脉象信号处理与识别系统设计与研究报告与开发

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1、-1.绪论1.1课题研究的目的意义中医脉诊是一种传统的诊断方法，通过检查与分析脉象的变化，了解人体气血的运行状态及脏腑生理与病理的改变，来达到临床诊断和治疗的目的。自古以来中医一直是靠手指获取脉象，虽然脉诊具有简单、无创、无痛的特点易为患者接受，但是在医疗实践中也暴露出一些缺陷，首先切脉单凭医生手指感觉辨别脉象的特征，受到感觉、经验和表达的限制，并且难免存在许多主观臆断因素，影响对脉象判断的规范化。因而从主观因素上说存在“脉理精微、其体难辨、在心易了、指下难明”等现象[1]。再则，感知脉象无法记录和保存，影响了对脉象机理的研究，因此人们迫切希望尽早实现脉

2、诊的科学化和现代化，实现脉诊客观化，研究脉象的检测方法以及在词基础上进行机理研究已逐渐成为国内外共同关注的课题。脉诊的研究是世界范围的研究，它的客观化研究是将传统医学和现代医学结合，让世界范围的脉诊得到继承和发扬，脉象除了具有病理临床意义之外还有生理和心理的研究价值。它可以自动采集、处理、识别、最后达到诊病的目的。由于它具有无痛、无伤，能用于实时检测的特点，所以它的发展将会带来巨大的社会效益和经济效益，更给患者1.2国内外研究的现状1982年南京中医学院李枝以Navier-stokes方程和连续方程为基础，提出了桡动脉运动参数的量纲分析法。笔者于1983

3、年结合近代生物力学的概念，将中医传统的28脉分为弦滑、迟数、虚实、浮沉、粗细、长短等六大类，认为这些脉象可用以下生物力学的概念的不同组合来加以解释，即血管内压力P、血管的管径ｒ、位移dr、位移的变化dr/dt，动脉血管的顺应性，脉波的反射与共振等。1984年北京大学吴望一提出了桡动脉处存在着血管位移波的新概念。同年中科院血研所的陈先农利用光电式位移传感器通过试验证明了桡动脉处确实存在着弯曲振动，认为这种血管整体性振动与动脉管轴向张力的动态变化有关[2].---。总之，随着认识的深化，国内对中医脉象机理的理论探索也在不断地深入。目前西医对脉象的认识还停留在

4、频率、节律、振幅等的分析上，主要用来辅助诊断心血管系统的疾病，高血压病，无脉症等疾病[3-6]。目前，尚未将脉象信息提高到整体角度或其他脏腑相关的角度进行分析。1.3本文主要研究内容人体系统是时变、非线性、多变量的复杂系统，脉象信号是人体复杂系统的一种重要输出信号。本文以人体复杂系统的脉象输出信号作为研究对象，通过将现代控制理论和现代信号处理方法与我国传统的脉象学相结合，研究人体复杂系统脉象输出信号的各种特征与定量化标准。为完成对脉象信号的定量与定性的客观化研究，需要研究出客观化的完整的简单有效的脉象处理方法。能够在对脉象信号进行特征分析提取基础上，进一

5、步对脉象信号进行量化分类，从}fu建立不同脉象和身体机能的联系，最终达到通过脉象预测疾病的目的。本课题研究主要内容包括:1、模糊模式识别理论对模糊集合相关理论作了一个系统的介绍，研究了隶属函数确定方法以及实现模糊模式识别的常用方法。2、脉象信号的预处理采用小波分析方法去除脉象信号的噪声，如:基线漂移(人体呼吸等低频干扰频率小十1Hz)、由十肢体抖动)J)t肉紧张Ifu引起的干扰、工频干扰等。3、脉象信号的特征提取对十已消除干扰的脉象信号，进行脉象信号的边沿和峰谷特征点定位，根据对脉象信号的基本分解，提取脉象信号的时域特征和多尺度能量特征。4、脉象信号的分

6、类识别根据脉象信号的提取特征，先用模糊聚类分析获得脉象分类并形成标准脉象模型库，再用模糊模式识别对未分类的脉象在标准模型库中找出最接近者。2.脉象及其辨识的基础脉象传感器和脉象仪所记录的脉搏波图(简称脉图)，主要是血管内压力、血管壁张力以及血管整体位移运动的综合力，及其时相变化的轨迹。观察脉图的形态不仅能了解机体循环系统功能活动的情况，并可通过脉图参数的分析，辨识中医脉象的位、数、形、势特征，为中医辨证提供客观指标。.---2.1脉象图的基础2.1.1脉搏波形特征及对应的生理意义脉图的基本图形为二峰波，由升支和降支组成。升支和降支组成主波，降支上有一切迹

7、称降中峡，主波和降中峡之间往往出现重搏前波，又称潮波;紧接降中峡出现的重搏波又称降中波。以上的波和峡是构成脉图的主要成分[1,9,10]，脉搏波是脉搏信号的主要表现形式，脉搏波形蕴涵脉搏所具有的生理信息，研究脉搏主要是以脉搏波为研究对象。脉搏波形与心血管机能状态、生理和病理变化紧密相关。人体的血液循环系统是一个充满血液的弹性体管道系统。人体的血液循环过程反映了血流动力学和血液流变学两种物理学的变化，随着心脏的收缩舒张，在动脉血管的浅表部位，可以触摸和觉察到血管的搏动，其周期和心跳一样，称为脉搏。心脏每收缩舒张一次，动脉系统产生一次压力和血流量的改变，即产

8、生一个脉搏波。人的脉搏信号从时域上看，是一个周期性较强的准周期信号。脉搏波动频率