基于小波变换的脉搏波传导速度测量研究

李相君

摘要：脉搏波波速是衡量心血管病变的重要指标，对血压的测量以及心血管病的防治有重大意义。本文将利用小波变换法去除脉搏波信号中的噪声干扰，小波重构后对脈搏波参考点的选取准确度大幅提高，提高了测量精度，并具有较高的稳定性和重复性。

关键词：脉搏波速；小波去噪；脉搏波传导时间

中图分类号：TP29 文献标识码：A 文章编号：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

脉搏波波速是衡量心血管病变的重要指标，对血压的测量以及心血管病的监测有重大意义，是临床疾病诊断与治疗效果评估的重要依据之一[1]。脉搏信号十分微弱，测量过程中易受人体运动，外界噪声干扰影响，因此要对其降噪处理，保证有用信号的提取。小波变换因其多分辨率和优异的去噪性能被广泛应用于信号去噪处理[2]。本文提出了一种基于小波变换的脉搏波速法无创多模量血压模型，应用小波变换对脉搏波信号进行去噪，以获得特征明显的脉搏波信号，从而准确计算脉搏波波速[3]。

1 脉搏波导速度的测量原理

本次研究中，脉搏波传导速率测量方案如图1所示。图1中L为手臂动脉两测量点间的动脉长度，TPTT定义为同一脉搏波到达两测量点的时间间隔，则脉搏波传导速度。

2 小波变换原理

由于小波分析继承了Fourier变换的优良特性， 并弥补了Fourier分析的许多不足而得到了快速发展和广泛的应用[4]。小波基的平移、展缩功能，使小波具有灵活可变的时间-频率窗，在高频时，时间窗变窄，而在低频时，时间窗变宽，可以聚焦到分析对象的任意细节， 非常适合于分析非平稳脉搏信号。图2为小波变换原理示意图。

3 小波实验

小波去噪的一般步骤为：（1）信号预处理；（2）小波分解高频系数阈值量化；（3）一维小波重构。

对含噪信号小波分解前，首先需要选择一种适合去噪信号的小波。因为对同一信号，用不同小波分解重构效果不同。对于连续性较好的信号，采用db5 小波去噪较好，且理论上来说，小波尺度函数与信号越相近，去噪效果越好。以MATLAB 小波工具箱中脉搏波的信号为测试对象，对原始信号进行加噪处理，用db5小波对含噪信号进行去噪处理。对采样到的袖带压数据进行db5 小波5层分解，对高频系数采用软阈值固定去噪，去噪后再进行小波重构得到去噪后的信号。其实验前含噪脉搏波信号如图3所示，db5小波分析结果如图4所示。

从图中可以看出，经过小波处理后重构的脉搏波信号变得非常的平滑，噪声基本上被滤除，保证了后期处理对信号信噪比的要求。

4 脉搏波波速测量结果

在对脉搏波进行小波去噪之后，能够更准确地选取脉搏波特征点，大幅提高了脉搏波传导时间的提取精度，并计算出脉搏波波速。对同1名实验者，同时在其左右两侧手臂测量9次其脉搏波传导速度，实验结果如表1所示。

测量数据的稳定性可以通过标准偏差来衡量。对九次测量所得的18组脉搏波速结果进行计算可知，其标准差为0.0899，表明本方法所测得的脉搏波传导时间具有较高的稳定性和重复性。

参考文献

[1]顾亚雄，杨涛，包科，等.脉搏波波速法无创血压测量中多模量血压计算模型研究[J].中国生物医学工程学报，2016，35（6）：691-698.

[2]张丽琼，王炳和.基于小波变换的人体脉搏信号去噪处理[J].陕西师范大学学报（自科版），2004（S1）：84-86.

[3]王鹏，魏守水，黄青华.基于小波变换的自适应滤波器消除脉搏波基线漂移[J].中国医学物理学杂志，2004，21（5）：296-299.

[4]包科，顾亚雄，高俊，等.基于脉搏波传导时间的连续血压测量系统[J].生物医学工程研究，2016，35（1）：41-45.