基于脉搏信号的心电特征研究
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２］ 特征参数变化密切 相 关 ［ 。现 代 生 理 学 和 医 学 认 为， 脉搏
１ 同步脉搏信号和心电信号的获取
实验时选无 躯 体 疾 病 、 无 精 神 障 碍、 自认为健康和有 亚健康症状而无病的人作 为 研 究 对 象 ， 受试者为兰州理工 大学在校大学生志愿者 （ 年龄在 ２ 。 １ ０ 岁） ～３ 实验过程分两个阶段 ： ） 调查实验对象的健 康 状 态 ， 受试者填写亚健康测评 １ 表 。 测评表取自 《 亚健康概 论 》 一 书， 该表有很好的信度和 效度 。 受试者 根 据 近 一 个 月 内 个 人 的 感 觉 独 立 填 写 评 测 表， 根据初评结果选择健康 和 亚 健 康 的 受 试 者 在 一 周 后 再 次填写该测评表 ， 选择两次 结 果 一 致 的 受 试 者 进 入 实 验 第 二阶段 。
犕－ １
２
可 知， 犛 ω）为 犛（ ω）的 渐 进 无 偏 ｅ ｒ（ ｐ
∧
２ ． ２ 脉搏波频域特征提取 由心脏搏动的生理特 征 可 知 ， 脉搏功率谱上的第一主 峰的频率 犳 因此可提取脉搏功率 １ 反映了心脏的搏动频率 ， 谱第一主峰峰值作为特 征 量 。 另 外 ， 随着人体生理状况的 不同 ， 脉 搏 的 时 域 波 形 会 发 生 一 些 变 化， 这种变化和影响 在功率谱图上主 要 体 现 为 信 号 基 波 频 率 及 谐 波 成 分 的 变
电 子 测 量 技 术 Ｌ Ｅ Ｃ Ｔ Ｒ ＯＮ Ｉ Ｃ ＭＥ Ａ Ｓ ＵＲ ＥＭＥ Ｎ Ｔ Ｔ Ｅ ＣＨＮ Ｏ Ｌ Ｏ Ｇ Ｙ Ｅ
第３ ２卷 第８期 ２ ０ ０ ９年８月
基于脉搏信号的心电特征研究
２ １ 张爱华１ 张 妍１， 王 琦
（ 兰州理工大学 电气工程与信息工程学院 兰州 ７ １． ３ ０ ０ ５ ０； 兰州城市学院 培黎工程技术学院 兰州 ７ ） ２． ３ ０ ０ ７ ０ 摘 要 ： 根据脉搏 、 心电信号的内在联系 ， 采用时域与频域相 结 合 的 方 法 提 取 脉 搏 信 号 和 心 电 信 号 的 特 征 向 量 ， 利用 线性相关的显著性检验分析脉波信号和心电信号的 内 在 关 联 性 。３ ０例健康与亚健康样本的检验结果显示出脉搏基 频频率与心率 、 脉搏波周期与心电信号 Ｒ 而其他特征则不明显存在这种特征 。 Ｒ 间期存在一致变化性 ， 关键词 ： 脉搏 ；心电信号 ； 心率变异 ； 线性相关的显著性检验 Ｒ Ｒ 间期 ； 中图分类号 ：Ｒ ３ １ ８． ０ ３ 文献标识码 ：Ａ
Ｐ 用信号的 全 部 信 息 ， 取Ｆ ， 将信号 Ｆ Ｔ 的 数 据 长 度 Ｎ＝２ （ ）（ 的 段 ， 数据段之 ） 分成长度为 狓犖 狀 ０ ≤ 狀 ≤ 犖 －１ 犕 犔
４ 结果与分析
表１为３ ０ 组样本对 应 的 脉 搏 信 号 和 心 电 信 号 的 特 征 值 。 特征提取时 ， 每例样本截取 １ ２ｓ时长的有效信号进行 分析 。 ）由心电信号的特征 Ｒ １ Ｒ 间期可以推算出心脏的搏 动频率 ， 其频率值与脉搏波频谱图上的基波频率基本一 致 。 可以说明 ， 脉搏波频谱图上的 １ Ｈ ｚ左右出现的第一个 谐波谱峰的频率 ， 反映了心脏源的搏动频率 。 ）对 健 康 群 体 和 亚 健 康 群 体 的 脉 搏 波 峰 值 间 期 与 ２ （ ） １ Ｒ Ｒ间 期 进 行 相 关 性 分 析 。 健 康 群 体 的 相 关 系 数 γ 犼 ＝ 说明两个群 亚健康群体的相关系数γ ． ９ ９ ８ ４， ０ ． ９ ９ ９ ８， 狔 ＝０ 体的脉搏波峰值间期与 Ｒ 即脉 Ｒ 间期是呈高度正相关的 ， 搏波峰值间期随 Ｒ 反之也成立 。 并 Ｒ 间期的增加而增加 ， （ ） ２ （ ） ３ （ ） ４ 且查相关系数显著性检验表可知γ ． ７ ０ ８， γ ０． ０ １ ＝０ 犼 ＞γ 狔 ＞ 因此可判断脉搏波峰值间 期 与 Ｒ ． ５ ９ ０， Ｒ 间期的 γ ０． ０ １ ＝０ 线性相关关系特别明显 。 对健康群体 和 亚 健 康 群 体 的 脉 搏 波 峰 值 间 期 标 准 差 与Ｒ Ｒ 间期标准 差 进 行 相 关 性 分 析 。 健 康 群 体 的 标 准 差 相关系数 γ 亚健康群体的标准差相关系数 ． ８ ３ ３ ９， 犱 ＝０ 犼 。 而每例样本中单 个脉搏波峰值间期与对应 ０ ． ９ ６ ７ ４ γ 犱 ＝ 犼 的Ｒ Ｒ 间期相关系数为 １。
８］ 化， 以及各谐波成分 之 能 量 的 对 比 ［ 。因此选 取 脉 搏 波 的
原始采样信号如图 １ 所示 。
第一主峰的频率 犳 １ 和对应的谱峰值等为频域特征 。
３ 心电信号特征提取
它反映了 Ｑ Ｒ Ｓ 波是心电信 号 Ｅ Ｃ Ｇ 中 最 显 著 的 部 分， 心室收缩时心脏的电行为 ， 其能量占了心电信号能量的很 大百分比 。Ｑ 高 频 区 域， 峰值 Ｒ Ｓ 波分 布 于 心 电 信 号 的 中 、 落在 １ 并 且 幅 度 特 征 非 常 明 显， 与其他波 ０ ０Ｈ ｚ之 间 ， ～２ 形的 区 别 显 著 ， 因 而 在 心 电 特 征 波 形 的 检 测 中， 常常先定 位Ｑ 所以 Ｑ Ｒ Ｓ 波 群， Ｒ Ｓ波的检测是所有波形检测的基 ９］ 础［ 。 另外 ， 中 波的位置 是确定 Ｒ Ｅ Ｃ Ｇ Ｒ Ｒ 间 期 的 基 础，
受到心脏本身的影响 ， 同时 也 会 受 到 流 经 各 级 动 脉 及 分 支 中各 种 生 理 因 素 如 血 管 阻 力 、 血 管 壁 弹 性 等 的 影 响， 因而 脉搏丰富谐波 的 强 度 和 频 率 成 分 包 含 着 极 丰 富 的 心 血 管 系统生理病理信息 ， 脉搏波 的 波 形 特 征 与 心 血 管 系 统 中 的
［ ５］
； 通过功率谱可区 分 特 殊 人 群 如 吸 毒 者 和 正 常 人 的 脉
·８·
基于脉搏信号的心电特征研究 张爱华 等 ：
） 被试者早晨空腹进 入 实 验 室 准 备 测 试 ， 测试者平躺 ２ 在床上 ， 静息 １ ， 手臂自然外展 ３ ０ｍ ｉ ｎ ０ 度 。 心电 Ｖ １和 Ｖ ５ 信号采用标准胸前单极导 联 方 式 采 集 ， 脉搏信号通过血氧 探头采集 ， 采集时间 １ 。 实验在安静且封闭 的 环 境 中 进 ｍ ｉ ｎ 行， 实 验 过 程 不 允 许 有 外 界 的 干 扰； 被测试者不能有除实 验要求外其他的肢体动作 。 用１ 将存在严重的肌肉 ０ ０ ０Ｈ ｚ采样频率采得 数 据 后 ， 抖动的数据进行剔除 ， 再对剩余的３ 组 去 ０ 数 据 进 行 滤 波，
７］ 除基线漂移 、 高频噪 声 及 工 频 干 扰 ［ ， 得 到 较 干 净 的 信 号。
源自文库
第８期
（ ０ ≤犽 ≤ 犕 －１ ） 即为所求脉搏功率谱 。
∧
（ ） ５
］ ＝ 犛（ 由 犈［ 犛 ω） ω） ω），其 中 犠 （ ω） ＝ 犠 （ ｅ ｒ（ ｐ １ 狀 － ｊ ω 犱（ 狀） 犲 犕 犝 ∑ 狀＝０ 估计 。
首先是人的心血管功能的直接反映 ，可通过观察 和 分 析 人 体的脉搏特 征 来 诊 断 心 血 管 系 统 的 活 动 规 律 。 如 应 用 脉 搏信号来检出心率 、 测量 臂 踝 ＰＷＶ（ 用于动脉粥 ｂ ａ Ｐ ＷＶ）
３ ４］ 。 样硬化型心血管病的诊断和管理等 ［
在脉搏分析和研究中 ，通过脉搏的形态分析 及 对 各 项 指标的分析可确定平脉与 病 脉 之 间 的 差 别 ， 鉴别出各种脉 象
６］ 。 本文作者采用时 域 和 频 域 分 析 方 法 ， 从脉搏信号中 象［
０ 引 言
脉搏诊断是 中 医 诊 病 特 别 是 中 医 保 健 的 重 要 手 段 和
１］ 方法 ［ 。 当脉搏波由心 脏 开 始 向 动 脉 系 统 传 播 时 ， 不仅要
得到全面的脉象特征 ， 进而 获 取 与 脉 搏 信 号 同 步 的 心 电 信 号的相关参数 ， 为揭示同步 脉 搏 信 号 和 心 电 信 号 的 相 关 性 奠定基础 。
犆 犺 犪 狉 犪 犮 狋 犲 狉 犻 狊 狋 犻 犮 狊 狋 狌 犱 犳犈 犆 犌犫 犪 狊 犲 犱狅 狀狋 犺 犲狆 狌 犾 狊 犲 狑 犪 狏 犲 狊 犻 狀 犪 犾 狔狅 犵
１ １２ １ ｈ ａ ｎ ａ ｎ ａ ｎ ｉ Ｚ ｈ ａ ｎ ｉ ｈ ｕ ａ Ｚ Ｗ ｇＹ ｇＱ ｇＡ ，
（ ， ， １． Ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｅｏ ｆＥ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ ａ ｌＥ ｎ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｎ ｄＩ ｎ ｆ ｏ ｒ ｍ ａ ｔ ｉ ｏ ｎＥ ｎ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ Ｌ ａ ｎ ｚ ｈ ｏ ｕＵ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｆＴ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ Ｌ ａ ｎ ｚ ｈ ｏ ｕ７ ３ ０ ０ ５ ０； ｇ ｇ ｇａ ｇ ｇ ｙｏ ｇ ｙ ， ， ） ２． Ｐ ｅ ｉ ｌ ｉＣ ｏ ｌ ｌ ｅ ｅｏ ｆＥ ｎ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｎ ｄＴ ｅ ｃ ｈ ｎ ｉ ｕ ｅ Ｌ ａ ｎ ｚ ｈ ｏ ｕＣ ｉ ｔ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ Ｌ ａ ｎ ｚ ｈ ｏ ｕ７ ３ ０ ０ ７ ０ ｇ ｇ ｇａ ｑ ｙＵ ｙ
： 犃 犫 狊 狋 狉 犪 犮 狋 Ａ ｃ ｃ ｏ ｒ ｄ ｉ ｎ ｏｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｎ ａ ｌ ｒ ｅ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓｏ ｆｐ ｕ ｌ ｓ ｅｗ ａ ｖ ｅａ ｎ ｄｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｃ ａ ｒ ｄ ｉ ｏ ｒ ａ ｍ， ｔ ｗ ｏｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｓｗ ｅ ｒ ｅｕ ｓ ｅ ｄｔ ｏｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｇｔ ｇ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓｂ ｅ ｔ ｗ ｅ ｅ ｎ ｔ ｈ ｅｐ ｕ ｌ ｓ ｅ ａ ｎ ｄｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｃ ａ ｒ ｄ ｉ ｏ ｒ ａ ｍｓ ｉ ｎ ａ ｌ ｓ ． Ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｍ ｂ ｉ ｎ ｅ ｄ ｔ ｉ ｍ ｅ ｆ ｒ ｅ ｕ ｅ ｎ ｃ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄｗ ａ ｓｕ ｓ ｅ ｄ ｔ ｏｅ ｘ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ｇ ｇ ｑ ｙｍ ， ｔ ｈ ｅ ｆ ｅ ａ ｔ ｕ ｒ ｅｖ ｅ ｃ ｔ ｏ ｒ ｏ ｆＥ Ｃ Ｇａ ｎ ｄｐ ｕ ｌ ｓ ｅ ｓ ｉ ｎ ａ ｌ ｓ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｓ ｉ ｎ ｉ ｆ ｉ ｃ ａ ｎ ｔ ａ ｎ ａ ｌ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ ｌ ｉ ｎ ｅ ａ ｒ ｃ ｏ ｒ ｒ ｅ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄｗ ａ ｓｕ ｓ ｅ ｄ ｔ ｏａ ｃ ｕ ｉ ｒ ｅ ｇ ｇ ｙ ｑ ｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｔ ｒ ｉ ｎ ｓ ｉ ｃｒ ｅ ｌ ｅ ｖ ａ ｎ ｃ ｅｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｓ ｅｔ ｗ ｏｓ ｉ ｎ ａ ｌ ｓ ．Ｔ ｈ ｅｅ ｘ ｅ ｒ ｉ ｍ ｅ ｎ ｔ ａ ｌ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓｆ ｒ ｏ ｍ３ ０ｃ ａ ｓ ｅ ｓｏ ｆｈ ｅ ａ ｌ ｔ ｈａ ｎ ｄｓ ｕ ｂ ｈ ｅ ａ ｌ ｔ ｈｓ ａ ｍ ｌ ｅ ｓ ｇ ｐ ｐ ， ｓ ｈ ｏ ｗｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅｂ ａ ｓ ｅ ｄｆ ｒ ｅ ｕ ｅ ｎ ｃ ｆｐ ｕ ｌ ｓ ｅａ ｎ ｄｈ ｅ ａ ｒ ｔｒ ａ ｔ ｅ ｔ ｈ ｅｃ ｃ ｌ ｅｏ ｆｐ ｕ ｌ ｓ ｅｗ ａ ｖ ｅａ ｎ ｄｔ ｈ ｅＲ Ｒｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｖ ａ ｌｏ ｆＥ Ｃ Ｇｈ ａ ｖ ｅｔ ｈ ｅ ｑ ｙｏ ｙ ｃ ｏ ｎ ｓ ｉ ｓ ｔ ｅ ｎ ｃ ｅｃ ｈ ａ ｎ ｅ ． Ｂ ｕ ｔｏ ｔ ｈ ｅ ｒｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓｄ ｏｎ ｏ ｔｈ ａ ｖ ｅ ｔ ｈ ｉ ｓ ｆ ｅ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ． ｇ ：ｐ ；ｅ ；Ｒ ； 犓 犲 狑 狅 狉 犱 狊 ｕ ｌ ｓ ｅｓ ｉ ｎ ａ ｌ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｃ ａ ｒ ｄ ｉ ｏ ｒ ａ ｍ； ｈ ｅ ａ ｒ ｔｒ ａ ｔ ｅｖ ａ ｒ ｉ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ Ｒｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｖ ａ ｌ ｔ ｈ ｅｓ ｉ ｎ ｉ ｆ ｉ ｃ ａ ｎ ｔａ ｎ ａ ｌ ｓ ｉ ｓｏ ｆ ｇ ｇ ｙ ｇ ｙ 狔 ｌ ｉ ｎ ｅ ａ ｒｃ ｏ ｒ ｒ ｅ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
图 １ 原始采样信号
进而也是确定心 率 的 基 础 。 因 此 ， 选 取 Ｒ 波 峰 值、 Ｒ Ｒ间 期和 Ｑ Ｒ Ｓ 波群的宽度作为心电信号的特征 。
２ 脉搏波特征提取
２． １ 功率谱估计 功率谱估计采用加权交叠平均法 （ 。它 利 用 Ｗ ｅ ｌ ｃ ｈ法） 信号重叠分段 、 加窗函数和 Ｆ Ｆ Ｔ 算法等计算一个信号序列 的自功率谱估计值 。 为了 降 低 估 计 的 偏 差 ， 并且有效地利
１ 同步脉搏信号和心电信号的获取
实验时选无 躯 体 疾 病 、 无 精 神 障 碍、 自认为健康和有 亚健康症状而无病的人作 为 研 究 对 象 ， 受试者为兰州理工 大学在校大学生志愿者 （ 年龄在 ２ 。 １ ０ 岁） ～３ 实验过程分两个阶段 ： ） 调查实验对象的健 康 状 态 ， 受试者填写亚健康测评 １ 表 。 测评表取自 《 亚健康概 论 》 一 书， 该表有很好的信度和 效度 。 受试者 根 据 近 一 个 月 内 个 人 的 感 觉 独 立 填 写 评 测 表， 根据初评结果选择健康 和 亚 健 康 的 受 试 者 在 一 周 后 再 次填写该测评表 ， 选择两次 结 果 一 致 的 受 试 者 进 入 实 验 第 二阶段 。
犕－ １
２
可 知， 犛 ω）为 犛（ ω）的 渐 进 无 偏 ｅ ｒ（ ｐ
∧
２ ． ２ 脉搏波频域特征提取 由心脏搏动的生理特 征 可 知 ， 脉搏功率谱上的第一主 峰的频率 犳 因此可提取脉搏功率 １ 反映了心脏的搏动频率 ， 谱第一主峰峰值作为特 征 量 。 另 外 ， 随着人体生理状况的 不同 ， 脉 搏 的 时 域 波 形 会 发 生 一 些 变 化， 这种变化和影响 在功率谱图上主 要 体 现 为 信 号 基 波 频 率 及 谐 波 成 分 的 变
电 子 测 量 技 术 Ｌ Ｅ Ｃ Ｔ Ｒ ＯＮ Ｉ Ｃ ＭＥ Ａ Ｓ ＵＲ ＥＭＥ Ｎ Ｔ Ｔ Ｅ ＣＨＮ Ｏ Ｌ Ｏ Ｇ Ｙ Ｅ
第３ ２卷 第８期 ２ ０ ０ ９年８月
基于脉搏信号的心电特征研究
２ １ 张爱华１ 张 妍１， 王 琦
（ 兰州理工大学 电气工程与信息工程学院 兰州 ７ １． ３ ０ ０ ５ ０； 兰州城市学院 培黎工程技术学院 兰州 ７ ） ２． ３ ０ ０ ７ ０ 摘 要 ： 根据脉搏 、 心电信号的内在联系 ， 采用时域与频域相 结 合 的 方 法 提 取 脉 搏 信 号 和 心 电 信 号 的 特 征 向 量 ， 利用 线性相关的显著性检验分析脉波信号和心电信号的 内 在 关 联 性 。３ ０例健康与亚健康样本的检验结果显示出脉搏基 频频率与心率 、 脉搏波周期与心电信号 Ｒ 而其他特征则不明显存在这种特征 。 Ｒ 间期存在一致变化性 ， 关键词 ： 脉搏 ；心电信号 ； 心率变异 ； 线性相关的显著性检验 Ｒ Ｒ 间期 ； 中图分类号 ：Ｒ ３ １ ８． ０ ３ 文献标识码 ：Ａ
Ｐ 用信号的 全 部 信 息 ， 取Ｆ ， 将信号 Ｆ Ｔ 的 数 据 长 度 Ｎ＝２ （ ）（ 的 段 ， 数据段之 ） 分成长度为 狓犖 狀 ０ ≤ 狀 ≤ 犖 －１ 犕 犔
４ 结果与分析
表１为３ ０ 组样本对 应 的 脉 搏 信 号 和 心 电 信 号 的 特 征 值 。 特征提取时 ， 每例样本截取 １ ２ｓ时长的有效信号进行 分析 。 ）由心电信号的特征 Ｒ １ Ｒ 间期可以推算出心脏的搏 动频率 ， 其频率值与脉搏波频谱图上的基波频率基本一 致 。 可以说明 ， 脉搏波频谱图上的 １ Ｈ ｚ左右出现的第一个 谐波谱峰的频率 ， 反映了心脏源的搏动频率 。 ）对 健 康 群 体 和 亚 健 康 群 体 的 脉 搏 波 峰 值 间 期 与 ２ （ ） １ Ｒ Ｒ间 期 进 行 相 关 性 分 析 。 健 康 群 体 的 相 关 系 数 γ 犼 ＝ 说明两个群 亚健康群体的相关系数γ ． ９ ９ ８ ４， ０ ． ９ ９ ９ ８， 狔 ＝０ 体的脉搏波峰值间期与 Ｒ 即脉 Ｒ 间期是呈高度正相关的 ， 搏波峰值间期随 Ｒ 反之也成立 。 并 Ｒ 间期的增加而增加 ， （ ） ２ （ ） ３ （ ） ４ 且查相关系数显著性检验表可知γ ． ７ ０ ８， γ ０． ０ １ ＝０ 犼 ＞γ 狔 ＞ 因此可判断脉搏波峰值间 期 与 Ｒ ． ５ ９ ０， Ｒ 间期的 γ ０． ０ １ ＝０ 线性相关关系特别明显 。 对健康群体 和 亚 健 康 群 体 的 脉 搏 波 峰 值 间 期 标 准 差 与Ｒ Ｒ 间期标准 差 进 行 相 关 性 分 析 。 健 康 群 体 的 标 准 差 相关系数 γ 亚健康群体的标准差相关系数 ． ８ ３ ３ ９， 犱 ＝０ 犼 。 而每例样本中单 个脉搏波峰值间期与对应 ０ ． ９ ６ ７ ４ γ 犱 ＝ 犼 的Ｒ Ｒ 间期相关系数为 １。
８］ 化， 以及各谐波成分 之 能 量 的 对 比 ［ 。因此选 取 脉 搏 波 的
原始采样信号如图 １ 所示 。
第一主峰的频率 犳 １ 和对应的谱峰值等为频域特征 。
３ 心电信号特征提取
它反映了 Ｑ Ｒ Ｓ 波是心电信 号 Ｅ Ｃ Ｇ 中 最 显 著 的 部 分， 心室收缩时心脏的电行为 ， 其能量占了心电信号能量的很 大百分比 。Ｑ 高 频 区 域， 峰值 Ｒ Ｓ 波分 布 于 心 电 信 号 的 中 、 落在 １ 并 且 幅 度 特 征 非 常 明 显， 与其他波 ０ ０Ｈ ｚ之 间 ， ～２ 形的 区 别 显 著 ， 因 而 在 心 电 特 征 波 形 的 检 测 中， 常常先定 位Ｑ 所以 Ｑ Ｒ Ｓ 波 群， Ｒ Ｓ波的检测是所有波形检测的基 ９］ 础［ 。 另外 ， 中 波的位置 是确定 Ｒ Ｅ Ｃ Ｇ Ｒ Ｒ 间 期 的 基 础，
受到心脏本身的影响 ， 同时 也 会 受 到 流 经 各 级 动 脉 及 分 支 中各 种 生 理 因 素 如 血 管 阻 力 、 血 管 壁 弹 性 等 的 影 响， 因而 脉搏丰富谐波 的 强 度 和 频 率 成 分 包 含 着 极 丰 富 的 心 血 管 系统生理病理信息 ， 脉搏波 的 波 形 特 征 与 心 血 管 系 统 中 的
［ ５］
； 通过功率谱可区 分 特 殊 人 群 如 吸 毒 者 和 正 常 人 的 脉
·８·
基于脉搏信号的心电特征研究 张爱华 等 ：
） 被试者早晨空腹进 入 实 验 室 准 备 测 试 ， 测试者平躺 ２ 在床上 ， 静息 １ ， 手臂自然外展 ３ ０ｍ ｉ ｎ ０ 度 。 心电 Ｖ １和 Ｖ ５ 信号采用标准胸前单极导 联 方 式 采 集 ， 脉搏信号通过血氧 探头采集 ， 采集时间 １ 。 实验在安静且封闭 的 环 境 中 进 ｍ ｉ ｎ 行， 实 验 过 程 不 允 许 有 外 界 的 干 扰； 被测试者不能有除实 验要求外其他的肢体动作 。 用１ 将存在严重的肌肉 ０ ０ ０Ｈ ｚ采样频率采得 数 据 后 ， 抖动的数据进行剔除 ， 再对剩余的３ 组 去 ０ 数 据 进 行 滤 波，
７］ 除基线漂移 、 高频噪 声 及 工 频 干 扰 ［ ， 得 到 较 干 净 的 信 号。
源自文库
第８期
（ ０ ≤犽 ≤ 犕 －１ ） 即为所求脉搏功率谱 。
∧
（ ） ５
］ ＝ 犛（ 由 犈［ 犛 ω） ω） ω），其 中 犠 （ ω） ＝ 犠 （ ｅ ｒ（ ｐ １ 狀 － ｊ ω 犱（ 狀） 犲 犕 犝 ∑ 狀＝０ 估计 。
首先是人的心血管功能的直接反映 ，可通过观察 和 分 析 人 体的脉搏特 征 来 诊 断 心 血 管 系 统 的 活 动 规 律 。 如 应 用 脉 搏信号来检出心率 、 测量 臂 踝 ＰＷＶ（ 用于动脉粥 ｂ ａ Ｐ ＷＶ）
３ ４］ 。 样硬化型心血管病的诊断和管理等 ［
在脉搏分析和研究中 ，通过脉搏的形态分析 及 对 各 项 指标的分析可确定平脉与 病 脉 之 间 的 差 别 ， 鉴别出各种脉 象
６］ 。 本文作者采用时 域 和 频 域 分 析 方 法 ， 从脉搏信号中 象［
０ 引 言
脉搏诊断是 中 医 诊 病 特 别 是 中 医 保 健 的 重 要 手 段 和
１］ 方法 ［ 。 当脉搏波由心 脏 开 始 向 动 脉 系 统 传 播 时 ， 不仅要
得到全面的脉象特征 ， 进而 获 取 与 脉 搏 信 号 同 步 的 心 电 信 号的相关参数 ， 为揭示同步 脉 搏 信 号 和 心 电 信 号 的 相 关 性 奠定基础 。
犆 犺 犪 狉 犪 犮 狋 犲 狉 犻 狊 狋 犻 犮 狊 狋 狌 犱 犳犈 犆 犌犫 犪 狊 犲 犱狅 狀狋 犺 犲狆 狌 犾 狊 犲 狑 犪 狏 犲 狊 犻 狀 犪 犾 狔狅 犵
１ １２ １ ｈ ａ ｎ ａ ｎ ａ ｎ ｉ Ｚ ｈ ａ ｎ ｉ ｈ ｕ ａ Ｚ Ｗ ｇＹ ｇＱ ｇＡ ，
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图 １ 原始采样信号
进而也是确定心 率 的 基 础 。 因 此 ， 选 取 Ｒ 波 峰 值、 Ｒ Ｒ间 期和 Ｑ Ｒ Ｓ 波群的宽度作为心电信号的特征 。
２ 脉搏波特征提取
２． １ 功率谱估计 功率谱估计采用加权交叠平均法 （ 。它 利 用 Ｗ ｅ ｌ ｃ ｈ法） 信号重叠分段 、 加窗函数和 Ｆ Ｆ Ｔ 算法等计算一个信号序列 的自功率谱估计值 。 为了 降 低 估 计 的 偏 差 ， 并且有效地利