一、基于指端脉搏波的健康信息平台的设计与实现文献综述
引言：
随着人们的生活压力不断增大，人们长期处于亚健康状态。长期的亚健康往往会导致如呼吸系统疾病、心血管疾病等慢性疾病的患病几率提高。然而大量研究发现慢性疾病初期患者并没有自觉症状，但这些症状可以反映在脉搏波的相关数值中。为了关怀人类健康，许多研究者针对脉搏波的采集测量、提取、分析、应用以及相关信息可视化平台的开发设计进行了大量的研究。本文将通过文献了解目前相关研究的研究现状、研究的成果，分析目前存在的问题、预测未来的发展趋势，为后续基于指端脉搏波的健康信息平台的设计与实现累积理论基础。
（一）国内外研究现状
脉搏波是指心脏周期性收缩和舒张过程中，由动脉内压力和容积发生的周期性变化引起的动脉管壁周期性波动。脉搏波包含了大量的人体生理病理信息。因此该方面的研究一直都是研究者们关注的热点。相关可视化系统的研究与开发也是如此。
（1）国内研究现状
在2009年，王平等研究者在《脉搏波分析的基本原理及其临床中的应用》中对健康与病理状态脉搏波的形成过程与图像差异进行了详细描述，对各脉搏波参数的意义也给出了说明[1]。如临床常用的反射波增量百分比，该值越大则患心血管疾病概率越高。对于临床上的研究，文中也说明了脉搏波形分析比水银血压计提供更多的指标，更有助于心血管疾病早期追踪与治疗的疗效观察，并且未来会有更广泛的应用。在2019年，张永会等研究者对脉搏波的形成做出了更详细的描述[2]。他们将脉搏波图形细分为上升支、下降支、潮波、降中峡、重搏波，并指出脉搏波分为两类：力脉搏波和容积脉搏波，前者于大动脉处测取，后者于指端测取，两者仅是不同表现形式，都可反映心血管系统的功能状态。此外，该研究还总结了目前常用的脉搏波波形分析方法有时域分析、频域分析、时频分析、数学建模分析、脉搏波速度分析等。Hsien-Tsai Wu在研究老年人与动脉粥样硬化患者的可靠参数测取中还发现了归一化峰值时间与时间峰值比不仅与粥样硬化的常规数据刚度指数、反射指数、脉搏波传导速度是呈现显著正相关的，但是，由于实验中存在动脉僵硬程度升高而舒张波峰值不明显的受试者，因此排除了在波形轮廓分析中使用常规参数的可能[3]。
可以看出国内目前对于脉搏波理论上的研究是较为成熟的，有坚实的理论基础。同时国内的研究者也在不断地致力于优化相关算法，如2019年，张剑锋等研究者在研究后发现提取脉搏信息的常规算法往往会出现伪差、基线漂移等噪声导致测量错误，针对这些情况他们提出基于边沿检测的光电容积算法[4]。该算法识别精度高并且避免了乘法器的使用，节约了硬件资源。同年，为了优化特征点识别，李思楠等研究者通过结合脉搏上升支单调增加的几何特性，通过二次Hilbert变换将将过零点位置划定为“基准点”，以“基准点”寻找波谷点和主波峰点的检测方法解决了人为设置和调整筛选阈值门限的不足，同时也提高了准确率与抗干扰能力[5]。在2013年，邹滋润等研究者将呼吸信号与脉搏信号相联系，利用经验模式分解法提取指端光电容积脉搏波中的呼吸波成分，为设计新型、廉价、非侵入式的呼吸监护设备提供了可能[6]。
在应用上，汪洋和张毅等研究者都发现了传统中医中诊脉与脉搏波的共性，其中张毅等研究者针对脉搏波中的频域分析是否可以进行中医体质辨识的可行性进行了样本实验和问卷调查[7]。他们利用数据挖掘分类算法建立了体质判定模型，对建立基于光电容积脉搏波频域分析的中医体质自动辨识系统进行了初次尝试，为后续设计提供了基础，并且提出了建立家庭使用系统的设想。汪洋则将光电容积脉搏波技术与人脸检测技术相结合，设计了通过PPG技术原理从摄像头采集的人脸检测视频中分离处信号并进行滤波处理结合频域分析得出心率的非接触式的生理指标测量系统[8]。在2018年，杨林强基于市场上的广泛使用的便携式血氧、脉搏测量仪器，利用PPG技术的原理结合手机实现了移动端脉搏信号的获取，并从中提取多项生理特征参数，在移动端设计并开发了健康平台软件[9]。该软件可以展示各项数值（包括历史数值）以便用户大致了解情况。同年，鲁庆强设计完成了基于指端脉搏波的心血管参数无创检测系统，并提出了一套较为完整的预处理滤波算法[10]。其中使用到了和邹滋润等在提取呼吸信号同样用于预处理的经验模态分解方法（EMD），而此处鲁庆强对该方法做出了改进以更好地拟合PPG信号的包络线。他的可视化是基于MATLAB来实现的。张岩结合了可穿戴设备，确定了心率与健康和运动的关系，并提出了一套可穿戴的心率监测系统[11]。该系统可用于辅助规范运动范围避免不当运动损伤。
