本發(fā)明涉及信號分析領(lǐng)域，具體涉及一種基于手臂位置變化的脈搏波評估動脈彈性功能的方法。

背景技術(shù)：

動脈在心血管生理學(xué)和病理生理學(xué)中扮演重要角色。動脈具有天然彈性能夠反映不同壓力下的動脈性能變化。動脈的彈性性能與很多的臨床和生理因素有關(guān)，其中動脈容積順應(yīng)性是一個典型的定量測量動脈彈性的參數(shù)。目前評估動脈彈性功能的方法主要是采用非侵入的方式，是通過改變血管的壓力得到相應(yīng)的血管體積變化而獲得。但是由于測量直徑的不斷改變，因此無法使用測量比較準(zhǔn)確的直接測量方式。

由于脈搏波受測量系統(tǒng)噪聲的影響較大，而且脈搏波信號本身很微弱，因此現(xiàn)有的測量評估方法會使脈搏信號具有較差的測量準(zhǔn)確性，影響了評估動脈性能結(jié)果的可靠性，而且沒有深入研究脈搏信號波形在不同情況下的差異。

上述問題是在研究脈搏信號的過程中應(yīng)當(dāng)予以考慮并解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明公開了一種基于手臂位置變化的脈搏波評估動脈彈性功能的方法，本方法操作簡單、方便，易于臨床應(yīng)用，改善了現(xiàn)有方法難于測量、操作復(fù)雜等情況。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的具體方案如下：

一種基于手臂位置變化的脈搏波評估動脈彈性功能的方法，包括以下步驟：

步驟S1：將被測者的其中一個手臂作為參考手臂，放置于身體一側(cè)的水平位置；另一個手臂為運(yùn)動手臂，將其依次固定到不同的測試角度上；

步驟S2：同步測量兩個手臂橈動脈的脈搏信號；

步驟S3：使用信號分析軟件對采集到的信號進(jìn)行識別；

步驟S4：對每個被測者的每個測試位置上的脈搏信號，截取設(shè)定個周期的脈搏信號，并分別對這設(shè)定個周期信號進(jìn)行歸一化處理形成歸一化脈搏信號；

步驟S5：計(jì)算歸一化脈搏信號的設(shè)定百分比的峰值處波形的寬度；

步驟S6：換被測者的另一手臂作為參考手臂進(jìn)行相同的操作，重復(fù)上述步驟S1-步驟S5，再次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，被測者的第一輪實(shí)驗(yàn)結(jié)束；

步驟S7：重復(fù)步驟S1-步驟S6，被測者的第二輪實(shí)驗(yàn)結(jié)束；

步驟S8：對另外的多位被測量者進(jìn)行上述步驟S1-步驟S7的測量與處理，計(jì)算每個被測者兩輪重復(fù)實(shí)驗(yàn)的設(shè)定百分比的峰值寬度的平均值和方差；

步驟S9：使用信號分析軟件對不同角度位置下運(yùn)動手與參考手的設(shè)定百分比的峰值寬度值進(jìn)行配對對比，對參考手與運(yùn)動手在不同位置時進(jìn)行配對比較得到參數(shù)P值，根據(jù)參考P值判斷胳膊的位置與脈搏信號的寬度的相關(guān)性，繼而評估判斷胳膊的位置與動脈彈性功能的相關(guān)性。

進(jìn)一步的，在步驟S1中，測量兩個手臂橈動脈的脈搏信號時，被測者的其中一個手臂作為參考手臂，放置于身體一側(cè)的水平位置；另一個手臂為運(yùn)動手臂，將其依次固定到與身體一側(cè)的水平位置相對成90°、45°、0°、-45°、-90°角度上，分別測量不同角度位置時對應(yīng)的手臂橈動脈的脈搏信號。

進(jìn)一步的，在步驟S2中，測量兩個手臂橈動脈的脈搏信號時每個角度測量時間相同。

進(jìn)一步的，在步驟S2中，在測量手臂橈動脈的脈搏信號時，每個角度需要滿足在該測量時間下能夠獲取設(shè)定個周期的脈搏信號。

進(jìn)一步的，在步驟S3中，使用信號分析軟件對采集到的信號進(jìn)行識別，找出并標(biāo)注每個脈搏周期的起點(diǎn)。

進(jìn)一步的，在步驟S4中，根據(jù)起點(diǎn)截取設(shè)定個周期的脈搏信號。

進(jìn)一步的，在步驟S4中，歸一化處理后使這設(shè)定個周期的信號具有相同的時間和幅度，然后取平均形成歸一化脈搏信號。

進(jìn)一步的，在步驟S5中，計(jì)算歸一化脈搏信號的設(shè)定百分比的峰值處波形的寬度時，該設(shè)定百分比為60％。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明利用手臂在不同位置時脈搏信號的波形會產(chǎn)生變化，通過運(yùn)動手臂的脈搏信號波形與參考手臂的脈搏信號波形進(jìn)行對比，對手臂在不同位置時脈搏信號的波形的變化情況進(jìn)行量化，從而能根據(jù)波形的變化量對動脈彈性功能進(jìn)行較為準(zhǔn)確的評估。

本發(fā)明對雙手臂在不同位置對橈動脈進(jìn)行測量，能消除個體間的差異，具有操作簡單易行、高準(zhǔn)確度等優(yōu)勢，易于臨床的應(yīng)用，為后期的動脈彈性性能的研究提出了一種新的方法，并為今后研究血管疾病提供了方向。

附圖說明

圖1是本發(fā)明中手臂在不同位置時的測量示意圖；

圖2(a)-圖2(e)是本發(fā)明中某一被測人的右手臂作為運(yùn)動手，左手臂作為參考手，在不同位置的波形圖；

圖3(a)-圖3(b)是本發(fā)明中重復(fù)兩次實(shí)驗(yàn)中60％峰值寬度的總均值與方差圖。

具體實(shí)施方式：

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明：

動脈硬化可以使血管壁變硬、縮小、失去彈性，繼而形成血栓，由于人體脈搏信號的寬度與動脈硬化度呈負(fù)相關(guān)性，即當(dāng)動脈硬化程度高時，脈搏上升和下降的速度均比硬化程度低的血管快，表現(xiàn)為脈搏信號的寬度變窄，再加上它的測量方法簡便易行而又沒有創(chuàng)傷，脈搏信號在60％處的寬度值對位置變化的差異最明顯，因此本申請使用60％峰值處波形的寬度值作為判斷動脈管壁性能的指標(biāo)之一。

沿著動脈波傳播的動脈波速度取決于動脈的彈性，如果忽視粘度的影響，動脈波的傳播速度可由布拉姆韋爾和希爾方程(Bramwell and Hill equation)近似為：

V是單位長度動脈的血容量，ρ是血液密度1050kg/m³，C是動脈體積順應(yīng)性。

從方程(1)可以得到，如果未知血容量或動脈半徑，由PWV得不到絕對的動脈體積順應(yīng)性。

但是，根據(jù)動脈體積順應(yīng)性的定義,布拉姆韋爾和希爾方程可以寫作：

依據(jù)方程(2)與動脈容積擴(kuò)張性(Dv)，可以得到下面的方程：

如果外周動脈系統(tǒng)的彈性大,更大比例的血液將噴射到周邊動脈。因此手臂舉高時，血壓降低，動脈彈性變大，橈動脈脈搏將有更寬的脈沖波形。在我們的研究中，觀察到脈沖的寬度與上述理論相符，并在60％處的寬度值對位置變化的差異最明顯，因此被作為判斷動脈管壁性能的指標(biāo)之一。

目前常用的用于描述在壓力下動脈性能變化的模型是Hardy與Forster等提出的生理彈性指數(shù)模型及Langewouters反正切模型。作為動脈壓力P的函數(shù)，動脈容積擴(kuò)張性可以表示為：

彈性指數(shù)模型：

Langewouters反正切模型：

a₁，a₂，a₃，b₁，b₂是模型中未知的參數(shù)，模型參數(shù)可以采用Matlab工具箱中的曲線擬合進(jìn)行計(jì)算。用最小二乘方法來評估我們的數(shù)據(jù)，我們的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與模型的擬合程度很高。

基于手臂在不同位置時的脈搏波分析動脈彈性功能的方法，用于測量被測者左右雙手的橈動脈處的動脈脈搏信號，進(jìn)而對脈搏信號進(jìn)行歸一化處理得出歸一化波形，所述方法主要包括以下步驟：

步驟一：選取24名男女?dāng)?shù)量不等的被測人員，準(zhǔn)備進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

步驟二：讓被測者在安靜、恒溫的環(huán)境中靜躺5min后，開始進(jìn)行第一輪實(shí)驗(yàn)。

步驟三：把被測者的一個手臂作為參考手臂置于與身體平行的水平0°位置，另一手臂作為運(yùn)動手臂，有五個測試位置：90°、45°、0°、-45°、-90°。使用設(shè)備將該被測者的運(yùn)動手臂固定到某個測試位置，如圖1所示，參考手臂(左手)放在與身體平行的水平0°位置上，運(yùn)動手臂(右手)先放在-90°位置上，使用壓電傳感器同時測量左右兩個手臂橈動脈上的脈搏信號，測量時間為40s。接著將運(yùn)動手臂放到其他測試位置上進(jìn)行測試，測量時間仍為40s，重復(fù)該步驟，直到運(yùn)動手臂在5個測試位置上完成測試，本次測量結(jié)束。然后把參考手臂與動作手臂調(diào)換，重復(fù)上述5個位置的測試，第一輪測試結(jié)束。第二輪測試為第一輪測試的重復(fù)。

步驟四：使用MATLAB軟件對采集到的20路信號進(jìn)行脈搏起點(diǎn)標(biāo)注，找出每一路信號的脈搏起點(diǎn)。

步驟五：根據(jù)起點(diǎn)截取11個連續(xù)周期，對每一個周期進(jìn)行歸一化處理：幅值為1，重采樣頻率為1000。

步驟六：分別對每個被測人的五個位置的11個歸一化信號周期信號取平均，繪制出左、右運(yùn)動手與參考手在5個位置的歸一化脈搏信號，如圖2(a)-圖2(e)所示。

步驟七：計(jì)算步驟六中得到的歸一化脈搏信號的60％峰值處波形的寬度值，并對其求平均。

步驟八：對24位被測量者進(jìn)行上述步驟的測量與處理，繪制出兩輪重復(fù)實(shí)驗(yàn)的60％峰值處波形寬度的均值和標(biāo)準(zhǔn)方差圖(如圖3(a)-圖3(b)所示)，均值、標(biāo)準(zhǔn)方差和配對分析結(jié)果如表1所示。

表1

步驟九：使用SPSS軟件對不同位置下動作手與參考手的60％峰值寬度值進(jìn)行配對對比分析，判斷手臂位置改變對脈搏波形改變的影響情況。

運(yùn)動手臂與參考手臂在不同位置上的波形對比，其中圖2(a)-2(e)分別對應(yīng)當(dāng)參考手在0°位置，運(yùn)動手臂在90°、45°、0°、-45°、-90°五個不同位置處時的波形，虛線為參考手波形，實(shí)線為運(yùn)動手波形。從圖2(a)-2(e)可以看出，運(yùn)動手臂在90°、45°、0°、-45°、-90°五個不同位置的時間段內(nèi)，參考手臂的波形基本不變，而運(yùn)動手臂的波形變化很大。在0°時，運(yùn)動手臂與參考手臂的波形基本吻合；在90°、45°時，50％峰值及以上位置，運(yùn)動手臂的波形明顯寬于參考手的波形，在-45°、-90°時，50％峰值及以上位置，運(yùn)動手臂的波形寬度小于參考手的寬度。在90°、45°、0°、-45°、-90°五個不同位置處，運(yùn)動手臂的波形在峰值60％左右的寬度總體逐步減小，從而說明，手臂位置對橈動脈波形有明顯的影響。

計(jì)算24位被測者的左、右手臂分別在5個位置波形的60％峰值寬度的總均值和方差，得到圖3(a)-圖3(b)。圖3(a)是以右手為參考手臂，左手為運(yùn)動手，分別在90°、45°、0°、-45°、-90°五個位置上的總均值和方差圖；相應(yīng)的，圖3(b)是以左手為參考手臂，右手為運(yùn)動手在90°、45°、0°、-45°、-90°五個位置上的總均值和方差圖。從圖中可以看出，運(yùn)動手臂的60％峰值波形寬度在90°、45°、0°、-45°、-90°五個位置上是逐步減小的，是有規(guī)律的。

使用SPSS軟件，對參考手與運(yùn)動手在不同位置時進(jìn)行配對比較得到參數(shù)P值，P值是為結(jié)果可信程度的一個遞減指標(biāo)，P值越大，越不能認(rèn)為樣本中變量的關(guān)聯(lián)是總體中各變量關(guān)聯(lián)的可靠指標(biāo)。當(dāng)P>0.05時，表示兩者相關(guān)度不大，反之，當(dāng)P<0.05時，表示兩者是顯著相關(guān)的。當(dāng)左手在-45°和右手在0°、-45°時，P>0.05，兩者是不相關(guān)的，在其它位置時，P<0.05，表現(xiàn)為顯著相關(guān)。由此可以得出，在大部分情況下，胳膊的位置與脈搏信號的寬度是相關(guān)的，進(jìn)而說胳膊的位置與動脈硬化的程度是相互聯(lián)系的。

需要說明的是，本申請利用眾多指標(biāo)中差別最明顯的一個指標(biāo)(峰值60％處)，而這個差別最明顯的指標(biāo)不是患有血管疾病的人和健康者的區(qū)別，即使同為健康者之間，該指標(biāo)的變化也是比較明顯的，因此血管評估中選擇該點(diǎn)會得到高得效率。

本發(fā)明通過對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，探索手臂脈搏信號的影響因素。測量具有操作簡單易行、高準(zhǔn)確度等優(yōu)勢，為后期的脈搏信號的研究奠定了可靠的基礎(chǔ)。

上述雖然結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但并非對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。