脉搏波信号处理算法及实验研究

论文摘要

脉搏波信号处理算法的研究对于心血管疾病多参数检测技术的发展具有重大意义。近年来,脉搏波信号的特征提取已经成为人体健康监护领域的研究热点之一。通过脉搏波信号能够检测心血管功能的多项参数,具有无创、快速等特点,是防治心血管疾病的重要手段。目前,脉搏波信号的处理算法研究还不成熟,特别是信号的特征提取,使其在检测设备中的应用发展缓慢,开展该方面的研究具有重要的实际应用价值及社会意义。首先,对脉搏波信号特点及波形特征进行了分析,在此基础上采用了基于数学形态学的脉搏波信号预处理算法,分别设计了加权组合形态滤波器去除脉冲噪声和抑制基线漂移,并进行了仿真研究,该算法能够有效去除噪声而不损伤原信号的特征。其次,针对脉搏波信号与振动系统的联系,建立了基于振动理论的脉搏波信号特征提取数学模型,在此基础上,提出了脉搏波信号特征提取算法,对该算法进行了数学分析,证明其物理可实现性,得到了相关参数的范围。并针对脉搏波信号的周期、波形和血压信号特征,定义了相关的特征提取向量,并给出具体实现过程中的信号运算数学表达式。最后,设计了脉搏波信号处理实验系统,包括脉搏波和血压信号检测硬件电路,微处理器信号采集与处理任务,以及上位机基于VB6.0的心血管功能检测软件。利用实验系统采集到的脉搏波信号,对算法进行验证,实验结果表明,本文提出的算法能够有效去除脉搏波信号中的噪声,提取出脉搏波信号和血压信号特征,通过实验分析,特征提取算法具有准确性高,计算量小、连续性好、在线处理能力强、可实现插值功能等特点。将算法应用到心血管功能检测中并进行实验,取得了较好的效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源及课题背景
• 1.1.1 课题来源
• 1.1.2 课题背景
• 1.2 国内外研究现状分析
• 1.2.1 脉搏波信号去噪方法的研究现状
• 1.2.2 脉搏波信号特征提取方法的研究现状
• 1.2.3 脉搏波的应用现状
• 1.3 本课题的研究内容
• 第2章 脉搏波信号分析与预处理
• 2.1 引言
• 2.2 脉搏波信号分析
• 2.2.1 脉搏波形成与信号特点
• 2.2.2 脉搏波的传播与波形特征
• 2.2.3 血压信号特征
• 2.3 基于数学形态学的脉搏波信号预处理方法
• 2.3.1 数学形态学与形态滤波器
• 2.3.2 组合形态滤波器设计
• 2.3.3 形态滤波器去噪仿真
• 2.4 本章小结
• 第3章 基于振动理论的脉搏波信号特征提取算法
• 3.1 引言
• 3.2 振动理论特征提取算法的提出
• 3.3 算法数学模型的建立
• 3.4 算法的数学分析
• 3.4.1 系统稳定条件下的参数范围
• 3.4.2 非线性激振力下的系统稳定性分析
• 3.4.3 系统可控性与可观测性分析
• 3.5 脉搏波信号周期特征的提取
• 3.5.1 周期特征提取向量的建立
• 3.5.2 周期波形的提取
• 3.6 脉搏波形特征的提取
• 3.6.1 波形特征提取向量的建立
• 3.6.2 组成波的提取
• 3.7 血压特征提取与包络
• 3.8 本章小结
• 第4章 脉搏波信号处理实验研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验系统设计
• 4.2.1 系统硬件电路设计
• 4.2.2 系统软件设计
• 4.2.3 实验系统样机
• 4.3 脉搏波信号去噪实验
• 4.4 脉搏波信号特征提取实验
• 4.4.1 脉搏波信号特征提取与算法分析
• 4.4.2 对比实验与算法分析
• 4.5 血压信号特征提取实验
• 4.6 心血管功能检测实验
• 4.7 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢