基于小波變換的脈搏波傳導速度測量研究

李相君

摘要：脈搏波波速是衡量心血管病變的重要指標，對血壓的測量以及心血管病的防治有重大意義。本文將利用小波變換法去除脈搏波信號中的噪聲干擾，小波重構后對脈搏波參考點的選取準確度大幅提高，提高了測量精度，并具有較高的穩定性和重復性。

關鍵詞：脈搏波速；小波去噪；脈搏波傳導時間

中圖分類號：TP29 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）03-0135-02

Abstract：Pulse wave velocity is an important index to measure cardiovascular disease. It is of great significance to the measurement of blood pressure and the prevention and treatment of cardiovascular disease. In this paper， removing noise from pulse wave signal using wavelet transform method， wavelet reconstruction of pulse wave reference point selection accuracy is greatly improved， to improve the measurement accuracy， and have high stability and repeatability.

Key Words：pulse wave velocity；wavelet denoising；pulse wave time

脈搏波波速是衡量心血管病變的重要指標，對血壓的測量以及心血管病的監測有重大意義，是臨床疾病診斷與治療效果評估的重要依據之一[1]。脈搏信號十分微弱，測量過程中易受人體運動，外界噪聲干擾影響，因此要對其降噪處理，保證有用信號的提取。小波變換因其多分辨率和優異的去噪性能被廣泛應用于信號去噪處理[2]。本文提出了一種基于小波變換的脈搏波速法無創多模量血壓模型，應用小波變換對脈搏波信號進行去噪，以獲得特征明顯的脈搏波信號，從而準確計算脈搏波波速[3]。

1 脈搏波導速度的測量原理

本次研究中，脈搏波傳導速率測量方案如圖1所示。圖1中L為手臂動脈兩測量點間的動脈長度，TPTT定義為同一脈搏波到達兩測量點的時間間隔，則脈搏波傳導速度。

2 小波變換原理

由于小波分析繼承了Fourier變換的優良特性， 并彌補了Fourier分析的許多不足而得到了快速發展和廣泛的應用[4]。小波基的平移、展縮功能，使小波具有靈活可變的時間-頻率窗，在高頻時，時間窗變窄，而在低頻時，時間窗變寬，可以聚焦到分析對象的任意細節， 非常適合于分析非平穩脈搏信號。圖2為小波變換原理示意圖。

3 小波實驗

小波去噪的一般步驟為：（1）信號預處理；（2）小波分解高頻系數閾值量化；（3）一維小波重構。

對含噪信號小波分解前，首先需要選擇一種適合去噪信號的小波。因為對同一信號，用不同小波分解重構效果不同。對于連續性較好的信號，采用db5 小波去噪較好，且理論上來說，小波尺度函數與信號越相近，去噪效果越好。以MATLAB 小波工具箱中脈搏波的信號為測試對象，對原始信號進行加噪處理，用db5小波對含噪信號進行去噪處理。對采樣到的袖帶壓數據進行db5 小波5層分解，對高頻系數采用軟閾值固定去噪，去噪后再進行小波重構得到去噪后的信號。其實驗前含噪脈搏波信號如圖3所示，db5小波分析結果如圖4所示。

從圖中可以看出，經過小波處理后重構的脈搏波信號變得非常的平滑，噪聲基本上被濾除，保證了后期處理對信號信噪比的要求。

4 脈搏波波速測量結果

在對脈搏波進行小波去噪之后，能夠更準確地選取脈搏波特征點，大幅提高了脈搏波傳導時間的提取精度，并計算出脈搏波波速。對同1名實驗者，同時在其左右兩側手臂測量9次其脈搏波傳導速度，實驗結果如表1所示。

測量數據的穩定性可以通過標準偏差來衡量。對九次測量所得的18組脈搏波速結果進行計算可知，其標準差為0.0899，表明本方法所測得的脈搏波傳導時間具有較高的穩定性和重復性。

參考文獻

[1]顧亞雄，楊濤，包科，等.脈搏波波速法無創血壓測量中多模量血壓計算模型研究[J].中國生物醫學工程學報，2016，35（6）：691-698.

[2]張麗瓊，王炳和.基于小波變換的人體脈搏信號去噪處理[J].陜西師范大學學報（自科版），2004（S1）：84-86.

[3]王鵬，魏守水，黃青華.基于小波變換的自適應濾波器消除脈搏波基線漂移[J].中國醫學物理學雜志，2004，21（5）：296-299.

[4]包科，顧亞雄，高俊，等.基于脈搏波傳導時間的連續血壓測量系統[J].生物醫學工程研究，2016，35（1）：41-45.