[发明专利]一种基于聚类分析的光电容积脉搏波分析处理方法

说明书

一种基于聚类分析的光电容积脉搏波分析处理方法，包括以下步骤：1)采集手指端的光电容积脉搏波信号，对光电容积脉搏波信号低通滤波，放大后传送给上位机；2)使用数字滤波器对采集到的信号进行噪声滤波处理，得到纯净的脉搏波信号；3)对纯净的光电容积脉搏波信号进行差分处理，提取其波峰波谷点；4)计算提取到的波形信号中各个单周期的k’值和独立脉压指数P1、P2；5)对单次采集波形中提取出的各心跳周期的k’值和P1、P2值进行聚类分析，提取出代表波形；6)对代表波形进行特征参数采集；通过对代表波形的特征参数提取，从而相应地提高了建模的效率和精度。

技术领域

本发明属于生物信号处理技术领域，尤其涉及一种基于聚类分析的光电容积脉搏波分析处理方法。

背景技术

当血压以波的形式从心脏向整个循环系统传播时，人体内循环系统由于血液在血管内的容积发生变化对血管壁产生的压力随之变化，这样的变化体现在脉搏波的波形变化。因此脉搏波蕴含着大量的生理及病理信息。

根据朗伯比尔定律和光的散射理论，当一定波长的光束照射到某一物质时，其吸光度与物质的浓度和光程呈很好的线性关系，所以当恒定波长的光照射到人体上时，通过人体组织的吸收、反射衰减后测量到的投射或者反射光在一定强度上反映了被照射部位组织的结构特征。光电容积脉搏波描记法就是通过这个原理，借助光电手段在活体组织中检测血液容积的变化的一种无创检测方法。当心脏收缩射血时，血管内血液容积增大，此时对光的吸收量增大，接收器检测到的光的强度小；在心脏舒张时，血管内的血液容积减小，此时对光的吸收量减小，接收器检测到的光的强度大，将接收器接收到的光的强度信号转化成电信号便可获得容积脉搏波。由此可见，容积脉搏波中的血流容积变化中包含有心搏功能等诸多心血管系统重要信息。

在进行脉搏波特征参数与相关病理模型的建立时，首先应该进行的是对脉搏波的采集和特征参数的提取。目前来说，在进行人体光电容积脉搏波的提取时，通常是提取若干个心跳周期的波形作为单次处理的波形数据，在后续对相关病理进行建模时就采用所提取到的若干个心跳周期中的所有数据进行分析处理。由于人体是一个复杂的系统以及光电信号是一个相对较弱的信号，在采集容积脉搏波的过程中人体内部细微的变化或者是受到外界的微弱干扰就会影响到最终采集到的脉搏波波形，导致在采集到的容积脉搏波中有几率出现部分“失真”的单周期波形。这种“失真”单周期波形表现在特征点异于大多数单周期波形以及峰值过大或者过小。在对包含这种“失真”波形的脉搏波数据进行特征参数提取时，会影响到特征参数的准确性，亦会对后续的模型精度产生影响。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提出一种基于聚类分析的光电容积脉搏波分析处理方法，对采集到的若干心跳周期的脉搏波进行聚类分析，提取出可以代表单次采集波形的代表性单心跳周期波形，有效的避免了采集过程中因存在“失真”波形而对后续特征参数的提取产生的影响。本方法可以起到提高计算特征参数的速度和准确度以及提高建模效率和精度的作用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于聚类分析的光电容积脉搏波分析处理方法，包括以下步骤：

步骤1，基于朗伯比尔定理的原理，使用红外波段的光源照射人体指端，由光电探测器采集透射过指端的光信号，对含有高频噪声的光电容积脉搏波信号采用模拟滤波器进行低通滤波，并使采集到的光电容积脉搏波信号通过放大电路进行放大，再对其进行A/D转换后将数据传送给上位机；

步骤2，采用数字滤波器对光电容积脉搏波信号进行再处理，使采集到上位机的光电容积脉搏波信号获得纯净的信噪比；

步骤3，对处理后纯净的光电容积脉搏波信号，利用微分阈值法提取其波峰波谷点；

步骤4，根据波谷对采集到的容积脉搏波信号进行周期划分，并根据公式(1)、公式(2)、公式(3)计算出各个单周期脉搏波的k’值和独立脉压指数P1、P2；