[发明专利]基于相空间重构的脉搏波观测方法

说明书

技术领域

本发明涉及非线性系统理论技术领域，尤其涉及一种基于相空间重构分析 方法的脉搏波观测方法。

背景技术

获取脉搏数据，并通过分析脉搏数据来诊断人体疾病，是个方便和有效的 途径。20世纪50年代开始至今，随着科学技术的不断发展，作为一种无创伤性 诊断的手段和方法，中医脉诊得到了广泛的临床应用。很多学者在对脉象形成 的生理学机制以及在生理、病理上的意义进行了研究，在此基础上尝试采用数 学方程、物理模型或者波形图等形式来表述常见脉象的特征。另一方面，许多 不同学科的研究者运用现代检测技术的方法和手段，将脉象的物理特征描绘、 记录下来，对所得到的脉图进行定性和定量相结合的识别和分析。现有的脉搏 识别和自动分析的方法，主要是基于脉象图的分析。依赖专家经验，需要建立 疾病的专家诊断系统，和庞大的标准模型库支持，使得不容易做成实时分析监 测的产品。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于相空间重构的脉搏 波观测方法。为基于脉搏的诊断方法提供了一种新的观测角度。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于相空间重构的脉搏波观 测方法，包括以下步骤：

(1)采集脉搏波数据：将连续的脉搏波信息根据采样定理转换为一维时间数据 序列进行分析；

(2)用互信息法求最佳时延：根据互信息法的局部最小值观点选取最佳时延；

(3)Cao方法求最小嵌入维：在最佳时延下得到Cao氏图中的曲线，从而得到 最小嵌入维；

(4)脉搏波时间序列的相空间重构：在延迟时间和嵌入维数确定的情况下，可 以将一维时间序列重构为m维的矩阵，其中，m为嵌入维数；

(5)将高维空间中的相空间向量映射到低维空间：将m维的矩阵投影到二维或 三维空间上；

(6)在低维空间中寻找吸引子；

(7)特征提取：根据重构出的吸引子形状，利用已知样本组的分类信息，找到 能够用于明显区分出两类不同样本的吸引子几何特征上的差异，提取出来作为 能反映相应生理信息的指标。如果特征不是很明显，则返回步骤(4)，直到提 取出用于分类的吸引子。

本发明的有益效果是：本发明通过对分组被测对象的脉搏数据进行采集分 析，利用非线性系统理论，对脉搏信号进行可视化处理，为医生的诊断提供了 一种辅助工具。并通过肝病分类的例子证明了本方法的可行性。

本发明利用相空间重构理论，计算脉搏波样本信号的最佳时延与嵌入维， 对脉搏信号进行重构，并绘制出Cao氏图，和不同嵌入维下的相空间重构图。 找出二维或三维空间中的奇异吸引子。提取出吸引子的特征。作为分类的依据。

以肝病为研究对象，采用本发明中的步骤，对正常组和患病组的脉搏波进 行相空间重构。提取一些直观而简便的可视化指标用于疾病的辅助诊断与预警 依据。为脉搏波智能诊断系统提供了一种较为简便，易于实现的分析方法。

附图说明

图1为本发明中用到的脉搏波样本图；

图2为本发明中的脉搏波相空间重构流程图；

图3采用cao氏法求最小嵌入维图，其中，(a)为患者最小嵌入维图；(b) 为正常人最小嵌入维图；

图4为本发明中采用的两组样本的脉搏波二维重构图，其中，(a)为健康 组脉搏波重构图；(b)为肝病组脉搏波重构图；

图5为本发明中采用的两组样本的脉搏波三维重构图，其中，(a)为健康 组脉搏波重构图；(b)为肝病组脉搏波重构图；

图6为本发明中采用的两组样本在最佳时延下的脉搏波二维重构图，其中， (a)为健康组脉搏波重构图；(b)为肝病组脉搏波重构图；(c)为肝病组畸 变脉搏波重构图；

图7为互信息发求最佳时延示意图。

具体实施方式

1、本发明利用非线性系统分析的理论背景如下：

1.1相空间重构

相空间重构是通过一系列具体算法将隐含在部分变量时间序列中的原系统 整体提取出来的方法，也称为系统的动力学重构(Reconstruction of Dynamics)。

对于单变量的时间序列信号x1，x2，...，xN，重构后的相空间为：

Xi＝[xi，xi+τ，...，xi+(m-1)τ]T(1)