基于多普勒超聲信號的脈象分析與分類研究

潘俊騰+馬曉靜

【摘要】在我國中醫學領域診脈是最有特色的療法之一，在兩千多年前已出現古人用手指給患者進行診脈的記錄。隨著社會的進步和醫療科技的發展，人們嘗試了脈搏診療的多種方法。但是脈象診斷具有概念籠統標準模糊的特點，診斷結果主要依賴醫生經驗和個人判斷，這些缺陷制約了我國現代中醫的發展。現在多普勒超聲設備應用于脈象診斷已經比較普及，文中簡要論述了基于多普勒超聲信號的脈象診斷分析和分類問題，希望對于多普勒診脈技術的推廣和普及有一定的啟示作用。

關鍵詞：多普勒；超聲信號；脈象分析與分類

【中圖分類號】R241 【文獻標識碼】B

在診脈過程中最關鍵的環節是脈搏信號的獲取，以及如何確保脈搏信號的效率和質量，因為脈搏信號的質量對于后續的脈象診斷分析工作具有直接的影響。文中論述的多普勒超聲儀器獲取脈搏信號的原理是來自心臟并且流過人體各個器官的血液，可以準確的反應血液黏稠度、流速以及和疾病相關的其他因素，當這些血液流到手腕部位通過多普勒感應設備獲取其信號并對其進行分析，為現代醫生臨床診斷提供了可靠依據。現階段基于多普勒技術脈搏信號分析的形式已經被廣泛接受并應用。

基于多普勒超聲技術的脈搏信號獲取和預處理辦法

多普勒超聲信號采集原理：1845年巴洛特實驗證明了聲波的多普勒效應，上世紀50年代聲波具有多普勒效應的特質被引入醫學領域，在醫學領域聲波的多普勒效應稱為彩色超聲波，即彩超，彩色超聲波由彩色多普勒和黑白B超組成。彩色多普勒一般利用自相關技術處理多普勒信號，經過自相關技術處理的血流信號經彩色編碼實時疊加在二維圖像上得到多普勒超聲脈搏圖[1]。所以，彩色多普勒同時具備了二維超聲圖像優勢和血流動力學信息。1957日本出現了最早的基于多普勒技術的血流檢測儀器。

多普勒超聲技術的脈搏信號獲取：文中的脈搏信號（最大血流速度曲線）是利用CSB2000經顱多普勒脈搏分析儀獲取的，該設備采樣頻率為110Hz，其脈搏信號采集工作程序為：首先，用手指感受患者左右手腕部位脈搏位置，用筆標記出脈搏信號最強的位置。其次，在做了標記的位置涂上超聲耦合劑，將超聲探頭放置在該位置，放置的時候保證探頭方向與血流方向相反，同時要有一定的傾斜角度。

脈搏信號預處理：在進行脈搏信號采集的時候，脈搏信號易被干擾產生高頻噪聲，這些噪聲對于脈搏信號特征有巨大影響。另外呼吸以及人體動作等因素也會干擾到脈搏信號產生基線漂移問題，影響脈搏信號的準確性，從而對于后期脈搏信號特征提取以及分析造成影響。所以在分析處理前必須先對脈搏信號進行預處理，將其高頻噪聲與基線漂移消除掉[2]。

多普勒超聲脈搏信號預處理辦法主要包括小波變化法以及離散小波變換法。

基于疾病診斷的脈搏信號分類研究

現階段脈搏信號分析法主要包括時域分析法、頻域分析法以及時頻聯合分析法。

時域分析法應用廣泛，其主要原理是提取關鍵點，比如對主波峰、超波峰以及降中峽等關鍵點中的幅值、時間點和曲線下面積等特征進行分析。這種方法具有簡單直觀的優點，但是需要提取較多的特征點，而且因為脈搏信號比較復雜容易導致特征點提取不準確[3]。

時頻聯合分析法原理是設計時間與頻率的函數，描述不同時間與頻率時信號的能力密度與強度，從而得到信號在不同時域與頻域的局部化特征。時頻聯合分析法主要包括小波變換法以及小波包變換法。

時域分析法：①脈搏信號時域特征：在同一周期內一個典型脈搏信號包括三個疊加的諧波，即：主波、潮波以及重搏波。主波和潮波間的波谷即為主波峽，潮波和重搏波所夾的波谷為降中谷，符合提取條件[4]。②時域特征的提取：在進行脈搏信號特征點提取時，先要對某些特征點進行定位，如圖1所示，然后利用上文提出的辦法實施脈搏信號預處理，從而消除脈搏信號的高頻噪聲并確保脈搏信號平滑。然后通過差分運算以及簡單判斷對這些明顯特征進行定位。

圖1脈搏信號特征點能量特征提取：通過小波包分解自適應方式選擇脈搏信號能量特征，小波包具有靈活多樣的時頻分解方式，進一步分析小波分析中未細化的高頻部分，提高了時頻分辨率。筆者選擇了經過預處理的具有512個點的信號數據，利用小波函數對脈搏信號進行小波包分解，通過Shannon熵進行小波包二叉樹搜索，從而找到小波包最優基。實驗證明，小波包最優基對應著其二叉樹的5-0、5-1、4-1、4-2、4-3、2-1、1-1節點[5]。然后提取以上節點的小波包系數，同時計算小波包最優基上的能量。

結語

診脈在我國中醫學領域有著幾千年的歷史，因為中醫人為手動診脈具有較大的模糊性以及主觀判斷因素，所以在現代社會急需一種更為科學可靠的技術改善中醫脈象診斷的弊端。文中提出的基于多普勒超聲信號的脈搏信號獲取辦法減少了采集過程中的干擾因素，提高了獲得的脈搏信號的質量和效率，對于現代臨床中醫診斷工作具有重大貢獻，是值得推廣應用的具有巨大發展空間的現代醫療技術。

參考文獻

[1]劉磊.基于多普勒超聲信號的脈象分析與分類研究[D].哈爾濱工業大學，2013.

[2]朱德增.用超聲多普勒血流檢測技術研究脈象的探討[J].上海中醫藥雜志，2000，11（20）：47-49.

[3]高東雯，肖滬生，徐芳，等.超聲WI技術在脈象客觀化研究中的應用[J].上海中醫藥大學學報，2013，03（09）：66-68.

[4]胡曉娟.中醫脈診信號感知與計算機輔助識別研究[D].華東師范大學，2013.

[5]白金星.脈圖信息采集及分析方法研究[D].山東大學，2006.

【摘要】在我國中醫學領域診脈是最有特色的療法之一，在兩千多年前已出現古人用手指給患者進行診脈的記錄。隨著社會的進步和醫療科技的發展，人們嘗試了脈搏診療的多種方法。但是脈象診斷具有概念籠統標準模糊的特點，診斷結果主要依賴醫生經驗和個人判斷，這些缺陷制約了我國現代中醫的發展。現在多普勒超聲設備應用于脈象診斷已經比較普及，文中簡要論述了基于多普勒超聲信號的脈象診斷分析和分類問題，希望對于多普勒診脈技術的推廣和普及有一定的啟示作用。

關鍵詞：多普勒；超聲信號；脈象分析與分類

【中圖分類號】R241 【文獻標識碼】B

在診脈過程中最關鍵的環節是脈搏信號的獲取，以及如何確保脈搏信號的效率和質量，因為脈搏信號的質量對于后續的脈象診斷分析工作具有直接的影響。文中論述的多普勒超聲儀器獲取脈搏信號的原理是來自心臟并且流過人體各個器官的血液，可以準確的反應血液黏稠度、流速以及和疾病相關的其他因素，當這些血液流到手腕部位通過多普勒感應設備獲取其信號并對其進行分析，為現代醫生臨床診斷提供了可靠依據。現階段基于多普勒技術脈搏信號分析的形式已經被廣泛接受并應用。

基于多普勒超聲技術的脈搏信號獲取和預處理辦法

多普勒超聲信號采集原理：1845年巴洛特實驗證明了聲波的多普勒效應，上世紀50年代聲波具有多普勒效應的特質被引入醫學領域，在醫學領域聲波的多普勒效應稱為彩色超聲波，即彩超，彩色超聲波由彩色多普勒和黑白B超組成。彩色多普勒一般利用自相關技術處理多普勒信號，經過自相關技術處理的血流信號經彩色編碼實時疊加在二維圖像上得到多普勒超聲脈搏圖[1]。所以，彩色多普勒同時具備了二維超聲圖像優勢和血流動力學信息。1957日本出現了最早的基于多普勒技術的血流檢測儀器。

多普勒超聲技術的脈搏信號獲取：文中的脈搏信號（最大血流速度曲線）是利用CSB2000經顱多普勒脈搏分析儀獲取的，該設備采樣頻率為110Hz，其脈搏信號采集工作程序為：首先，用手指感受患者左右手腕部位脈搏位置，用筆標記出脈搏信號最強的位置。其次，在做了標記的位置涂上超聲耦合劑，將超聲探頭放置在該位置，放置的時候保證探頭方向與血流方向相反，同時要有一定的傾斜角度。

脈搏信號預處理：在進行脈搏信號采集的時候，脈搏信號易被干擾產生高頻噪聲，這些噪聲對于脈搏信號特征有巨大影響。另外呼吸以及人體動作等因素也會干擾到脈搏信號產生基線漂移問題，影響脈搏信號的準確性，從而對于后期脈搏信號特征提取以及分析造成影響。所以在分析處理前必須先對脈搏信號進行預處理，將其高頻噪聲與基線漂移消除掉[2]。

多普勒超聲脈搏信號預處理辦法主要包括小波變化法以及離散小波變換法。

基于疾病診斷的脈搏信號分類研究

現階段脈搏信號分析法主要包括時域分析法、頻域分析法以及時頻聯合分析法。

時域分析法應用廣泛，其主要原理是提取關鍵點，比如對主波峰、超波峰以及降中峽等關鍵點中的幅值、時間點和曲線下面積等特征進行分析。這種方法具有簡單直觀的優點，但是需要提取較多的特征點，而且因為脈搏信號比較復雜容易導致特征點提取不準確[3]。

時頻聯合分析法原理是設計時間與頻率的函數，描述不同時間與頻率時信號的能力密度與強度，從而得到信號在不同時域與頻域的局部化特征。時頻聯合分析法主要包括小波變換法以及小波包變換法。

時域分析法：①脈搏信號時域特征：在同一周期內一個典型脈搏信號包括三個疊加的諧波，即：主波、潮波以及重搏波。主波和潮波間的波谷即為主波峽，潮波和重搏波所夾的波谷為降中谷，符合提取條件[4]。②時域特征的提取：在進行脈搏信號特征點提取時，先要對某些特征點進行定位，如圖1所示，然后利用上文提出的辦法實施脈搏信號預處理，從而消除脈搏信號的高頻噪聲并確保脈搏信號平滑。然后通過差分運算以及簡單判斷對這些明顯特征進行定位。

圖1脈搏信號特征點能量特征提取：通過小波包分解自適應方式選擇脈搏信號能量特征，小波包具有靈活多樣的時頻分解方式，進一步分析小波分析中未細化的高頻部分，提高了時頻分辨率。筆者選擇了經過預處理的具有512個點的信號數據，利用小波函數對脈搏信號進行小波包分解，通過Shannon熵進行小波包二叉樹搜索，從而找到小波包最優基。實驗證明，小波包最優基對應著其二叉樹的5-0、5-1、4-1、4-2、4-3、2-1、1-1節點[5]。然后提取以上節點的小波包系數，同時計算小波包最優基上的能量。

結語

診脈在我國中醫學領域有著幾千年的歷史，因為中醫人為手動診脈具有較大的模糊性以及主觀判斷因素，所以在現代社會急需一種更為科學可靠的技術改善中醫脈象診斷的弊端。文中提出的基于多普勒超聲信號的脈搏信號獲取辦法減少了采集過程中的干擾因素，提高了獲得的脈搏信號的質量和效率，對于現代臨床中醫診斷工作具有重大貢獻，是值得推廣應用的具有巨大發展空間的現代醫療技術。

參考文獻

[1]劉磊.基于多普勒超聲信號的脈象分析與分類研究[D].哈爾濱工業大學，2013.

[2]朱德增.用超聲多普勒血流檢測技術研究脈象的探討[J].上海中醫藥雜志，2000，11（20）：47-49.

[3]高東雯，肖滬生，徐芳，等.超聲WI技術在脈象客觀化研究中的應用[J].上海中醫藥大學學報，2013，03（09）：66-68.

[4]胡曉娟.中醫脈診信號感知與計算機輔助識別研究[D].華東師范大學，2013.

[5]白金星.脈圖信息采集及分析方法研究[D].山東大學，2006.

【摘要】在我國中醫學領域診脈是最有特色的療法之一，在兩千多年前已出現古人用手指給患者進行診脈的記錄。隨著社會的進步和醫療科技的發展，人們嘗試了脈搏診療的多種方法。但是脈象診斷具有概念籠統標準模糊的特點，診斷結果主要依賴醫生經驗和個人判斷，這些缺陷制約了我國現代中醫的發展。現在多普勒超聲設備應用于脈象診斷已經比較普及，文中簡要論述了基于多普勒超聲信號的脈象診斷分析和分類問題，希望對于多普勒診脈技術的推廣和普及有一定的啟示作用。

關鍵詞：多普勒；超聲信號；脈象分析與分類

【中圖分類號】R241 【文獻標識碼】B

在診脈過程中最關鍵的環節是脈搏信號的獲取，以及如何確保脈搏信號的效率和質量，因為脈搏信號的質量對于后續的脈象診斷分析工作具有直接的影響。文中論述的多普勒超聲儀器獲取脈搏信號的原理是來自心臟并且流過人體各個器官的血液，可以準確的反應血液黏稠度、流速以及和疾病相關的其他因素，當這些血液流到手腕部位通過多普勒感應設備獲取其信號并對其進行分析，為現代醫生臨床診斷提供了可靠依據。現階段基于多普勒技術脈搏信號分析的形式已經被廣泛接受并應用。

基于多普勒超聲技術的脈搏信號獲取和預處理辦法

多普勒超聲信號采集原理：1845年巴洛特實驗證明了聲波的多普勒效應，上世紀50年代聲波具有多普勒效應的特質被引入醫學領域，在醫學領域聲波的多普勒效應稱為彩色超聲波，即彩超，彩色超聲波由彩色多普勒和黑白B超組成。彩色多普勒一般利用自相關技術處理多普勒信號，經過自相關技術處理的血流信號經彩色編碼實時疊加在二維圖像上得到多普勒超聲脈搏圖[1]。所以，彩色多普勒同時具備了二維超聲圖像優勢和血流動力學信息。1957日本出現了最早的基于多普勒技術的血流檢測儀器。

多普勒超聲技術的脈搏信號獲取：文中的脈搏信號（最大血流速度曲線）是利用CSB2000經顱多普勒脈搏分析儀獲取的，該設備采樣頻率為110Hz，其脈搏信號采集工作程序為：首先，用手指感受患者左右手腕部位脈搏位置，用筆標記出脈搏信號最強的位置。其次，在做了標記的位置涂上超聲耦合劑，將超聲探頭放置在該位置，放置的時候保證探頭方向與血流方向相反，同時要有一定的傾斜角度。

脈搏信號預處理：在進行脈搏信號采集的時候，脈搏信號易被干擾產生高頻噪聲，這些噪聲對于脈搏信號特征有巨大影響。另外呼吸以及人體動作等因素也會干擾到脈搏信號產生基線漂移問題，影響脈搏信號的準確性，從而對于后期脈搏信號特征提取以及分析造成影響。所以在分析處理前必須先對脈搏信號進行預處理，將其高頻噪聲與基線漂移消除掉[2]。

多普勒超聲脈搏信號預處理辦法主要包括小波變化法以及離散小波變換法。

基于疾病診斷的脈搏信號分類研究

現階段脈搏信號分析法主要包括時域分析法、頻域分析法以及時頻聯合分析法。

時域分析法應用廣泛，其主要原理是提取關鍵點，比如對主波峰、超波峰以及降中峽等關鍵點中的幅值、時間點和曲線下面積等特征進行分析。這種方法具有簡單直觀的優點，但是需要提取較多的特征點，而且因為脈搏信號比較復雜容易導致特征點提取不準確[3]。

時頻聯合分析法原理是設計時間與頻率的函數，描述不同時間與頻率時信號的能力密度與強度，從而得到信號在不同時域與頻域的局部化特征。時頻聯合分析法主要包括小波變換法以及小波包變換法。

時域分析法：①脈搏信號時域特征：在同一周期內一個典型脈搏信號包括三個疊加的諧波，即：主波、潮波以及重搏波。主波和潮波間的波谷即為主波峽，潮波和重搏波所夾的波谷為降中谷，符合提取條件[4]。②時域特征的提取：在進行脈搏信號特征點提取時，先要對某些特征點進行定位，如圖1所示，然后利用上文提出的辦法實施脈搏信號預處理，從而消除脈搏信號的高頻噪聲并確保脈搏信號平滑。然后通過差分運算以及簡單判斷對這些明顯特征進行定位。

圖1脈搏信號特征點能量特征提取：通過小波包分解自適應方式選擇脈搏信號能量特征，小波包具有靈活多樣的時頻分解方式，進一步分析小波分析中未細化的高頻部分，提高了時頻分辨率。筆者選擇了經過預處理的具有512個點的信號數據，利用小波函數對脈搏信號進行小波包分解，通過Shannon熵進行小波包二叉樹搜索，從而找到小波包最優基。實驗證明，小波包最優基對應著其二叉樹的5-0、5-1、4-1、4-2、4-3、2-1、1-1節點[5]。然后提取以上節點的小波包系數，同時計算小波包最優基上的能量。

結語

診脈在我國中醫學領域有著幾千年的歷史，因為中醫人為手動診脈具有較大的模糊性以及主觀判斷因素，所以在現代社會急需一種更為科學可靠的技術改善中醫脈象診斷的弊端。文中提出的基于多普勒超聲信號的脈搏信號獲取辦法減少了采集過程中的干擾因素，提高了獲得的脈搏信號的質量和效率，對于現代臨床中醫診斷工作具有重大貢獻，是值得推廣應用的具有巨大發展空間的現代醫療技術。

參考文獻

[1]劉磊.基于多普勒超聲信號的脈象分析與分類研究[D].哈爾濱工業大學，2013.

[2]朱德增.用超聲多普勒血流檢測技術研究脈象的探討[J].上海中醫藥雜志，2000，11（20）：47-49.

[3]高東雯，肖滬生，徐芳，等.超聲WI技術在脈象客觀化研究中的應用[J].上海中醫藥大學學報，2013，03（09）：66-68.

[4]胡曉娟.中醫脈診信號感知與計算機輔助識別研究[D].華東師范大學，2013.

[5]白金星.脈圖信息采集及分析方法研究[D].山東大學，2006.