基于多普勒超声信号的脉象分析与分类研究

潘俊腾+马晓静

【摘要】在我国中医学领域诊脉是最有特色的疗法之一，在两千多年前已出现古人用手指给患者进行诊脉的记录。随着社会的进步和医疗科技的发展，人们尝试了脉搏诊疗的多种方法。但是脉象诊断具有概念笼统标准模糊的特点，诊断结果主要依赖医生经验和个人判断，这些缺陷制约了我国现代中医的发展。现在多普勒超声设备应用于脉象诊断已经比较普及，文中简要论述了基于多普勒超声信号的脉象诊断分析和分类问题，希望对于多普勒诊脉技术的推广和普及有一定的启示作用。

关键词：多普勒；超声信号；脉象分析与分类

【中图分类号】R241 【文献标识码】B

在诊脉过程中最关键的环节是脉搏信号的获取，以及如何确保脉搏信号的效率和质量，因为脉搏信号的质量对于后续的脉象诊断分析工作具有直接的影响。文中论述的多普勒超声仪器获取脉搏信号的原理是来自心脏并且流过人体各个器官的血液，可以准确的反应血液黏稠度、流速以及和疾病相关的其他因素，当这些血液流到手腕部位通过多普勒感应设备获取其信号并对其进行分析，为现代医生临床诊断提供了可靠依据。现阶段基于多普勒技术脉搏信号分析的形式已经被广泛接受并应用。

基于多普勒超声技术的脉搏信号获取和预处理办法

多普勒超声信号采集原理：1845年巴洛特实验证明了声波的多普勒效应，上世纪50年代声波具有多普勒效应的特质被引入医学领域，在医学领域声波的多普勒效应称为彩色超声波，即彩超，彩色超声波由彩色多普勒和黑白B超组成。彩色多普勒一般利用自相关技术处理多普勒信号，经过自相关技术处理的血流信号经彩色编码实时叠加在二维图像上得到多普勒超声脉搏图[1]。所以，彩色多普勒同时具备了二维超声图像优势和血流动力学信息。1957日本出现了最早的基于多普勒技术的血流检测仪器。

多普勒超声技术的脉搏信号获取：文中的脉搏信号（最大血流速度曲线）是利用CSB2000经颅多普勒脉搏分析仪获取的，该设备采样频率为110Hz，其脉搏信号采集工作程序为：首先，用手指感受患者左右手腕部位脉搏位置，用笔标记出脉搏信号最强的位置。其次，在做了标记的位置涂上超声耦合剂，将超声探头放置在该位置，放置的时候保证探头方向与血流方向相反，同时要有一定的倾斜角度。

脉搏信号预处理：在进行脉搏信号采集的时候，脉搏信号易被干扰产生高频噪声，这些噪声对于脉搏信号特征有巨大影响。另外呼吸以及人体动作等因素也会干扰到脉搏信号产生基线漂移问题，影响脉搏信号的准确性，从而对于后期脉搏信号特征提取以及分析造成影响。所以在分析处理前必须先对脉搏信号进行预处理，将其高频噪声与基线漂移消除掉[2]。

多普勒超声脉搏信号预处理办法主要包括小波变化法以及离散小波变换法。

基于疾病诊断的脉搏信号分类研究

现阶段脉搏信号分析法主要包括时域分析法、频域分析法以及时频联合分析法。

时域分析法应用广泛，其主要原理是提取关键点，比如对主波峰、超波峰以及降中峡等关键点中的幅值、时间点和曲线下面积等特征进行分析。这种方法具有简单直观的优点，但是需要提取较多的特征点，而且因为脉搏信号比较复杂容易导致特征点提取不准确[3]。

时频联合分析法原理是设计时间与频率的函数，描述不同时间与频率时信号的能力密度与强度，从而得到信号在不同时域与频域的局部化特征。时频联合分析法主要包括小波变换法以及小波包变换法。

时域分析法：①脉搏信号时域特征：在同一周期内一个典型脉搏信号包括三个叠加的谐波，即：主波、潮波以及重搏波。主波和潮波间的波谷即为主波峡，潮波和重搏波所夹的波谷为降中谷，符合提取条件[4]。②时域特征的提取：在进行脉搏信号特征点提取时，先要对某些特征点进行定位，如图1所示，然后利用上文提出的办法实施脉搏信号预处理，从而消除脉搏信号的高频噪声并确保脉搏信号平滑。然后通过差分运算以及简单判断对这些明显特征进行定位。

图1脉搏信号特征点能量特征提取：通过小波包分解自适应方式选择脉搏信号能量特征，小波包具有灵活多样的时频分解方式，进一步分析小波分析中未细化的高频部分，提高了时频分辨率。笔者选择了经过预处理的具有512个点的信号数据，利用小波函数对脉搏信号进行小波包分解，通过Shannon熵进行小波包二叉树搜索，从而找到小波包最优基。实验证明，小波包最优基对应着其二叉树的5-0、5-1、4-1、4-2、4-3、2-1、1-1节点[5]。然后提取以上节点的小波包系数，同时计算小波包最优基上的能量。

结语

诊脉在我国中医学领域有着几千年的历史，因为中医人为手动诊脉具有较大的模糊性以及主观判断因素，所以在现代社会急需一种更为科学可靠的技术改善中医脉象诊断的弊端。文中提出的基于多普勒超声信号的脉搏信号获取办法减少了采集过程中的干扰因素，提高了获得的脉搏信号的质量和效率，对于现代临床中医诊断工作具有重大贡献，是值得推广应用的具有巨大发展空间的现代医疗技术。

参考文献

[1]刘磊.基于多普勒超声信号的脉象分析与分类研究[D].哈尔滨工业大学，2013.

[2]朱德增.用超声多普勒血流检测技术研究脉象的探讨[J].上海中医药杂志，2000，11（20）：47-49.

[3]高东雯，肖沪生，徐芳，等.超声WI技术在脉象客观化研究中的应用[J].上海中医药大学学报，2013，03（09）：66-68.

[4]胡晓娟.中医脉诊信号感知与计算机辅助识别研究[D].华东师范大学，2013.

[5]白金星.脉图信息采集及分析方法研究[D].山东大学，2006.

【摘要】在我国中医学领域诊脉是最有特色的疗法之一，在两千多年前已出现古人用手指给患者进行诊脉的记录。随着社会的进步和医疗科技的发展，人们尝试了脉搏诊疗的多种方法。但是脉象诊断具有概念笼统标准模糊的特点，诊断结果主要依赖医生经验和个人判断，这些缺陷制约了我国现代中医的发展。现在多普勒超声设备应用于脉象诊断已经比较普及，文中简要论述了基于多普勒超声信号的脉象诊断分析和分类问题，希望对于多普勒诊脉技术的推广和普及有一定的启示作用。

关键词：多普勒；超声信号；脉象分析与分类

【中图分类号】R241 【文献标识码】B

在诊脉过程中最关键的环节是脉搏信号的获取，以及如何确保脉搏信号的效率和质量，因为脉搏信号的质量对于后续的脉象诊断分析工作具有直接的影响。文中论述的多普勒超声仪器获取脉搏信号的原理是来自心脏并且流过人体各个器官的血液，可以准确的反应血液黏稠度、流速以及和疾病相关的其他因素，当这些血液流到手腕部位通过多普勒感应设备获取其信号并对其进行分析，为现代医生临床诊断提供了可靠依据。现阶段基于多普勒技术脉搏信号分析的形式已经被广泛接受并应用。

基于多普勒超声技术的脉搏信号获取和预处理办法

多普勒超声信号采集原理：1845年巴洛特实验证明了声波的多普勒效应，上世纪50年代声波具有多普勒效应的特质被引入医学领域，在医学领域声波的多普勒效应称为彩色超声波，即彩超，彩色超声波由彩色多普勒和黑白B超组成。彩色多普勒一般利用自相关技术处理多普勒信号，经过自相关技术处理的血流信号经彩色编码实时叠加在二维图像上得到多普勒超声脉搏图[1]。所以，彩色多普勒同时具备了二维超声图像优势和血流动力学信息。1957日本出现了最早的基于多普勒技术的血流检测仪器。

多普勒超声技术的脉搏信号获取：文中的脉搏信号（最大血流速度曲线）是利用CSB2000经颅多普勒脉搏分析仪获取的，该设备采样频率为110Hz，其脉搏信号采集工作程序为：首先，用手指感受患者左右手腕部位脉搏位置，用笔标记出脉搏信号最强的位置。其次，在做了标记的位置涂上超声耦合剂，将超声探头放置在该位置，放置的时候保证探头方向与血流方向相反，同时要有一定的倾斜角度。

脉搏信号预处理：在进行脉搏信号采集的时候，脉搏信号易被干扰产生高频噪声，这些噪声对于脉搏信号特征有巨大影响。另外呼吸以及人体动作等因素也会干扰到脉搏信号产生基线漂移问题，影响脉搏信号的准确性，从而对于后期脉搏信号特征提取以及分析造成影响。所以在分析处理前必须先对脉搏信号进行预处理，将其高频噪声与基线漂移消除掉[2]。

多普勒超声脉搏信号预处理办法主要包括小波变化法以及离散小波变换法。

基于疾病诊断的脉搏信号分类研究

现阶段脉搏信号分析法主要包括时域分析法、频域分析法以及时频联合分析法。

时域分析法应用广泛，其主要原理是提取关键点，比如对主波峰、超波峰以及降中峡等关键点中的幅值、时间点和曲线下面积等特征进行分析。这种方法具有简单直观的优点，但是需要提取较多的特征点，而且因为脉搏信号比较复杂容易导致特征点提取不准确[3]。

时频联合分析法原理是设计时间与频率的函数，描述不同时间与频率时信号的能力密度与强度，从而得到信号在不同时域与频域的局部化特征。时频联合分析法主要包括小波变换法以及小波包变换法。

时域分析法：①脉搏信号时域特征：在同一周期内一个典型脉搏信号包括三个叠加的谐波，即：主波、潮波以及重搏波。主波和潮波间的波谷即为主波峡，潮波和重搏波所夹的波谷为降中谷，符合提取条件[4]。②时域特征的提取：在进行脉搏信号特征点提取时，先要对某些特征点进行定位，如图1所示，然后利用上文提出的办法实施脉搏信号预处理，从而消除脉搏信号的高频噪声并确保脉搏信号平滑。然后通过差分运算以及简单判断对这些明显特征进行定位。

图1脉搏信号特征点能量特征提取：通过小波包分解自适应方式选择脉搏信号能量特征，小波包具有灵活多样的时频分解方式，进一步分析小波分析中未细化的高频部分，提高了时频分辨率。笔者选择了经过预处理的具有512个点的信号数据，利用小波函数对脉搏信号进行小波包分解，通过Shannon熵进行小波包二叉树搜索，从而找到小波包最优基。实验证明，小波包最优基对应着其二叉树的5-0、5-1、4-1、4-2、4-3、2-1、1-1节点[5]。然后提取以上节点的小波包系数，同时计算小波包最优基上的能量。

结语

诊脉在我国中医学领域有着几千年的历史，因为中医人为手动诊脉具有较大的模糊性以及主观判断因素，所以在现代社会急需一种更为科学可靠的技术改善中医脉象诊断的弊端。文中提出的基于多普勒超声信号的脉搏信号获取办法减少了采集过程中的干扰因素，提高了获得的脉搏信号的质量和效率，对于现代临床中医诊断工作具有重大贡献，是值得推广应用的具有巨大发展空间的现代医疗技术。

参考文献

[1]刘磊.基于多普勒超声信号的脉象分析与分类研究[D].哈尔滨工业大学，2013.

[2]朱德增.用超声多普勒血流检测技术研究脉象的探讨[J].上海中医药杂志，2000，11（20）：47-49.

[3]高东雯，肖沪生，徐芳，等.超声WI技术在脉象客观化研究中的应用[J].上海中医药大学学报，2013，03（09）：66-68.

[4]胡晓娟.中医脉诊信号感知与计算机辅助识别研究[D].华东师范大学，2013.

[5]白金星.脉图信息采集及分析方法研究[D].山东大学，2006.

【摘要】在我国中医学领域诊脉是最有特色的疗法之一，在两千多年前已出现古人用手指给患者进行诊脉的记录。随着社会的进步和医疗科技的发展，人们尝试了脉搏诊疗的多种方法。但是脉象诊断具有概念笼统标准模糊的特点，诊断结果主要依赖医生经验和个人判断，这些缺陷制约了我国现代中医的发展。现在多普勒超声设备应用于脉象诊断已经比较普及，文中简要论述了基于多普勒超声信号的脉象诊断分析和分类问题，希望对于多普勒诊脉技术的推广和普及有一定的启示作用。

关键词：多普勒；超声信号；脉象分析与分类

【中图分类号】R241 【文献标识码】B

在诊脉过程中最关键的环节是脉搏信号的获取，以及如何确保脉搏信号的效率和质量，因为脉搏信号的质量对于后续的脉象诊断分析工作具有直接的影响。文中论述的多普勒超声仪器获取脉搏信号的原理是来自心脏并且流过人体各个器官的血液，可以准确的反应血液黏稠度、流速以及和疾病相关的其他因素，当这些血液流到手腕部位通过多普勒感应设备获取其信号并对其进行分析，为现代医生临床诊断提供了可靠依据。现阶段基于多普勒技术脉搏信号分析的形式已经被广泛接受并应用。

基于多普勒超声技术的脉搏信号获取和预处理办法

多普勒超声信号采集原理：1845年巴洛特实验证明了声波的多普勒效应，上世纪50年代声波具有多普勒效应的特质被引入医学领域，在医学领域声波的多普勒效应称为彩色超声波，即彩超，彩色超声波由彩色多普勒和黑白B超组成。彩色多普勒一般利用自相关技术处理多普勒信号，经过自相关技术处理的血流信号经彩色编码实时叠加在二维图像上得到多普勒超声脉搏图[1]。所以，彩色多普勒同时具备了二维超声图像优势和血流动力学信息。1957日本出现了最早的基于多普勒技术的血流检测仪器。

多普勒超声技术的脉搏信号获取：文中的脉搏信号（最大血流速度曲线）是利用CSB2000经颅多普勒脉搏分析仪获取的，该设备采样频率为110Hz，其脉搏信号采集工作程序为：首先，用手指感受患者左右手腕部位脉搏位置，用笔标记出脉搏信号最强的位置。其次，在做了标记的位置涂上超声耦合剂，将超声探头放置在该位置，放置的时候保证探头方向与血流方向相反，同时要有一定的倾斜角度。

脉搏信号预处理：在进行脉搏信号采集的时候，脉搏信号易被干扰产生高频噪声，这些噪声对于脉搏信号特征有巨大影响。另外呼吸以及人体动作等因素也会干扰到脉搏信号产生基线漂移问题，影响脉搏信号的准确性，从而对于后期脉搏信号特征提取以及分析造成影响。所以在分析处理前必须先对脉搏信号进行预处理，将其高频噪声与基线漂移消除掉[2]。

多普勒超声脉搏信号预处理办法主要包括小波变化法以及离散小波变换法。

基于疾病诊断的脉搏信号分类研究

现阶段脉搏信号分析法主要包括时域分析法、频域分析法以及时频联合分析法。

时域分析法应用广泛，其主要原理是提取关键点，比如对主波峰、超波峰以及降中峡等关键点中的幅值、时间点和曲线下面积等特征进行分析。这种方法具有简单直观的优点，但是需要提取较多的特征点，而且因为脉搏信号比较复杂容易导致特征点提取不准确[3]。

时频联合分析法原理是设计时间与频率的函数，描述不同时间与频率时信号的能力密度与强度，从而得到信号在不同时域与频域的局部化特征。时频联合分析法主要包括小波变换法以及小波包变换法。

时域分析法：①脉搏信号时域特征：在同一周期内一个典型脉搏信号包括三个叠加的谐波，即：主波、潮波以及重搏波。主波和潮波间的波谷即为主波峡，潮波和重搏波所夹的波谷为降中谷，符合提取条件[4]。②时域特征的提取：在进行脉搏信号特征点提取时，先要对某些特征点进行定位，如图1所示，然后利用上文提出的办法实施脉搏信号预处理，从而消除脉搏信号的高频噪声并确保脉搏信号平滑。然后通过差分运算以及简单判断对这些明显特征进行定位。

图1脉搏信号特征点能量特征提取：通过小波包分解自适应方式选择脉搏信号能量特征，小波包具有灵活多样的时频分解方式，进一步分析小波分析中未细化的高频部分，提高了时频分辨率。笔者选择了经过预处理的具有512个点的信号数据，利用小波函数对脉搏信号进行小波包分解，通过Shannon熵进行小波包二叉树搜索，从而找到小波包最优基。实验证明，小波包最优基对应着其二叉树的5-0、5-1、4-1、4-2、4-3、2-1、1-1节点[5]。然后提取以上节点的小波包系数，同时计算小波包最优基上的能量。

结语

诊脉在我国中医学领域有着几千年的历史，因为中医人为手动诊脉具有较大的模糊性以及主观判断因素，所以在现代社会急需一种更为科学可靠的技术改善中医脉象诊断的弊端。文中提出的基于多普勒超声信号的脉搏信号获取办法减少了采集过程中的干扰因素，提高了获得的脉搏信号的质量和效率，对于现代临床中医诊断工作具有重大贡献，是值得推广应用的具有巨大发展空间的现代医疗技术。

参考文献

[1]刘磊.基于多普勒超声信号的脉象分析与分类研究[D].哈尔滨工业大学，2013.

[2]朱德增.用超声多普勒血流检测技术研究脉象的探讨[J].上海中医药杂志，2000，11（20）：47-49.

[3]高东雯，肖沪生，徐芳，等.超声WI技术在脉象客观化研究中的应用[J].上海中医药大学学报，2013，03（09）：66-68.

[4]胡晓娟.中医脉诊信号感知与计算机辅助识别研究[D].华东师范大学，2013.

[5]白金星.脉图信息采集及分析方法研究[D].山东大学，2006.