一种基于阵列传感器设计的脉象宽度检测及3D脉图构建方法技术

本发明专利技术涉及医学测量技术领域，尤其涉及一种基于阵列传感器设计的脉象宽度检测及3D脉图构建方法。本发明专利技术首先需要获取阵列传感器在脉象宽度方向上的信号，然后根据信号之间的差异，利用本发明专利技术提出的方法可以模拟出脉象宽度信息；利用脉象信号时序信息和每一时刻的脉宽信息，利用本发明专利技术提出的3D脉象图像构建方法可以构建出3D脉图。脉宽信息是一种非常重要的医学特征；3D脉图对构建中医医学影像和整体脉象特征的提取有着非常重要的意义。

A method of pulse width detection and 3D pulse graph construction based on array sensor design

The invention relates to the technical field of medical measurement, in particular to a pulse width detection method and a 3D pulse graph construction method based on an array sensor design. The present invention first need to obtain the signal of sensor arrays in the pulse width direction, and then according to the difference between signals, using the method of the invention can simulate the pulse width of the pulse signal timing information information; and each moment of the pulse width information construction method can be constructed using 3D 3D pulse the pulse image the. Pulse width information is a very important medical feature. 3D pulse graph is very important to construct the image of traditional Chinese medicine and to extract the characteristics of the whole pulse.

【技术实现步骤摘要】
一种基于阵列传感器设计的脉象宽度检测及3D脉图构建方法
本专利技术涉及医学测量
，尤其涉及一种基于阵列传感器设计的脉象宽度检测及3D脉图构建方法。
技术介绍
“望、闻、问、切”四诊是传统中医的瑰宝，脉诊作为其中一环，占有非常重要的地位。传统中医脉诊一般是中医师用手指触压患者寸口桡动脉处寸、关、尺三个部位，分别施加浮、中、沉等不同的压力来感受患者脉搏波的变化，此诊法又称之为“三部九侯”脉诊法。对应于浮、中、沉等压力而产生的一系列的包含了脉搏的位置、强弱、趋势、形状、宽度和节律等等信息的脉搏波，我们称之为脉象。通过手指所触摸感受到的脉象，中医师就可以了解病人的生理状态。但是“心中易了，指下难明”这个问题一直阻碍着中医朝现代化方向发展的步伐，中医脉诊需要长期大量的实践学习掌握，对于同一个病人，不同的中医师可能会给出不同的诊断结果，没有客观可量化的评定标准。传统中医作为一门主观经验科学，越来越受到西方医学的挑战。中医脉诊客观化的关键是获取高质量的脉象数据。随着传感器工艺的发展，许多国内外公司已经研发出了越来越多的传感器用于脉象数据的获取，例如压力传感器，气囊传感器，半导体应变片传感器，红外光电传感器等等。对脉象的记录越来越精确和多样化的同时，采集方式与传统中医理论相结合的脉象分析方法却没有得到很好的研究。比如，在中医理论中，脉宽是一项非常重要的分析指标，它是指在切脉时，脉动在手指径向上的长度，即手指能感觉到的脉道的宽度，而不是血管的宽度。一般来说，在中医理论中，脉宽分为洪脉和细脉。洪脉，脉来如波涛汹涌，脉型宽，波动大，主热证，常见于高热病人。在西医中，常见于高热，甲状腺功能亢进，主动脉瓣关闭不全等。细脉，脉型窄，波动小，主虚症，常见于诸虚劳损，慢性病患者。而专利CN102106725B光电与压力融合的中医脉象传感器和专利CN102370471B快速定位的三部多点压力脉象仪都可以在信号层面上获取可以反映脉宽地信息。虽然上述专利所采用的压力阵列传感器和光电阵列传感器均能获取脉宽的相关信息，但是它们未能提出利用这些信息求解脉象宽度，进而构建脉象3D模型的方法。
技术实现思路
针对现有技术中存在的缺陷或不足，本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种基于阵列传感器设计的脉象宽度检测及3D脉图构建方法，可以模拟出脉象宽度信息；利用脉象信号时序信息和每一时刻的脉宽信息，构建出3D脉图。为了实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为提供一种基于阵列传感器设计的脉象宽度检测及3D脉图构建方法，包括以下步骤：步骤A：使用传感器阵列采集脉腕部搏波信号，对应的垂直于血管方向的信号；步骤B：对传感器阵列信号进行异常信号去除；该算法首先对每分钟脉搏数是否正常做出判断，然后再判断单周期长度是否聚类；这一步是对传感器采集到的信号做一个质量判断，因为采集到的阵列信号并不是并不能保证每一路都能够采集到脉象信号，先要排除这些信号对后续处理的影响。步骤C：从同一传感器阵列的不同传感器的输出差异，对阵列信号整体进行高斯拟合，拟合后的高斯曲线标准差可以用来反映脉象的宽度信息；可以尽量的减小异常周期和噪声对结果的影响，并且最少只需要3路信号就可以拟合出脉宽信息；步骤D：构建3D脉象，依次对每一时刻采集到的阵列信号中的各路相邻信号进行样条曲线插值拟合，然后将离散的时刻按照时间序列排列。作为本专利技术的进一步改进，所述步骤B中对传感器阵列信号进行异常信号去除包括以下步骤：步骤B1：高频噪声去噪，可使用小波、小波包或FIR等与中值滤波算法相结合的方法；步骤B2：低频噪声去噪，可使用小波分解的方法，从原始信号中消除相应频率的分量，或者使用样条插值的方法，模拟出漂移分量，从原始信号中减去此分量；步骤B3：波峰波谷检测，采用滑动窗口的方法检测局部最大值和最小值；步骤B4：计算单周期特征，提取一系列的主要特征，包括每分钟周期数，单周期长度标准差σ，单周期平均长度；步骤B5：根据单周期特征判断信号是否异常。作为本专利技术的进一步改进，所述步骤B5包括三个条件：每分钟周期数是否在45～160次/分钟；是否80％以上的周期长度在和之间；是否10％以下的周期长度不足或超过第一个条件是必须满足的，第二个和第三个条件只要满足其中之一，就能判断信号为正常。作为本专利技术的进一步改进，所述步骤C包括以下步骤：步骤C1：高频噪声去噪；步骤C2：低频噪声去噪；步骤C3：波峰波谷检测；步骤C4：幅值均值计算，选取周期长度在和的周期，并计算多个周期的波峰与波谷之间的差值取平均；步骤C5：利用高斯曲线进行拟合，高斯曲线方程可以表示为：式中，μ为期望值，θ为标准差，C为补偿值a为曲线峰值f代表等号右边的曲线，i为曲线上的点，自变量。作为本专利技术的进一步改进，所述步骤D包括以下步骤：步骤D1：高频噪声去噪；步骤D2：低频噪声去噪；步骤D3：基线调整；步骤D4：对同一时刻的阵列信号进行样条插值拟合；步骤D5：将拟合的曲线按时间序列排列。本专利技术的有益效果是：本专利技术首先需要获取阵列传感器在脉象宽度方向上的信号，然后根据信号之间的差异，利用本专利技术提出的方法可以模拟出脉象宽度信息；利用脉象信号时序信息和每一时刻的脉宽信息，利用本专利技术提出的3D脉象图像构建方法可以构建出3D脉图。脉宽信息是一种非常重要的医学特征；3D脉图对构建中医医学影像和整体脉象特征的提取有着非常重要的意义。附图说明图1是本专利技术的阵列传感器分布；图2是本专利技术的压力传感器与光电传感器阵列脉宽感知原理图；图3是本专利技术的一种12路压力传感器阵列输出示意图；图4是本专利技术的异常信号检测流程图；图5-a是本专利技术的脉象宽度拟合方法流程图；图5-b是本专利技术的脉象宽度拟合图；图6-a是本专利技术的3D脉象拟合方法；图6-b是本专利技术的3D脉象拟合图。具体实施方式下面结合附图说明及具体实施方式对本专利技术进一步说明。一、阵列传感器信号采集由于传感器技术的发展，传感器的尺寸不断减小，性能不断的提高，使得可以在很小的面积上分布更多的传感器，并保证信号的准确性。如图1所示，传感器阵列覆盖住脉宽的宽度，微脉搏波传感器分布在传感器阵列面板上，形成一个传感器阵列，分别采集对应的垂直于血管方向上的信号。传感器阵列可以是但不限于，压力传感器、光电传感器和超声传感器等。对于不同的传感器，虽然测量原理不同，在脉搏波形上也有差异，但都可以通过构建传感器阵列的形式采集到带有差异的脉搏波信号，并通过差异性分析得到脉宽信息。图2分别是压力传感器与光电传感器感知原理示意图，x轴为脉宽方向，y轴为血流方向，z轴为脉搏深度方向。血流在血管中分布并不均匀，在垂直于压力传感器的y轴方向上，血液对血管壁以及皮肤施加的力并不相同。可以看出，在血管中心位置，血液对外施加的力最大，向x方向血管两端依次减小，所以压力传感器阵列所采集的脉搏波信号在幅值上表现为，中间部位的传感器响应比较大，向两边响应依次减少。对于光电传感器，一般是利用血液体积在血管里分布不均匀，从而对光线反射率或者透射率不同，造成光电传感器感知的光强不同。在z轴方向上，血液体积分布并不均匀，越靠近血管中心位置血液体积越大，向x方向血管两端依次减小。所以中间位置对光线的反射率最高，向两边依次减小，反映在光电传感器输出幅值上就是中间位置的幅值最大，向两边依次减小。图3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于阵列传感器设计的脉象宽度检测及3D脉图构建方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤A：使用传感器阵列采集脉腕部搏波信号，对应的垂直于血管方向的信号；步骤B：对传感器阵列信号进行异常信号去除；步骤C：利用同一传感器阵列的不同传感器的输出差异，对阵列信号整体进行高斯拟合，拟合后的高斯曲线标准差可以用来反映脉象的宽度信息；步骤D：构建3D脉象，依次对每一时刻采集到的阵列信号中的各路相邻信号进行样条曲线插值拟合，然后将离散的时刻按照时间序列排列。

【技术特征摘要】
1.一种基于阵列传感器设计的脉象宽度检测及3D脉图构建方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤A：使用传感器阵列采集脉腕部搏波信号，对应的垂直于血管方向的信号；步骤B：对传感器阵列信号进行异常信号去除；步骤C：利用同一传感器阵列的不同传感器的输出差异，对阵列信号整体进行高斯拟合，拟合后的高斯曲线标准差可以用来反映脉象的宽度信息；步骤D：构建3D脉象，依次对每一时刻采集到的阵列信号中的各路相邻信号进行样条曲线插值拟合，然后将离散的时刻按照时间序列排列。2.根据权利要求1所述的基于阵列传感器设计的脉象宽度检测及3D脉图构建方法，其特征在于：所述步骤B中对传感器阵列信号进行异常信号去除包括以下步骤：步骤B1：高频噪声去噪，可使用小波、小波包或FIR等与中值滤波算法相结合的方法；步骤B2：低频噪声去噪，可使用小波分解的方法，从原始信号中消除相应频率的分量，或者使用样条插值的方法，模拟出漂移分量，从原始信号中减去此分量；步骤B3：波峰波谷检测，采用滑动窗口的方法检测局部最大值和最小值；步骤B4：计算单周期特征，提取一系列的主要特征，包括每分钟周期数，单周期长度标准差σ，单周期平均长度步骤B5：根据单周期特征判断信号是否异常。3.根据权利要求2所述的基于阵列传感器设...

【专利技术属性】
技术研发人员：张大鹏，江志兴，卢光明，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：广东,44