)点。 39 40