脉搏诊断是中医诊病特别是中医保健的重要手段和 方法。当脉搏波由心脏开始向动脉系统传播时，不仅要 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 特征参数变化密切相关。现代生理学和医学认为，脉搏 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（baPWV）用于动脉粥 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；通过功率谱可区分特殊人群如吸毒者和正常人的脉象。本文作者采用时域和频域分析方法，从脉搏信号中 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。
一 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２１～３０岁）。
实验过程分两个阶段：
１）调查实验对象的健康状态，受试者填写亚健康测评 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。
２）被试者早晨空腹进入实验室准备测试，测试者平躺 在床上，静息１０min，手臂自然外展30度。心电 Ｖ１和 Ｖ５ 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1min。实验在安静且封闭的环境中进 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１000Ｈｚ采样频率采得数据后，将存在严重的肌肉 抖动的数据进行剔除，再对剩余的３０组数据进行滤波，去 除基线漂移、高频噪声及工频干扰，得到较干净的信号。 原始采样信号如图１所示
二 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（Welch法）。它利用 信号重叠分段、加窗函数和FFT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 用信号的全部信息，取 FFT 的 数 据 长 度 Ｎ＝２的P次幂，将 信 号 x(n)）（０≤n≤ N－１）分成长度为 M 的L 段，数据段之 间保持有一部分重叠，重叠度到５０％，并选取 hanning窗 函数。这时有
计算每一段数据的功率谱
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f1 反映了心脏的搏动频率，因此可提取脉搏功率 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 化，以及各谐波成分之能量的对比。因此选取脉搏波的 第一主峰的频率f1 和对应的谱峰值等为频域特征。
三 心电信号特征提取
QRS波是心电信号 ECG 中最显著的部分，它反映了 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。ＱＲＳ波分布于心电信号的中、高频区域，峰值 落在１０～２０Ｈｚ之间，并且幅度特征非常明显，与其他波 形的区别显著，因而在心电特征波形的检测中，常常先定 位 ＱＲＳ波群，所以 ＱＲＳ波的检测是所有波形检测 的 基 础。另外，ＥＣＧ 中 Ｒ波的位置是确定 Ｒ-Ｒ 间期的基础， 进而也是确定心率的基础。因此，选取 Ｒ 波峰值、Ｒ-Ｒ 间 期和 ＱＲＳ波群的宽度作为心电信号的特征。
四 结果与分析
表１为３０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１２ｓ时长的有效信号进行 分析。
１）由心电信号的特征 Ｒ-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１Ｈｚ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。
２）对健 康 群 体 和 亚 健 康 群 体 的 脉 搏 波 峰 值 间 期 与 ＲＲ间 期 进 行 相 关 性 分 析。健 康 群 体 的 相 关 系 数r ＝ ０．９９９８，亚健康群体的相关系数r ＝０．９９８４，说明两个群 体的脉搏波峰值间期与R -Ｒ间期是呈高度正相关的，即脉 搏波峰值间期随 Ｒ-Ｒ间期的增加而增加，反之也成立。并 且查相关系数显著性检验表可知r ＞r０．０１ ＝０．７０８，r ＞ r０．０１ ＝０．５９０，因此可判断脉搏波峰值间期与 Ｒ-Ｒ 间期的 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r ＝ ０．８３３９，亚 健 康 群 体 的 标 准 差 相 关 系 数 r ＝０．９６７４。而每例样本中单个脉搏波峰值间期与对应 的 Ｒ-Ｒ间期相关系数为１。进行相关分析，相关系数r ＝０．５２６５，脉搏波基频峰值 与心电信号 ＱＲＳ波宽度的相关系数r ＝－０．０４２４；同 理，亚健康群体对应的相关系数分别为r ＝－０．１１８２， r ＝－０．３４７８。说明各量之间相关程度较低，不能利用 相关性来分析各量间相互关系的大小。
五 结论
通过对上述３０例样本数据的分析，表明人体脉搏信 号和心电信号之间有一定内在的相关性。利用这种相关 性可以通过对人体脉搏波的分析了解人体心脏的搏动情 况，也可以较准确的确定出心电信号的周期，为判定人体 心血管疾病以及心律失常提供另一种途径。例如通过确 定脉搏峰值间期均值可以确定 Ｒ-Ｒ间期均值 ＲＲ，当ＲＲ＞ １．２ｓ时可判定为心动过缓，当 ＲＲ＜０．５ｓ时可判定心动 过速，当１．６ｓ以上无 Ｒ 波则可判定停搏等。但由于实验 的样 本 量 较 小，上 述 结 论 还 有 待 于 大 样 本 的 研 究 给 予 验证。