基于二阶导数脉搏波极值点识别的算法

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇基于二阶导数脉搏波极值点识别的算法范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

摘要：该文主要是脉搏波极值点识别的研究，提出一种新的算法即基于二阶导数的极值点来对应原始脉搏波的拐点，阐述算法原理，将其与传统的针对原始波形的极值法进行对比，实践证明，基于二阶导数的极值点识别法更准确且稳定性较好。

关键词：脉搏波；二阶导数；极值点

中图分类号：TN911 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2013）16-3850-03

1 概述

脉搏波[1]是由心脏有规律的收缩所形成的，心脏每收缩一次，动脉内的压力就发生一次周期性波动，而这种周期性的压力变化引启动脉血管发生波动，称此为动脉脉搏。动脉脉搏波沿着动脉管壁向外周血管传播，这种在空间上传播的波动称为动脉脉搏波。动脉脉搏波有两个组成部分，左心室收缩时所产生的前进波及从血管末端折射回来的反射波，分别形成了脉搏波的主波，重博波。

脉搏波包含着人体健康状况的丰富信息，无论是中医脉诊还是西医心血管疾病检查，都要从脉搏波的压力与波形变化中提取各种生理、病理信息。通过脉搏波可以了解病的属性是寒还是热，机体正气是盛还是衰，以及测知病因、病位和判断预后。脉搏波的时域特征[2]直接关系到心脏各项指标，标准脉冲波（如图1所示）具有明显的主波，潮波以及重博波，但每个人的心脏功能有别，脉搏波的形状也不尽相同。例如，主动脉硬化[3]患者脉搏波的特征是主波幅度降低，重博波存在不明显，这种情况下，在原始波形的基础上进行特征点的识别准确度降低且难度加大。因此，准确识别脉冲波的特征点至关重要。

文中阐述的基于二阶导数的极值点识别法主要依据脉搏波这类正弦波原始波形与二阶导数的相关性，其中二阶导数能反映原始波形的凹凸性的重要特征能助原始波形快速准确的识别极值点。

2 基于二阶导数脉搏波极值点识别法

关于研究脉搏波极值点的识别，人们提出了很多方法，其中最常用且简洁的方法是极值法。

2.1 常规极值法[4]

极值法的基本思想是利用原始波形的一阶导数为0的 方法，把脉搏波信号的所有极大值点一次性提取出来，再在极大值点中分离出脉搏波的时域特征点。依据脉搏波所提取的数据主要是极大值点，极值法较传统的特征点提取方法更加准确简明，但是极值法的前提是所采集的脉搏波需要满足两个条件（1）脉搏波必须有三个极大特征点；（2）三个特征点必须明显且准确。对于脉搏波不完整且有抖动和噪声，心脏功能不强的脉搏波用极值法不能准确的区分特征点，所以存在一定的缺陷。

3）由抖动引起的信号采集可能引入信号噪声[7]，使局部信号发生变形失真，从而引起错误的特征提取。为了避免此类情况，要对所采信号进行噪声去除，去噪的目的是为去除一个周期内多个相同特征的提取情况（如一个周期内出现3个主波峰） ，或者一些根本不是特征点的点被提取了出来，去噪原理为相邻脉搏主波峰的间距要大于最小间距差D或者相邻波峰高度之差要小于最小高距差H。

3 实验结果与分析

4 结束语

脉搏波波形的极值点识别的过程中，最常见的问题是波形的抖动以及噪声所产生的本来不属于极值的点被提取出来，常用极值法便是如此，故极值法需要对每一个识别出来的极值点进行计算判断。而基于二阶导数极值点识别方法则很好的解决了这个问题，它将出现误判的比率大大缩小，基本上与原始波形的极值点对应，故而减少了提取的极值点繁琐的判断过程，且准确度更高，更加稳定。

本文从研究极值点识别过程的常见问题出发，提出了基于二阶导数极值点识别的一种新的算法，介绍此种方法的原理以及分析实验结果，进一步验证本文所提出的新算法的可行性。

参考文献：

[1] 赵恩俭.中医脉诊学[M].天津：天津科学技术出版社，1990：18226.

[2] 罗志昌，程桂馨，吴峥嵘，等.人体脉搏波波形参数与生理参数间关系的理论和实验研究[J].北京工业大学学报，1988，14（2）：22229.

[3] 杨福生，高上凯.生物医学信号处理[M].北京：高等教育出版社，1989：3102350.

[4] 唐铭一，李凯，马小铁.脉搏波信号时域特征提取与算法的研究[J].计算机与现代化报，2010（4）.

[5] 王金金.高等数学[M].北京：清华大学出版社，2007.

[6] 合肥华科电子研究所.HK2000系列集成化传感器[EB/OL].http：///xiazai.asp， 2009.04.23.

[7] 王艳芬.数字信号处理[M].北京：人民邮电出版社，2012.

[8] 梁建武.Visual C++程序设计[M].中国水利水电出版社，2007.

[9] 葛洪良.大学物理实验[M].杭州：浙江大学出版社，2011.