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【DQ045】应用LabVIEW进行人体脉搏分析

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dq045 应用 利用 运用 labview 进行 人体 脉搏 分析
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【DQ045】应用LabVIEW进行人体脉搏分析,dq045,应用,利用,运用,labview,进行,人体,脉搏,分析
内容简介:
目 录 1. 任务书 2. 开题报告 3. 文献综述 4. 外文翻译 5. 外文原文 6. 诚信承诺书 物理与信息工程学院毕业设计(论文)开题报告表 信息与通信工程 系 通信工程 专业 2002 级 时间 : 题名称 应用 行人体脉搏分析 指导老师 王华栋 学生姓名 祝熙 课题类型 试验研究 进行方式 真题真做 结合情况 科研 承续类型 部分更新 课题简介 (基本内容及意义) 人体脉搏系统 具有重要的临床诊断价值 ,人体脉搏信息理论已成为发展无创伤诊断技术的前沿课题之一。但是目前的研究主要是与 传统 中医相结合,通过运用中医的理论来诊断各种疾病,而我们的研究另辟蹊径, 应用物理的方法,通过采集 心血管疾病患者 与健康人的脉搏数据,建立数据库,然后通过频谱分析、时域分析、模式识别等方法直接研究心血管疾病病人的脉搏信号特征与正常人的信号脉搏特征。 初步方案 初步方案: 1)通过 列集成化脉搏传感器进行 脉搏信号的检测与提取。 2)脉搏传感器与计算机 口之间的协议, 3)利用 功能强大的而又灵活的应用仪器、分析和控制的软件平 行脉搏图象的显示与 图谱 分析, 4)建立数据库,保存频谱图像, 5) 综合 利用时域分析、频域分析、模式识别等方法对图像进行分析,找出心血管疾病病人脉搏的信号特征。 预计存在的问题及解决方法 数据采集使用 传感器,传感器和计算机之间的协议需要解决 ;数据采集到计算机上之后用什么办法加以分析显示的问题需要解决,初步定为应用 虚拟仪器的软 件 行 显示与 分析; 对于 心血管病人的脉搏信号特征 的研究 到目前为止还 不够充分 ,需要根据实际情况 再 加以分析 和 解决。 教研室 意见 院教学指导委员会意见 本科生毕业设计(论文)任务书 2006 年 03 月 20 日至 2006 年 06 月 10 日 题 目: 应用 行人体脉搏分析 姓 名: 祝熙 学 号: 1002594 学 院: 物理与信息工程学院 专 业: 通信工程 年 级: 2002级 指导教师: (签名) 系主任(或教研室主任): (签章) 设 计 ( 论 文 ) 任 务 (包括原始数据、技术要求、工作 要求) 一、原始研究 脉搏系统和脉搏信息的研究包括两大方面,一个是理论分析与计算,即建模方面,二是信号检测与分析。在信号检测与分析方面主要包括三个方面:脉搏信号的检测与提取,脉搏信号处理与特征提取,脉象模式分类。 现在大部分的研究主要是 与传统中医相结合,提取人体脉搏信号,然后分为平脉、滑脉、结脉等 28 种脉象 ,进行时域分析、频域分析、小波分析、句法分析等等 。 我们要在这么基础上, 另辟蹊径,从物理的角度 直接 分析脉搏信息, 而不是从中医的角度来给脉搏进行归类, 从脉搏信息中分析出新 特征 。 二、技术要求 要求对人体脉搏采集系统有一定的了解 对数据库理论有深入的了解,能熟练掌握建立数据库的方法 对 件的应用要熟练掌握,要求能进行较深入的学习与探讨 ,并能进行 脉搏信息各种分析方法。 三、工作要求 要能将人体脉搏信号采集到计算机上,能够存储并显示。 本次毕业设计涉及到脉搏的信号分析,所以要掌握 个软件, 了解时域分析、频域分析、句法分析、小波分析、等 各种信号分析的方法 。 并要进行脉搏特征的提取。 要求在掌握信号分析的基础上建立数据库,对病人脉搏信息和正常人的 脉搏信号信息进行分类与比较。 毕业设计(论文)的主要内容 一、设计目的及意义 人体脉搏系统是心血管系统的重要组成部分,在中国传统医学和现代医学中具有重要的临床诊断价值,中医可以通过切察和分析人体的脉象特征来诊断疾病和肺腑的活动规律。所以中外学者对人体脉搏信息和中医脉诊理论的研究有很浓厚的兴趣,这已成为发展无创伤诊断技术的前沿课题之一。但是目前的研究主要是运用现代的技术与传统中医相结合,分析出代脉、结脉、 平脉、滑脉 之间 的区别,而我们这次的主要研究是针对 心血管疾病的脉搏信息,采集之后 通过时域分析、频域分析、模式识别等方法来 找出特征量。 二、工作任务 通过运用 列集成化脉搏传感器对人体脉搏信号进行采集,把传感器与计算机 口之间的协议解决 。 建立病人与正常人脉搏的数据库 。 学习使用收集的脉搏信息进行分析与显示,进一步的学习与探讨各种脉搏中所包含的信息。 三、进度安排 第一阶段(月日月日):收集资料,分析人体脉搏信息采集及分析的研究现状和发展前景。 第二阶段(月日月日):系统学习所需要的软件,比 如 据库及 视化编程语言。 第三阶段(月日 月 日):深入了解脉搏信号分析的理论方法,进行脉搏信号的检测与提取,脉搏信号的处理与特征的提取。 第四阶段 (月日月日):综合分析数据与应用,撰写论文。 毕业设计(论文)任务更改记录 更 改 原 因 更 改 内 容 主要参考文献 1 王炳和 西安武警工程学院 :生物医学工程学杂志 , ). 2 电子工业出版社 3金观昌 鲍乃铿 点脉搏计算机辅助测试系统研究 1999 年 第 39 卷 第 8 期 . 4张大祥 江西 :南昌市第 二医院 ,1981. 5王炳和 脉搏声信号检测系统实验设计及功率谱特征 1998;20(3):158 6蔡轶衍 黄祥林 电子测量与仪器学报 ,2002;14(4) 7燕海霞 勤 脉象信号分析方法的研究与应用新解 2005;23(1) 8王保义 唐敬贤 四川大学学报 ,1988;25(4) 9of in 福 州 大 学 物 理 与 信 息 工 程 学 院 产学研联合指导毕业设计工作申请表 今年我院实施产学研联合指导毕业设计工作,由用人单位立题、指定专人负责指导,并试用毕业生,校方积极配合。现请用人单位填写下表。 福州大学物理与信息工程学院 年 月 日 学生姓名: 学号: 专业: 联系电话: 用人单位名称: 通讯地址: 邮编: 负责人姓名: 联系电话: 单位提供课题名称: 单位提供导师简介表: 姓名 学历 职务 职称 所学专业 现从事专业 校内导师 单位导师 用人单位负责人签字: 用人单位盖章: 福州大学 本科生毕业设计(论文) 文 献 综 述 姓 名: 祝熙 学 号: 1002594 学 院: 物理与信息工程学院 专 业: 通信工程 年 级: 2002 级 2006 年 06 月 10日 第一章 课题意义 脉博是由心脏搏动而引起 ,经动脉和血流传至远端的桡动脉处 ,它携带有丰富的人体健康状况信息。早在公元前 7 世纪脉诊就成为中医的一项独特诊病方法。但自古以来中医一直是靠手指获取脉搏信息 (即脉象 ) ,这难免存在许多主观臆断因素 , 况且这种用手指切脉的技巧很难掌握 , 据说至少要有 5 到 8 年的时间才有可能掌握 ,因此人们迫切期望尽早实现脉诊的科学化和现代化 ;另一方面从西医的角度看 ,近年来人们也试图根据脉搏波的变异性来评价和诊断人体心血管系统的病变 ,以便能找到一个有效的心血管疾病早期无创诊断的方 法。因此 , 对脉搏信号进行无失真的检测、采集和处理是一项重要而很有意义的基础工作 ,它是对脉搏信号进一步分析并依此对心脏及动脉血管系统疾病进行预报和诊断的前提。 而应用 简单易用性且功能强大的图形 化开发平台 行数据的采集与处理可以使这项工作变得简单易行 ,将数据直接采集到计算机中进行分析而无需复杂的硬件设备 ,利用各种分析方法将脉搏的信息明显的展示出来,通过模式识别找出各种病理的特征参数 。 使无创诊断的研究上升了一个新的高度 并为临床检测提供了依据 。 第二章 国内外相关研究的现状与研究方法 脉搏系统和脉搏 信息的研究包括两大方面 : 一是理论分析与计算 (即建模方面 ) ; 二是信号检测与分析。从发表的文献来看 , 国外在前一方面做了大量的研究 , 也早于国内学者 ; 而国内在后一方面的研究多于国外。 但是 通过使用 信号 进行 检测与分析 的还是少数 。 对脉搏信号的分析主要包括以下三方面 : ( 1) 脉搏信号检测与提取 英国人 最早设计了以弹簧为动力的杠杆式脉搏传感器 , 并记录了桡动脉脉搏波。自 20 世纪 50 年代以来 , 应变计式、光电式、压电晶体式、电阻压力式等直接“接触式”的脉搏传感器陆续问世 , 使脉 搏检测技术在临床和基础医学研究中得到了广泛应用 , 脉搏已成为心脏、动脉血管功能无创检测的重要参考指标 , 并在多种生理测量中用作时间标志参考信号。而且 , 脉搏测量技术已成功地应用于中医脉象的客观检测中 , 为脉象辨识提供了重要的信息。这些传感器的原理不尽相同 , 测出的脉搏信号成分亦不完全相同。用测压式传感器检测的脉搏信号通常称为压力脉搏波 ; 用容积式传感器检测的脉搏信号称为容积脉搏波。而对桡动脉处的脉搏信号 , 目前主要是用国内生产的各种“接触式”压力传感器检测 , 它们测取的是寸口组织的力变化量 7, 而且获得 的信号幅度微小。我们采用合肥华科电子技术研究所研制的 成化数字脉搏传感器。它将力敏元件( 电膜)、灵敏度温度补偿元件、感温元件、信号调理电路集成在传感器内。灵敏度高;抗干扰性能强;过载能力大;一致性好;性能稳定可靠;使用寿命长。 ( 2) 脉搏信号处理与特征提取 目标信号检测的关键是提取信号的特征。在实际中 ,目标信号总是淹没在大量的杂波或干扰中 ,而且目标信号的幅值或功率较杂波或干扰信号可能还低得多 ,这就需要进行有效的信号处理。 时域分析法: 目前国内对脉象信号的特征提取方法 ,多数采用时 域分析法 ,即在时间方向上分析波动信号的动态特征 ,通过对主波、重搏前波 (也叫搏波 ) 、重搏波的高度、比值、时值、夹角、面积值的参量分析 ,找出某些特征与脉象变化的内在联系 8 。时域分析法包括直观形态法、多因素识脉法、脉象速率图法、脉图面积法。直观形态法。 直观形态法:直接通过脉图的形态分析 ,在时域脉搏图中提取特征信息 ,如脉象图的波、峡的高度 h、相应时值 t 、脉图面积 收缩期面积 ) 、 舒张期面积 ) 等参量 ,从而了解脉动频率和节律、脉力的强弱、脉势的虚实和脉象形态特征等 9。李杰等应用 型中医脉象仪检测了不同海拔高度健康汉族青年脉象图 ,并比较 t 、 t 、 主要脉图参数 ,结果表明这些参数在不同海拔高度上有一定差异 10 。 多因素识图法:对脉象进行多因素分析。由于中医的指下感觉是各种因素的模糊集合 ,以一维脉象信号进行形态分析是很难全面反映这种特性的。因此李景堂提出每个寸、关、尺脉均应包括脉波 - 脉位趋势图、脉象波形图、脉率趋势图、脉道形态示意图来进行脉象的多因素分折。郑行一以获得的二维信号为基础 ,用空间幅度分布图、间 - 空特征图、脉宽踪迹图来进行脉象分析 11。金黎明等提出脉象识别的九类特征参数 ,包括最佳切脉压力、脉力、脉幅、脉形、脉波 - 脉位趋势图、脉率、节律、脉体 ,用于模拟医生脉诊各种指感信息 12。 脉象速率图(脉象微分图)。速率图反映的是脉图曲线中任意一点的变化率 ,它能更加灵敏地反映脉图中各个生理特征点。如脉波为压力波时 ,则微分图为形 ,如脉波为动脉管的位移波时则为位移的微分。有学者已应用脉象速率图分析出平、滑、弦脉的不同 9 。 脉图面积法是以脉搏波波图面积变化为脉搏波波形特征量 K 值的提取 方法。罗志昌研究证实由心血管生理和病理上的变化将会引起脉搏波波图特征和面积的相应变化 ,它可反映在特征量 K 值的变化上 ,不仅很有规律 ,而且相当敏感 ,因而在临床上有重要的应用价值 ,是心血管临床检查的一个重要生理指标 13。脉图面积法虽简单直观到只有一个特征量 K,但由于不能得到真实的脉搏波曲线的全部细微变化 ,因此比较粗糙 ,容易造成误诊 ,难以临床使用 14。 频域分析法: 频域分析主要是通过离散快速傅里叶变换 ,将时域的脉搏波曲线变换到频域 ,得到相应的脉搏频谱曲线 ,通过频谱曲线的特征分析 ,从中提取与人体生理病理相应的信息 ,实现脉象分类。 与 时域分析不同 , 脉搏信号的频域特征可分辨性好 , 因此 80 年代以来国内外一些学者开始在频域内对脉搏信号进行分析 4, 15, 17, 18, 21 , 初步取得了有意义的结果。 频域分折包括功率谱分析和倒谱分析 26。 赵承筠等 18对妊娠滑脉和非妊娠滑脉作频谱分析 , 发现两者频谱谐波的相对幅度和数目存在明显差异 ; 刘广斌等 17对滑脉与健康妇女的脉搏信号作了功率谱比较 , 其主要结果是 , 健康妇女脉搏功率谱的能量分布在 0 20 , 大于 20 频段上无能量分布 , 两种滑脉信号的功率谱绝大多数能量仍分布在 20 内 , 但 20 上均有能量分布。虽然这些研究只是初步的 , 但从频域所得到的结果是普遍的和确定的 , 这种从频域和能量的角度来分析脉搏信号的思想是十分正确的。我们从能量角度研究了几种不同疾病脉搏信号的特征频域特征和差异 , 利用频域分析的延伸技术 倒谱与同态解卷 ,首次估计出了人体脉搏系统的传递函数 , 分析了脉搏系统的频率特性 19。 宋建勤等运用倒谱理论讨论了正常心律和非正常心律受检者的脉搏信号在倒谱域中的特征表现 ,并通过对 286 例脉搏信号的倒谱分析 ,发现代脉信号与其他正常心律脉搏信号的倒谱特征差别显著 20 频域分析法中我们主要采用功率谱分析 对脉搏信号进行分析 。 时频联合分析法 时频表示 ( 是把一维信号或系统表示成一个时间和频率的二维函数 ,时频平面能描述出各个时刻的谱成分。常用的时频表示方法有短时傅立叶变换和小波变换 (。 短时傅立叶变换 (方法:是一种广义情形 ,是一种线性时频表示方法 ,它依赖于被分析信号的线性特性 ,即信号的频谱与在数据中提供正弦成分的幅度成线性比例。其最主要的优点是容易实现、计算简洁有效 ,而它主要的缺陷是时间和频率分辨率在整个时频平面上固定不变。另外的限制是对一个特殊的信号 ,需要一个特殊的窗才能得到最佳分辨率。 小波变换 (:是另外一种重要的线性时频表示 ,它在时频平面上具有可变的时间和频率分辨率 ,把 的正弦基函数修改成在整个时频平面上具有可变时频分辨率的基函数 ,使得它在高频区域能够提供高的时间分辨率 ,而在低频区域能够提供高的频率分辨率。小波变换这种独特的能力使其成为分析脉搏这种非平稳信号的有力工具 22。在目前已知的小波函数中 ,复值调制的 数是使用最高的小波之一。谢家宇等应用连续小波变换分析了海洛因吸毒者和正常人的脉象信号 ,发现在 012 014s 时间间隔内 ,两者脉象信号的连续小波变换系数间存在显著差异 ,并提出了划分海洛因吸毒者与正常人的临界参数 23 。 ( 3) 脉象模式分类 脉图的人工识别 80 年代初 ,有人对测量记录的脉象图参数在时域内进行人工测量 ,标定 ,并依此对脉象进行识别。如通过分析 W 等这些特征峰、谷的幅度、形态及时间参数及它们的变形参数 ,经过大量实验得到这些参数 与各脉名的对应关系 ,就可以用这些特征参数判断脉象类别。在特征分折方面 ,还可以来用统计方法 ,计算脉图采样点的均值向量、协方差矩阵等统计特性 ,作为脉象判别的依据。通过对频谱曲线进行分析研究 ,同样可以得到与脉象相对应的特征描述 ,为脉象判别提供依据。 计算机的自动识别法 随着计算机运用的普及及技术的智能化日益引起人们的关注 ,人们越来越多地以计算机处理各种各样的信息 ,以代替人工的费时费力。计算机的自动识别法是用计算机对脉图进行分析 ,筛选各项指标 ,挑出主要指标 ,运用多因素分析法建立判别及诊断比较。金黎明等建立了一套 中医脉象计算机识别软件系统。其中用汇编语言将寸、关、尺三个脉波实时采样成时间序列并进行实时动态显示 ,采用键盘中断功能控制切脉压力、数据采集、作图显示等。根据统计模式识别理论 ,在系统中建立了一个知识库 ,用自学习方法修改该知识库 ,以提高识别精度 12。 脉象模糊属性识别方法 80 年代出现的用句法分析指导的脉象模糊属性识别方法 ,从根本上抛开了人工测定脉图指标的判据 ,它是从检测到的脉搏波上进行采样、基元抽取及基元属性提取等 ,然后作分类 ,这就使得计算机识别有可能突破医生的水平。模糊聚类法用于人体脉象的识别研究 也获得了较高的正确率 24。王炳和等对脉搏声信号进行 型拟合来完成特征提取 ,并通过 变换实现特征压缩 ,然后讨论了一种新的 类方法 类法 ,最后给出了对临床实测脉象信号聚类的实验结果。但研究结果显示这种聚类的正确率还有待于提高 25。 人工神经网络 (技术 近年来兴起的人工神经网络 (技术是对人脑神经元结构和功能的简化与模拟 ,已在模式识别和故障诊断领域显示出了极大的应用潜力和优越性 ,目前已有学者采用 法对中医脉象进行辨识 ,通过大量脉象信号样本的学习和临床检验 ,取得了较高的正确识别率。王炳和等用传统的模糊聚类方法对 4种常见脉象 (平、弦、滑、细脉 ) 识别的正确率平均约为 75 % ,而采用神经网络方法对这 4 种脉象进行识别的正确率平均达到 87 %27。胡家宁等基于脉象模糊性处理的要求 ,提出一种以人工神经网络为手段的脉象智能分析系统模型。该人工神经网络辨识系统不以单一脉本身为处理对象 ,而考虑它是否是某些足以将其区分的特征的组合 ,通过对采样数据的实际处理 ,按照各特征网络训练的要求 ,形成了样本数据库 ,探讨了神 经网络用于脉象分析的特点 ,系统分析结果证实了人工神经网络用于脉象分析的可行性和优势 28。 第三章 一个基于图形化编程语言的开发环境。这种图形化的程序开发方式比文本代码更自然、更直观。可以通过各种交互式的控件选板、对话框、菜单及数以百计的函数模块(通常称为 序)来使用这些工具和函数进行编程。可以将这些 块拖拉到程序框图中,并定义它在应用程序中的功能。这种方法大大缩短了从配置解决方案到最终完成开发所花费的宝贵时间。 决了功能强大又 灵活易变的编程语言与基于配置、简单易用的编程工具之间历来存在着的矛盾 。 它所包含的各种特性使其成为开发测试、测量、自动化及控制应用的理想工具,可以提供与编程经验相匹配的用户界面,从而可以迅速地开发应用系统,完成产品设计验证与自动化控制等应用。还可以交互式地配置的各种函数,并随时观察配置效果,而无需等到完成整个程序编制时才能看。另外, 建立在功能齐全的编程语言的牢固基础上的,因此可以充分利用功能强大的、用户可自定义的程序组件及构架。 序称为“虚拟仪器程序”,简称 括三个部分 :程序前面板、程序框图和图标 /连接器端口。在计算机显示屏幕上利用 供的功能库开发工具产生一个程序前面板,即仪器的虚拟面板。在程序前面板上,输入量称为控制器,输出量称为指示器。控制器和指示器是以各种图标形式出现在前面板上,如开关、旋钮等。 在后台则利用图形化编程语言编写框图程序,构成一个 程序前面板对应。框图程序由端口、节点、图框和连线构成。其中端口被用来同程序前面板的控制器和指示器传递数据,节点被用来实现函数和功能调用,图框被用来实现结构化程序命令,而连线则代表程序 执行过程中的数据流。 一种结构化开发平台。结构化是指 程序完全支持顺序结构、循环结构和条件结构三种标准结构,同时 是层次化和模块化的,可用作其它程序的子程序。 其它程序调用时,称之为 I。用户可以把一个题目分解为一系列的子任务,每个子任务还可以进一步分解成许多更低一级的子任务,直到把一个复杂的任务分解为许多子任务的组合 后将之逐步组合成能够解决最终问题的程序。 这次毕设中主要用到的函数模块包括 端口数据的读写( , 时域分析, 频谱分析,数据 记录, 等等。 通过使用 比特的格式来 读取数据 ,存储到计算机,并进行各种分析运算而不用增加额外的硬件设备。 第四章 存在问题 从上世纪 50 年代至今 ,广大学者在脉象信号分析方法方面的研究已日渐深入。从单一的时域分析到小波分析 ,从最早的人工脉图识别到人工神经网络技术的应用 ,已逐步实现模拟人脑神经元结构和功能对脉象信号进行识别。但从这些方法的研究和应用现状来看 ,仍存在许多不足之处 : 在时域分析法存在明显的不足 : (1)“脉象 图”中的许多时域特征 (如“重波前波”、“切线斜率” 等 ) 不明显、很难准确确定 , 仍凭经验估计 , 随机误差很大。(2) 时域脉图法的特征参数很多 , 目前不能确定出统一的标准。 (3) 时域脉图法往往是分析一个周期的波形特征 , 不能将脉搏所包含的全部信息利用和体现出来 , 因为它仅仅建立在一个周期曲线的某些点上。所以 , 时域内对脉象的识别正确率很低 (仅约 50% 60% )。 在频域 分析法中存在的不足: 特征值提取的还不是很明确,没有把频域中的参数标准化。 脉象的计算机识别主要困难在于 : (1) 脉象信号的特征差异不 仅表现在时域波形的形态上 , 而且表现在频域的能量分布、频谱的形状及韵律等特征上。 (2)中医所言的同一脉象 , 在不同人之间 , 其时域形态也存在差别。因此到目前为止 , 脉象的计算机特征提取和识别仍令人很不满意。仅仅建立在以时域特征为基础的计算机识别效果 , 是不可能达到医生的诊断水平的 。 整体的分析中存在 的不足: (1)何应用 (2)与临床的结合不够紧密 ,仅限于小样本的实验研究 ,难以提供对临床诊疗有价值的参考依据 ; (3) 脉 象特征提取与识别的方法不统一 ,难以临床推广。 第五章 展望未来 1、统一脉压采集仪器,脉诊的分析方法和标准化; 2、将完整的和动态的脉诊研究和临床结合起来; 3、应用一些现代信号处理技术并且寻找脉诊的新突破; 4、将一些其它的诊断方法结合进来,例如舌头诊断、心电图、脑电图。 参考文献 : 1 陶祖莱 . 生物流体力学 . 北京 : 科学出版社 , 1984 2 L W , . F of M E, 1985; 32 (3) 245 3 罗志昌 , 程桂磬 , 王丽娟等 . 由脉搏波计算人体心输出量的方法及其在临床中的应用 . 北京工业大学学报 , 14 (2) 13 4 o of in ro le of . M E, 1996, 43 (1) 46 5 陈君楷 . 心血管流体动力学 . 成都 : 四川教育出版社 , 1990 308 6 中国医学百科全书 生物医学工程分册 . 人民卫生出版社 ,1993 125 7 陈先农 , 罗致诚 . 一种区分检测中医脉象学脉波信息的新方法 1984, 3 (3) 170 8 邓原成 ,王新 . 脉象图的参数模型及其应用研究 J 1994 ,13 (1) :1 9 9 费兆馥主编 . 中国脉诊研究 M . 上海 :上海中医学院出版社 ,1991 10 李杰 ,韩文 ,王津慧 ,等 . 不同海拔高度健康汉族青年脉象图研究 J . 浙江中医杂志 ,1997 , (2) :53 55 11 胡家宁 ,王秀章 . 客观脉诊进展 J . 辽宁中医杂志 ,1994 ,21 (1) :45 47 12 金黎明 ,王丰尧 J 1991,12(1):52 56 13 罗志昌 ,张松 ,杨文鸣 ,等 . 脉搏波波形特征信息的研究 J . 北 京工业大学学报 ,1996,22 (1):71 79 14 常昌远 ,骆璇 ,缪炳友 ,等 . 脉搏波的函数叠加逼近分析方法的研究 J . 应用科学学报 , 2000 ,18 (2) :135 138 15 L W , . F of M E ,1985; 32 (3) 245 17 刘广斌 , 樊小力 , 黄洛秀 . 两种滑脉患者与健康妇女指端容积脉搏波的功率谱分析 . 西安医科大学学报 , 1990; 11 (3) 201 18 赵承筠 , 刘永欣 , 陈玉琴 . 妊娠滑脉脉图分析 . 上海脉象协作组编 , 中医脉象脉图诊断研究 (内部资料 ) , 1985 32 19 王炳和 , 相敬林 . 基于信号检测的人体脉搏系统传递函数的估计 . 科学通报 , 1999; 44 (10) 1069 20 宋建勤 ,董彦武 ,吴胜举 . 倒谱技术在人体脉搏信号分析中的应用 J . 陕西师范大学学报 (自然科学版 ) ,1997 ,25(2) :35 39 21 陈明杰 . 吸毒者脉象异常的频域分 析 J 自然科学版 ) ,2001 ,18(2):69 72 22 叶建红 . 线性时频分析法在中医脉诊研究中的应用 J 2001 ,22 (9) :1088 1089 23 谢家宇 ,蔡坤宝 ,王永东 . 连续小波变换在中医脉象信号处理中的应用 . 重庆大学学报 , 2003 ,26 (1) :66 68 ,76 24王爱民 . 利用模糊属性方法对中医脉图的分类研究 C 北京 ,1987. 333 334 25 王炳和 ,相 敬林 . 基于 型的人体脉象信号模糊聚类研究 J . 应用声学 ,2001 ,20 (5) :21 25 26 王炳和 ,董彦武 ,吴胜举 ,等 . 人体脉搏信号的功率倒谱与倒滤波谱分析 J . 科学通报 , 1993 ,38 (22) :2099 2103 27 王炳和 ,相敬林 . 基于神经网络方法的人体脉象识别研究 J . 西北工业大学学报 ,2002 ,20 (3) :454 457 28 胡家中 ,阎述池 ,王秀章 ,等 . 人工特征人工神经网络分类器 J . 中国医科大学学报 , 1996 , 25 (6) :571 574 对于传统中医脉搏诊断的现代研究 许历生 王宽全 哈尔滨科技研究院 计算机科学工程实验室 哈尔滨 150001 中国 香港理工大学 香港 摘要: 这篇文章通过一些现代信号处理的方法展示了中国传统脉搏诊断研究。为了揭开中医脉诊的神秘面纱并证明它的有效性 ,我们 首先 要谈论 他的重要性,其次 ,我们提供了一个关于中医脉诊发展的调查。第三,我们把一些现代先进的信号处理方法应用于脉搏波形分析,并阐明了 一些实验的结果。第四,我们 介绍了脉搏信号采集系统 。最后,我们也对 工作重点和未来发展方向作出了阐述。 关键词: 中国传统脉诊,脉搏波形。 1. 介绍 中国传统脉诊经过 5000 年的医药历史纪录被证明为有效的方法。当今,中国传统脉诊已经被越来越多的西方人所认识和着迷。例如 个临床医生、老师和作家,已经在过去的几十年内 一直 传授脉搏诊断 知识 。 关于脉搏诊断的论坛也越来越多,例如的 这种论坛就像雨后春笋般地发展了起来 12。 但是由于很难精通, 许 多人还是把中医 脉诊看作神秘的东西。因此,我们需要介绍中医脉诊并且让越来越多的人了解它。许多种仪器和系统可 以自动的检测患者的脉搏,这表明对于中医脉诊的研究是重要的并且是成功的,但是 由于脉搏的复杂性和 多变性 , 对于中医脉诊的现代研究却停滞了下来 3。尽管如此,对于医学传感器、模式识别、信号处理、数据库和其他相关领域的发展仍会促进中医脉诊研究的进步。 这篇论文的目的是介绍中医脉诊中的一些现代信号处理的技术并且指出其光明的未来。在第二部分,我们 首先 阐明了中医脉诊的背景、重要性 和最近中医脉诊的概况 。其次,该文在第三部分讲述了一些关于脉搏波形和其相应的实验结果的现代信号处理方法。在第四部分指出了将来的任务、重点和 现在对于中医脉诊研究的局限性。除此之外, 此文还给一并给出了一些关于中医脉诊英文术语的中文解释(在圆括弧里)。 2、 中医脉诊的近代研究 脉搏分析 四种 过 套在患者手指上来显示出动脉的特征来判断疾病类型。很多西方学者认为脉搏波形正如心电图一样,并且心电图的分析已经足够了。但是 通过几个电极采集的心电图的信号只是反映了身体的生物电信息。 而 通过分析脉搏信号的压力波动,医生们可以探测和预测出一些心电图所显示不了的症状 和特征 。中医脉诊不仅可以推断出病变的位置和程度,还是一种由联合国推出的 方便、便宜、无痛、无创伤和无副作用的方法 4。 为了表明脉搏诊断的科学重要性,自从 1950 年就有了很多关于 代医学、医学工程和其相关的领域研究。但是其中的一些并没有以 传统中医脉诊的理论为基础。除了在中国的一些研究人员,许多来自日本 5、韩国 67、德国 8、加拿大和美国的学者也对传统中医脉诊所感兴趣 9。为了使脉搏客观化,工程师们已经设计出很多种脉搏传感器来采集脉搏信号 。在所有的这些传感器当中,压力传感器可以最好的反映出脉搏的信息, 正如传统中医脉诊那样。由上海医学设备公司所制造的 10。依照 关于弹性腔的理论 11,刘照荣研究了循环系统 12。但是心血管系统太复杂了以至于 很难精确的建模 , 这个虽然是很有意义的但是还是需要更为系统化的研究。不仅如此,有关于我们现代人类新的疾病和问题已经开始显示出与中国传统医学脉诊的一致性。例如: 散脉和一种关于癌症的节脉是近期发现的综合病症中具有一定特征的脉搏 13。 近期,参数主要是通过时域的信号处理方法来提取,比如说计算幅度、斜率、面积等等。由于这种方法有很多的限制,关于中医脉诊的研究 进步不大。正如文明加快了现代信号处理方法的应用,一些生物医学科技有了新的进展,比如说语音识别和签名识别。因此,对于中医脉诊的研究应该与 现代信号处理相结合。 3、我们对于中医脉诊的研究 在这个部分 ,所有的脉搏数据由我们的脉搏采集系统采集,这个系统包括一组脉搏传感器、适配器、放大器和计算机。这个叫做 不同于研究西药所用的传感器,而是由带有悬壁的双曲接触式终端。我们的传感器探头是有一个面积为 这样可以使探头的变化不会影响到他的稳定性 可以保证这种客观、稳定、高精确度的脉搏波形。接下来所讲得的是我们从脉搏数据库中所研究的三个要点。 ( 1) 基线漂移 脉搏波形很容易被外界的因素所影响,比如说呼吸、身体的运动等等。整体的脉搏随着呼气而下降,随着吸气而上升。憋气可以是脉搏更稳定,但是这些限制会导致病人的不舒服和不方便,而且限制 我们采集长时间的稳定的脉搏。因此,我们设计个这个基线漂移的算法 14。 在图 1种的信号三,脉搏会随着它的基线而调整,它的原始脉搏是信号一,信号二是呼气和一些其它的干扰。 图一:实际脉搏和滤波后的小波 ( 2) 时域参数特征提取 关于脉搏参数的提取,这篇文章提出了两种分析方法: 轴分析。应用 此之外,通过 如图 2所示,我们首先得到了主峰值 后画一条 y=画出几条 如 y=m,y=m.m,y=搏波形会被这些线所隔断,这些隔断的面积就可以计算了。根据这些面积的趋势,我们可以分类出脉搏波形。如果我们结合这两 种面积分析方法,脉搏的分类会更令人满意。 图二: ( 3) 现代脉搏波形处理 y 表明脉搏图象频率分析是很重要的。图三展示了我们频域分析的结果。从频域功率谱的分析,我们发现频谱包络的比率在分析人们物理状态时是非常重要的。平滑的脉搏包含的前三个波峰比其他普通脉搏更高。紧脉的功率谱波形由两个主峰并且其他的波峰非常的小。运用功率谱的分析方法,我们还可以分析出慢脉、快脉、缓脉、散脉、结脉、促脉、代脉等等 15与此同时,临近 脉峰也是疾病程度的一个重要判断指标。正常人的脉搏频谱 峰值 之间的距离是相同的并且每个波峰都很均衡化。 图三:平脉、紧脉和正常人脉搏频谱功率 还有一些其它的频率分析方法。倒膜分析方法是其中一种有用的方法。在图四中,第一个波峰告诉我们脉搏的周期是一秒。 图四 除此之外,许多噪声例如高频噪声和刺激噪声都带进了脉搏信号。利用小波去减少噪声是令人满意的,尤其是外部冲击噪声,但是 此处。外部冲击功率谱充满了整个频谱所以很难检测出冲击脉搏的存在;而小波分析方法、时域分析 方法可以用在 此处 。如图五所示,我们可以找到 a1,a2,a3,a4,信号的分解变得越来越平滑。高频率的噪声被提取出来。高频的分解非常小所以我们可以得出的结论是脉搏频率非常的低。小波分析方法可以应用于生理信号,比如心电图、脑电图,获得了很大的成功 20。这些方法还可以用于中医脉诊。 图五 (a) 原始信号盒小波分析后的信号 图五 (b) 小波分解频率 在 正交小波分析等等,我们发现分解出来的波与母波有差别。所以最好的方法是根据脉搏的特征提取母波。同时,一些其它的时域分析方法也可以对医学信号分析有很大的促进 21。图六表明了脉搏和它的短时傅 立 叶 变换结果。 图六:脉搏和它的 对于脉搏分析方的选择是很重要的。由于以上所提及的脉搏的多变性,一些科学的方法需要用上。光凭统计数据不能一直都有帮助。但是还是需要一些信号处理的算法。一些关于脉搏的现代的信号处理算法研究已经有了一些发展,一些技术已经应用于心脏声音的研究,比如小波分析、 高频谱、 然网络等等,这些方法也可以应用于中医脉诊中 22。语音处理方法也可以作为参考。在我们日益增长的脉搏数据库的基础上,我们的实验室会提高脉搏图信号处理效率和模式识别。 4、结论 为了探寻传统中医脉搏的机理,这边文章作了很多关于脉搏波信号处理方法的研究。在时域中,一种新的面积分析方法别提出。在频域中, 们以讨论中医脉诊的发展方向来结束本文。 ( 1) 以中医脉诊的标准化为重点; ( 2) 统一脉压采集仪器,中医脉诊的分析方法和标准化; ( 3) 将完整的和动态的中医脉诊研究和临 床结合起来; ( 4) 应用一些现代信号处理技术并且寻找中医脉诊的新突破; ( 5) 将一些其它的诊断方法结合进来,例如舌头诊断、心电图、脑电图。 参考文献: 1当代中医脉诊 ,2001 23 脉诊的研究设备与系统 ”, 998 4of (1),1983 5脉搏系统的客观化” ,7(4):7,1977 6 电子脉搏分析”, of of 981 7“ 不同压力下的脉搏分类 ” ,in 000 8“ ,980 9 in ,986 10 of of ,987 11脉中的血流,牛津大学, 1978 12i “ 动脉脉搏波压力的变化与其物理生物学上的参数 ” ,982,5 13“ 当代脉诊研究:介绍一种学习古代脉搏分析的先进方法 ” ,993 14“ 脉搏波基线自适应 ” ,002,15国脉诊,中国医学杂志, 2002 16“ 结 脉 和 滑 脉 的 频 谱 特 性 ” , 辽 宁 中 医 学 报 ,17“ 健 康 人 的 脉 搏 频 谱 分 析 ” , 辽 宁 中 医 杂 志 ,18K,l, 等人, 在深睡前 脉搏频谱变化 和与心电图的可能相关性的研究, ng,985,32 19 “ of ,ng,985,32 20“ 用用于生物医学上的小波分析方法 ” ,of 996 21u “ 应用三种是与方法分析心脏声信号 ” ,996 22 “ 基于动脉神经网络的一种关于中医脉搏的智能分析 ” ,中国医科大学杂志, 997 福州大学 本科生毕业设计(论文) 外文翻译及原文 姓 名: 祝熙 学 号: 1002594 学 院: 物理与信息工程学院 专 业: 通信工程 年 级: 2002 级 2006 年 06 月 10日 福州大学本科生毕业设计(论文)诚信承诺书 毕业设计(论文)题目 中文: 应用 外文
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本文标题:【DQ045】应用LabVIEW进行人体脉搏分析
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