动静脉波病理特征提取与多维非线性分析方法的研究

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高血压等心血管疾病已经成为当代危害人类身体健康最多、最重的疾病。因此加强疾病的治疗、监测和预防具有十分必要、紧迫的现实意义。当前这些疾病的无创监测主要依赖心电、心音等单一检测手段,其分析方法上尚停留于单维的定性分析,而人体各脏器之间关系复杂,互相影响,简单从单一信号的定性分析很难全面深入地反映系统性问题。传统的频域与时域方法仅是基于简单线形拟合和统计分析。由于动、静脉信号通常含有与生物系统和生物结构状态相关的信息,并且动、静脉波信号是强噪声背景下的微弱信号,动、静脉波信号具有非高斯、非线性和非稳定性等特点。因此,只有采用多维的非线性方法才能取得更好的分析效果。时频分析对这些系统状态的研究和诊断具有价值,它在生物医学和故障诊断领域中的应用已经引起人们的广泛关注。本文在国内外动、静脉波信号分析及研究的基础上,对动、静脉信号运用时频分析理论做了详细分析,阐明了时域分析、频域分析和时频分析方法的利弊。针对动、静脉波信号的非线性、非平稳性、似周期性等特点,着重对动、静脉波信号的特定点的定位实现进行了研究。文章首先介绍了时频分析的由来及基本概念,讨论时频分析方法的优缺点,介绍了几种常用的信号时频分析方法。以一个标准的动、静脉波信号为例对其信号模型、特定点进行定义,然后对这一典型的动、静脉波信号间关联性进行了分析,借助于MATLAB等仿真软件,对其动、静脉波信号进行改进的小波去噪,开始对动、静脉信号时频分析进行初步探索。针对动、静脉波信号的特定点定位的重要意义,接着提出了利用时频分析方法中的瞬时频率这一基本概念,借助MATLAB仿真软件对动、静脉信号的特定点准确定位。目前,时频分析方法在生物信号的应用主要有Wigner-Ville分布分析和Choi-Willams分布分析方法,前者的时频聚集性最好,由于其优良的边缘特性及局部能量汇聚特性,缺点是Wigner分布的相干项也最严重;后者也称作平滑的伪Wigner-Ville分布,对Cohen类时频分布中的加权函数进行合理的选择,可以有效的降低交叉项的影响。本文最后利用改进的Choi-Willams分布对动、静脉波信号处理,理论分析和仿真结果表明该设计方案具有有效降低交叉项、提取隐含信息等优点,可用于实际的动、静脉信号处理,其对研究时频分析方法的实用性具有一定的建设意义。
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