專利名稱：一種心音信號(hào)量化分析方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請(qǐng)涉及醫(yī)療設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種心音信號(hào)量化分析方法及裝置。
背景技術(shù)：
心音是由于心臟瓣膜的開關(guān)、肌腱和肌肉的舒張收縮、血流的沖擊及心血管壁振動(dòng)而產(chǎn)生的一種復(fù)合音。它包含的關(guān)于心臟各個(gè)部分如心房、心室、大血管、心血管及各個(gè)瓣膜功能狀態(tài)的大量病理信息，是臨床評(píng)估心臟功能狀態(tài)的最基本參數(shù)。當(dāng)心血管疾病尚未發(fā)展到足以產(chǎn)生臨床及病理改變(如心電圖變化)以前，心音中出現(xiàn)的雜音和畸變就是重要的診斷信息。因此，心音具有心電不可替代的重要臨床診斷優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，心音信號(hào)的檢測(cè)方便、無創(chuàng)、花費(fèi)極小，可作為心血管病檢測(cè)、預(yù)防的常規(guī)手段。近年來，由于計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)、模式識(shí)別等廣泛應(yīng)用，基于心音信號(hào)的心臟疾病智能診斷系統(tǒng)研究成為國外研究熱點(diǎn)，而國內(nèi)在這方法僅處于起步階段，并且國外研究者雖然展開了系列而深入的研究，但大量采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機(jī)等分類器進(jìn)行單一心臟病雜音分類，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不夠簡(jiǎn)單。另外，采用分類器在對(duì)心音信號(hào)進(jìn)行分析時(shí)，需要大量的訓(xùn)練樣本以提高對(duì)心臟疾病的診斷準(zhǔn)確度，但在臨床上心臟疾病多為混合病，大量完全同類的混合型心臟疾病數(shù)據(jù)采集使得研究的難度大大增加。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本申請(qǐng)實(shí)施例提供一種心音信號(hào)量化分析方法及裝置，分別提取采集到的心音信號(hào)中的特征參數(shù)，并計(jì)算不同時(shí)期的心音能量，根據(jù)各時(shí)期的心音能量在整個(gè)周期中的百分比，就可以確定心音強(qiáng)度、雜音出現(xiàn)的時(shí)間以及強(qiáng)度，進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單方便地對(duì)心音信號(hào)進(jìn)行量化分析，為臨床常見心血管疾病診斷提供診斷參數(shù)。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本申請(qǐng)實(shí)施例提供的技術(shù)方案如下—種心音信號(hào)量化分析方法，包括采集多個(gè)臨床聽診位置的心音信號(hào)；對(duì)所采集的多個(gè)心音信號(hào)分別進(jìn)行預(yù)處理；分別提取預(yù)處理后的多個(gè)心音信號(hào)的心音包絡(luò)線及特征參數(shù)，所述特征參數(shù)包括第一心音、第二心音、收縮期以及舒張期的持續(xù)時(shí)間和心率；將每個(gè)心音信號(hào)的一個(gè)心動(dòng)周期中的收縮期分為第一心音期和收縮雜音期，將舒張期分為第二心音期和舒張雜音期，并分別計(jì)算各個(gè)時(shí)期的帕斯瓦爾能量，即心音能量；計(jì)算各時(shí)期的心音能量在整個(gè)周期中的百分比，確定正常心音的強(qiáng)度、雜音出現(xiàn)的時(shí)間以及強(qiáng)度。優(yōu)選地，采用多導(dǎo)同步心音收集裝置同時(shí)采集主動(dòng)脈瓣、肺動(dòng)脈瓣、二尖瓣和三尖瓣相對(duì)應(yīng)的聽診位置的心音信號(hào)。優(yōu)選地，對(duì)所采集的多個(gè)心音信號(hào)分別進(jìn)行預(yù)處理，包括
采用帶通濾波去除心音信號(hào)中的外界低頻雜音和高頻干擾；采用小波閾值降噪法對(duì)濾波后的心音信號(hào)進(jìn)行降噪；對(duì)降噪后的心音信號(hào)進(jìn)行歸一化處理。優(yōu)選地，所述分別提取預(yù)處理后的多個(gè)心音信號(hào)的心音包絡(luò)線及特征參數(shù)，包括采用變頻同態(tài)濾波方法自適應(yīng)濾除心音信號(hào)中的乘性噪聲并提取心音包絡(luò)線；采用自適應(yīng)雙閾值門限法對(duì)所述心音包絡(luò)線進(jìn)行心音定位與分段，識(shí)別出各自心動(dòng)周期中的第一心音峰值、第二心音峰值以及收縮期、舒張期；提取第一、第二心音、收縮期以及舒張期的持續(xù)時(shí)間，并計(jì)算心率。優(yōu)選地，該方法進(jìn)一步包括提取心音數(shù)據(jù)庫中大量心音數(shù)據(jù)的心音能量參數(shù)；采用聚類分析算法尋找各心音能量參數(shù)的聚類中心以及正常心音、異常心音的能量范圍；將計(jì)算得到的所述心音能量與正常心音、異常心音的能量范圍進(jìn)行比較，并判斷計(jì)算得到的所述心音能量屬于正常心音的能量范圍或異常心音的能量范圍。優(yōu)選地，該方法進(jìn)一步包括將所述判斷結(jié)果輸出。—種心音信號(hào)量化分析裝置，包括多導(dǎo)同步心音收集裝置，用于采集多個(gè)聽診位置的心音信號(hào)；預(yù)處理單元，用于對(duì)所采集的多個(gè)心音信號(hào)分別進(jìn)行預(yù)處理；提取單元，用于分別提取預(yù)處理后的多個(gè)心音信號(hào)的心音包絡(luò)線及特征參數(shù)，所述特征參數(shù)包括第一心音、第二心音、收縮期以及舒張期的持續(xù)時(shí)間和心率；心音能量計(jì)算單元，用于將每個(gè)心音信號(hào)的一個(gè)心動(dòng)周期中的收縮期分為第一心音期和收縮雜音期，將舒張期分為第二心音期和舒張雜音期，并分別計(jì)算各個(gè)時(shí)期的帕斯瓦爾能量，即心音能量；心音強(qiáng)度確定單元，用于計(jì)算各時(shí)期的心音能量在整個(gè)周期中的百分比，并確定正常心音的強(qiáng)度、雜音出現(xiàn)的時(shí)間以及強(qiáng)度。優(yōu)選地，所述預(yù)處理單元包括帶通濾波單元，采用帶通濾波去除心音信號(hào)中的外界低頻雜音和高頻干擾；降噪單元，采用小波閾值降噪法對(duì)帶通濾波后的心音信號(hào)進(jìn)行降噪；歸一化處理單元，用于對(duì)降噪后的心音信號(hào)進(jìn)行歸一化處理。優(yōu)選地，所述提取單元包括變頻同態(tài)濾波單元，采用變頻同態(tài)濾波方法自適應(yīng)濾除心音信號(hào)中的乘性噪聲并提取心音包絡(luò)線；心音定位與分段單元，采用自適應(yīng)雙閾值門限法對(duì)所述心音包絡(luò)線進(jìn)行心音定位與分段，識(shí)別出各自心動(dòng)周期中的第一、第二心音以及收縮期、舒張期；特征參數(shù)提取單元，用于提取第一、第二心音收縮期以及舒張期的持續(xù)時(shí)間，并計(jì)
算心率。優(yōu)選地，該裝置進(jìn)一步包括心音數(shù)據(jù)庫，用于存儲(chǔ)大量心音數(shù)據(jù)的心音能量參數(shù)；
心音能量參數(shù)提取單元，用于提取所述心音數(shù)據(jù)庫中大量心音數(shù)據(jù)的心音能量參數(shù)；心音能量范圍確定單元，用于采用聚類分析算法尋找各心音能量參數(shù)的聚類中心以及正常心音、異常心音的能量范圍；心音能量確定單元，用于將計(jì)算得到的所述心音能量與正常心音、異常心音的能量范圍進(jìn)行比較，并判斷計(jì)算得到的所述心音能量屬于正常心音的能量范圍或異常心音的能量范圍。優(yōu)選地，該裝置進(jìn)一步包括輸出單元，用于將所述心音能量確定單元的判斷結(jié)果輸出。由以上技術(shù)方案可見，本申請(qǐng)實(shí)施例提供的該心音量化分析方法，該方法首先采集多個(gè)臨床聽診位置的心音信號(hào)，并且對(duì)所采集的多個(gè)心音信號(hào)分別進(jìn)行預(yù)處理，然后分別提取預(yù)處理后的多個(gè)心音信號(hào)的心音包絡(luò)線及特征參數(shù)，并將每個(gè)心音信號(hào)的一個(gè)心動(dòng)周期中的收縮期分為第一心音期和收縮雜音期，將舒張期分為第二心音期和舒張雜音期， 并分別計(jì)算各個(gè)時(shí)期的心音能量，最后計(jì)算各時(shí)期的心音能量在整個(gè)周期中的百分比，確定正常心音的強(qiáng)度、雜音出現(xiàn)的時(shí)間以及強(qiáng)度。該心音信號(hào)量化分析方法可以量化分析心音各成分的強(qiáng)度、出現(xiàn)時(shí)間及持續(xù)時(shí)間，分析的結(jié)果可以作為臨床常見心血管疾病診斷依據(jù)，用于評(píng)價(jià)心臟雜音類型以及與心血管疾病之間的關(guān)系。此外，該心音量化分析方法還可以與心音數(shù)據(jù)庫相結(jié)合，將某一患者的量化分析結(jié)果與心音數(shù)據(jù)中大量的心音數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，并根據(jù)特征參數(shù)性質(zhì)與病理特性之間的關(guān)系，可以實(shí)現(xiàn)心音的智能辨識(shí)和心臟量化聽診，對(duì)于常見心血管疾病早期檢測(cè)與初步診斷具有重要的理論及臨床價(jià)值。


為了更清楚地說明本申請(qǐng)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本申請(qǐng)中記載的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下， 還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本申請(qǐng)實(shí)施例提供一種心音信號(hào)量化分析方法的流程示意圖；圖2為本申請(qǐng)實(shí)施例提供的預(yù)處理的流程示意圖；圖3為本申請(qǐng)實(shí)施例提供預(yù)處理前后的心音信號(hào)圖；圖4為本申請(qǐng)實(shí)施例提供的提取心音包絡(luò)線及特征參數(shù)的流程示意圖；圖5為本申請(qǐng)實(shí)施例提供的提取心音包絡(luò)線時(shí)的心音信號(hào)圖；圖6為本申請(qǐng)實(shí)施例提供的另一種心音信號(hào)量化分析方法的流程示意圖；圖7為本申請(qǐng)實(shí)施例二提供的心音信號(hào)量化分析方法在對(duì)一個(gè)正常人進(jìn)行聽診時(shí)的心音信號(hào)圖；圖8為本申請(qǐng)實(shí)施例二提供的心音信號(hào)量化分析方法在對(duì)一個(gè)患有風(fēng)濕性心臟病的病人進(jìn)行聽診時(shí)的心音信號(hào)圖；圖9為本申請(qǐng)實(shí)施例提供的一種心音信號(hào)量化分析裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖10為本申請(qǐng)實(shí)施例提供的預(yù)處理單元的結(jié)構(gòu)示意圖11為本申請(qǐng)實(shí)施例提供的提取單元的結(jié)構(gòu)示意圖；圖12為本申請(qǐng)實(shí)施例提供的另一種心音信號(hào)量化分析裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖13為本申請(qǐng)實(shí)施例提供的第三種心音信號(hào)量化分析裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本申請(qǐng)中的技術(shù)方案，下面將結(jié)合本申請(qǐng)實(shí)施例中的附圖，對(duì)本申請(qǐng)實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本申請(qǐng)一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒旧暾?qǐng)中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都應(yīng)當(dāng)屬于本申請(qǐng)保護(hù)的范圍。實(shí)施例一圖1為本申請(qǐng)實(shí)施例提供一種心音信號(hào)量化分析方法的流程示意圖。如圖1所示，該方法包括步驟SlOl 采集多個(gè)聽診部位的心音信號(hào)。在本申請(qǐng)實(shí)施例中，聽診部位選擇為四個(gè)，分別為主動(dòng)脈瓣、肺動(dòng)脈瓣、二尖瓣和三尖瓣相對(duì)應(yīng)的聽診位置，并且采集各部位的心音信號(hào)時(shí)，選擇采用多導(dǎo)同步心音采集裝置同時(shí)采集上述四個(gè)聽診位置的心音信號(hào)。采用多導(dǎo)同步心音采集裝置來采集心音信號(hào)，不僅可以排除各部位心音采集時(shí)的時(shí)間差，增強(qiáng)相同條件下的數(shù)據(jù)對(duì)比性，而且同時(shí)記錄兩個(gè)以上部位的心音，可以正確鑒定 Sl (The First Heart Sound，第一心音)及 S2 (The Second Heart Sound，第二心音)的成分，找出雜音和心音的關(guān)系，并可估計(jì)聲音最強(qiáng)部位及其傳導(dǎo)方向，并且不同部位間的心音幅值比較，如三尖瓣聽診區(qū)第一心音的幅值與二尖瓣聽診區(qū)第一心音的幅值之比(T1/M1)， 評(píng)估右心室和左心室的負(fù)荷狀態(tài)，可用于評(píng)估右心和左心收縮能力的相對(duì)變化。所以在本申請(qǐng)實(shí)施例中，采用四導(dǎo)心音同步心音采集和解析有利于對(duì)比性研究心臟各瓣膜及左右房室間的關(guān)系，為后續(xù)的量化分析提供實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。另外在本申請(qǐng)實(shí)施例中多導(dǎo)同步心音采集裝置優(yōu)選為四導(dǎo)同步心音采集裝置。步驟S102 對(duì)所采集的心音信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理。由于正常心音的頻帶主要集中在30 150Hz，異常心音根據(jù)病情差異頻帶分布較廣，高頻雜音可達(dá)600Hz，有時(shí)可高達(dá)1000Hz，為了避免在心音信號(hào)采集過程中存在多種外界因素的干擾，例如高頻干擾、患者身體的晃動(dòng)、周圍環(huán)境干擾、錄音系統(tǒng)的自身干擾，所以需要對(duì)采集到的心音信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，去除外界因素的干擾。圖2為本申請(qǐng)實(shí)施例提供的預(yù)處理的流程示意圖。如圖2所示，對(duì)所采集的心音信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理包括步驟S201 采用帶通濾波去除心音信號(hào)中的外界高頻干擾。通過該步驟可以消除外界的高頻干擾對(duì)微弱心音信號(hào)的影響。步驟S202 采用小波閾值降噪法對(duì)濾波后的心音信號(hào)進(jìn)行降噪。通過該步驟可以將由于患者身體的晃動(dòng)、周圍環(huán)境干擾、錄音系統(tǒng)自身干擾燈外界干擾而引入了各種雜音消除掉，得到高信噪比的心音信號(hào)。步驟S203 對(duì)降噪后的心音信號(hào)進(jìn)行歸一化處理。
由于在任何心音采集系統(tǒng)中，心音信號(hào)的采集和處理都會(huì)經(jīng)歷幾次增益變化，如傳感器中的放大、音頻放大等，其后的增益不宜用普通方法表示，而心音的絕對(duì)值也不能用來評(píng)估心臟功能狀態(tài)。該步驟可以歸納統(tǒng)一心音數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分布，使物理系數(shù)數(shù)值的絕對(duì)值變成某種相對(duì)值的關(guān)系，既保證了運(yùn)算的便捷，又能凸現(xiàn)出物理量的本質(zhì)含義。如圖3所示，為本申請(qǐng)實(shí)施例提供的預(yù)處理前后的心音信號(hào)圖，其中左側(cè)分別為四個(gè)通道采集的原始心音信號(hào)圖，右側(cè)分別為經(jīng)過預(yù)處理后的心音信號(hào)圖。步驟S103 提取預(yù)處理后心音信號(hào)的心音包絡(luò)線及特征參數(shù)。在上述步驟S102中，雖然得到了心音信號(hào)圖形，但從圖形中還無法直觀地得到心音的各種數(shù)據(jù)，還需要提取心音包絡(luò)線及特征參數(shù)。在本申請(qǐng)實(shí)施例，該步驟采用時(shí)域?yàn)橹?、頻率為輔的方式提取心音包絡(luò)線及特征參數(shù)，為后續(xù)的量化分析提供實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。另外， 在本申請(qǐng)實(shí)施例中，心音的特征參數(shù)包括第一心音、第二心音、收縮期以及舒張期的持續(xù)時(shí)間和心率。圖4為本申請(qǐng)實(shí)施例提供的提取心音包絡(luò)線及特征參數(shù)的流程示意圖。如圖4所示，該方法包括步驟S301 提取心音包絡(luò)線。由于心音信號(hào)中包含乘性噪聲，在本申請(qǐng)實(shí)施例中，優(yōu)選采用基于NAR_ PSD (Normalization Autoregressive Power Spectral Density,歸一化自回歸功率譜密度)的變頻同態(tài)濾波方法，該變頻同態(tài)濾波方法通過非線性對(duì)數(shù)運(yùn)算將兩個(gè)變換之間的非線性關(guān)系轉(zhuǎn)換為加的關(guān)系進(jìn)行處理，進(jìn)而達(dá)到信號(hào)與噪聲分離的目的。在具體操作時(shí)首先對(duì)預(yù)處理后的心音信號(hào)絕對(duì)值求NAR_PSD，此時(shí)可以發(fā)現(xiàn)雖然不同心音信號(hào)的頻譜存在較大差異，但心音頻譜中一般會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)波峰，主峰在低頻帶，主要為Si、S2部分，而另一波峰在中頻帶，對(duì)應(yīng)于心音中的雜音部分；然后設(shè)定閾值(THV，Threshold Value)來確定兩峰值間的帶寬，用于變頻同態(tài)濾波過程中低通濾波器設(shè)計(jì)；最后，設(shè)計(jì)變頻同態(tài)濾波器，自適應(yīng)濾除心音信號(hào)中的乘性噪聲并提取心音包絡(luò)線。如圖5所示，為本申請(qǐng)實(shí)施例提供的提取心音包絡(luò)線時(shí)的心音信號(hào)圖，其中第一個(gè)圖為預(yù)處理后的心音信號(hào)圖，第二個(gè)圖為預(yù)處理后的心音信號(hào)所對(duì)應(yīng)的NAR_PSD，第三個(gè)圖為預(yù)處理后心音信號(hào)絕對(duì)值的NAR_PSD，用于確定變頻同態(tài)濾波器的低通截止頻率，最后一個(gè)圖為心音信號(hào)的絕對(duì)值以及包絡(luò)曲線，其中的“☆”表示S1，“0”表示S2。步驟S302 對(duì)心音包絡(luò)線進(jìn)行心音定位與分段。在本申請(qǐng)實(shí)施例中，采用自適應(yīng)雙閾值門限法進(jìn)行心音定位與分段，識(shí)別出各心動(dòng)周期中的第一、第二心音、收縮期以及舒張期。步驟S303 提取第一、第二心音、收縮期以及舒張期的持續(xù)時(shí)間，并計(jì)算心率。步驟S104 劃分心音時(shí)期并計(jì)算各時(shí)期的心音能量。將每個(gè)心音信號(hào)的一個(gè)心動(dòng)周期中的收縮期分為第一心音期和收縮雜音期，將舒張期分為第二心音期和舒張雜音期，并分別計(jì)算各個(gè)時(shí)期的帕斯瓦爾能量，即心音能量；步驟S105 確定正常心音的強(qiáng)度、雜音出現(xiàn)的時(shí)間以及強(qiáng)度。根據(jù)步驟S104中劃分得到的心音的各個(gè)時(shí)期，計(jì)算心音各個(gè)時(shí)期的心音能量在整個(gè)周期中的百分比，并根據(jù)各時(shí)期能量在整個(gè)周期中的百分比來確定心音強(qiáng)度確定正常心音的強(qiáng)度、雜音出現(xiàn)的時(shí)間以及強(qiáng)度。
實(shí)施例二 上述實(shí)施例一可以得到某一個(gè)患者的正常心音的強(qiáng)度、雜音出現(xiàn)的時(shí)間以及強(qiáng)度，在臨床上，醫(yī)生可以根據(jù)這些數(shù)據(jù)對(duì)該患者進(jìn)行初步診斷，但在診斷過程中需要依靠醫(yī)生的經(jīng)驗(yàn)來進(jìn)行。為了能夠減少聽診時(shí)對(duì)醫(yī)生的依賴，而能夠通過對(duì)心音信號(hào)的分析就可以得到較為詳細(xì)的聽診結(jié)果，本申請(qǐng)實(shí)施例還提供了另一種心音信號(hào)量化分析方法，該方法以心音數(shù)據(jù)庫中大量患者的心音能量參數(shù)作為聽診的指標(biāo)體系，將實(shí)施例一得到的各心音能量與數(shù)據(jù)庫中的大量的心音能量參數(shù)進(jìn)行比較，進(jìn)而可以得到該患者詳細(xì)的聽診結(jié)果。圖6為本申請(qǐng)實(shí)施例提供的另一種心音信號(hào)量化分析方法的流程示意圖。如圖6所示，該方法還可以包括步驟S106 提取心音數(shù)據(jù)庫中大量心音數(shù)據(jù)的心音能量參數(shù)。從心音數(shù)據(jù)庫中找到大量患者的病理數(shù)據(jù)，即患者心音數(shù)據(jù)的心音能量參數(shù)，根據(jù)數(shù)據(jù)庫中大量患者的心音能量參數(shù)，可以找出人體正常心音的能量范圍以及異常心音的能量范圍。另外，心音數(shù)據(jù)庫中大量心音數(shù)據(jù)的心音能量參數(shù)均可以通過實(shí)施例一中所示的方法得到。步驟S107 采用聚類分析算法尋找各心音能量參數(shù)的聚類中心以及正常心音、異常心音的能量范圍。步驟S108 將計(jì)算得到的各心音能量與正常心音、異常心音的能量范圍進(jìn)行比較，并判斷計(jì)算得到的心音能量屬于正常心音的能量范圍或異常心音的能量范圍。如圖7所示，為本申請(qǐng)實(shí)施例二提供的心音信號(hào)量化分析方法在對(duì)一個(gè)正常人進(jìn)行聽診時(shí)的心音信號(hào)圖。圖中四個(gè)通道分別對(duì)應(yīng)一個(gè)聽診位置，其中左邊第一列為預(yù)處理后的心音信號(hào)圖，第二列為心音信號(hào)所對(duì)應(yīng)NAR_PSD，第三列為心音信號(hào)所對(duì)應(yīng)的變頻同態(tài)濾波包絡(luò)及心音定位圖，第四列為其對(duì)應(yīng)的各時(shí)期的心音能量分布，第五列為心音信號(hào)的分析結(jié)果，其中，圈內(nèi)為正常心音的范圍，若所有的“*”均位于在圈內(nèi)為正常心音，任何一個(gè)部位的心音信號(hào)位于圈外，則屬于異常心音，另外如果心音信號(hào)對(duì)應(yīng)的“*”位于圈上方則表示該心音含舒張期雜音，位于圈右方表示該心音含收縮期雜音，位于圈右上方為兩期雜音或連續(xù)型性雜音。如圖8所示，為本申請(qǐng)實(shí)施例二提供的心音信號(hào)量化分析方法在對(duì)一個(gè)患有風(fēng)濕性心臟病的病人進(jìn)行聽診時(shí)的心音信號(hào)圖。與圖7類似，左邊第一列為預(yù)處理后的心音信號(hào)圖，第二列為心音信號(hào)所對(duì)應(yīng)NAR_PSD，第三列為心音信號(hào)所對(duì)應(yīng)的變頻同態(tài)濾波包絡(luò)及心音定位圖，第四列為其對(duì)應(yīng)的各時(shí)期的心音能量分布，第五列為心音信號(hào)的分析結(jié)果。如圖8所示，圖中所有的“女，，均位于圈外，屬于非正常心音，并且圖中所有的“女，，均位于圈的上方或右方，所以量化分析結(jié)果為患者出現(xiàn)主動(dòng)脈關(guān)閉不全的舒張期雜音、三尖瓣關(guān)閉不全的收縮期雜音以及二尖瓣狹窄伴關(guān)閉不全舒張期雜音。此外，在本申請(qǐng)實(shí)施例中，該方法還可以包括步驟S109 將判斷結(jié)果輸出。在上述步驟108可以得到患者心音能量所屬的范圍，在該步驟中還可以將該范圍輸出。由以上技術(shù)方案可見，本申請(qǐng)實(shí)施例提供的該心音量化分析方法，該方法首先采集多個(gè)臨床聽診位置的心音信號(hào)，并且對(duì)所采集的多個(gè)心音信號(hào)分別進(jìn)行預(yù)處理，然后分別提取預(yù)處理后的多個(gè)心音信號(hào)的心音包絡(luò)線及特征參數(shù)，并將每個(gè)心音信號(hào)的一個(gè)心動(dòng)周期中的收縮期分為第一心音期和收縮雜音期，將舒張期分為第二心音期和舒張雜音期， 并分別計(jì)算各個(gè)時(shí)期的心音能量，最后計(jì)算各時(shí)期的心音能量在整個(gè)周期中的百分比，確定正常心音的強(qiáng)度、雜音出現(xiàn)的時(shí)間以及強(qiáng)度。采用該心音信號(hào)量化分析方法可以量化分析心音各成分的強(qiáng)度、出現(xiàn)時(shí)間及持續(xù)時(shí)間，分析的結(jié)果可以作為臨床常見心血管疾病診斷依據(jù)，用于評(píng)價(jià)心臟雜音類型以及與心血管疾病之間的關(guān)系。此外，該心音量化分析方法還可以與心音數(shù)據(jù)庫相結(jié)合，將某一患者的量化分析結(jié)果與心音數(shù)據(jù)中大量的心音數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，并根據(jù)特征參數(shù)性質(zhì)與病理特性之間的關(guān)系，可以實(shí)現(xiàn)心音的智能辨識(shí)和心臟量化聽診，對(duì)于常見心血管疾病早期檢測(cè)與初步診斷具有重要的理論及臨床價(jià)值。實(shí)施例三對(duì)應(yīng)上述實(shí)施例一提供的心音信號(hào)量化分析方法，本申請(qǐng)實(shí)施例還提供了一種心音信號(hào)量化分析裝置，如圖9所示，該裝置包括多導(dǎo)同步心音收集裝置1，用于采集多個(gè)聽診位置的心音信號(hào)。預(yù)處理單元2，用于對(duì)所采集的多個(gè)心音信號(hào)分別進(jìn)行預(yù)處理。在本申請(qǐng)實(shí)施例中，如圖10所示，預(yù)處理單元2包括帶通濾波單元21，采用帶通濾波去除心音信號(hào)中的外界低頻雜音和高頻干擾；降噪單元22，采用小波閾值降噪法對(duì)帶通濾波后的心音信號(hào)進(jìn)行降噪；歸一化處理單元23，用于對(duì)降噪后的心音信號(hào)進(jìn)行歸一化處理。提取單元3，用于分別提取預(yù)處理后的多個(gè)心音信號(hào)的心音包絡(luò)線及特征參數(shù)。在本申請(qǐng)實(shí)施例中，特征參數(shù)包括第一心音、第二心音、收縮期以及舒張期的持續(xù)時(shí)間和心率。另外在本申請(qǐng)實(shí)施例中，如圖11所示，提取單元3包括變頻同態(tài)濾波單元31，采用變頻同態(tài)濾波方法自適應(yīng)濾除心音信號(hào)中的乘性噪聲并提取心音包絡(luò)線；。心音定位與分段單元32，采用自適應(yīng)雙閾值門限法對(duì)所述心音包絡(luò)線進(jìn)行心音定位與分段，識(shí)別出各自心動(dòng)周期中的第一、第二心音以及收縮期、舒張期；特征參數(shù)提取單元，用于提取第一、第二心音收縮期以及舒張期的持續(xù)時(shí)間，并計(jì)算心率。心音能量計(jì)算單元4，用于將每個(gè)心音信號(hào)的一個(gè)心動(dòng)周期中的收縮期分為第一心音期和收縮雜音期，將舒張期分為第二心音期和舒張雜音期，并分別計(jì)算各個(gè)時(shí)期的帕斯瓦爾能量，即心音能量。心音強(qiáng)度確定單元5，用于計(jì)算各時(shí)期的心音能量在整個(gè)周期中的百分比，并確定正常心音的強(qiáng)度、雜音出現(xiàn)的時(shí)間以及強(qiáng)度。實(shí)施例四在實(shí)施例三的基礎(chǔ)上，如圖12所示，該裝置還可以包括心音數(shù)據(jù)庫6，用于存儲(chǔ)大量心音數(shù)據(jù)的心音能量參數(shù)。心音能量參數(shù)提取單元7，用于提取所述心音數(shù)據(jù)庫中大量心音數(shù)據(jù)的心音能量參數(shù)。心音能量范圍確定單元8，用于采用聚類分析算法尋找各心音能量參數(shù)的聚類中心以及正常心音、異常心音的能量范圍。心音能量確定單元9，用于將計(jì)算得到的所述心音能量與正常心音、異常心音的能量范圍進(jìn)行比較，并判斷計(jì)算得到的所述心音能量屬于正常心音的能量范圍或異常心音的能量范圍。此外，在本申請(qǐng)其他實(shí)施例中，如圖13所示，該裝置還可以包括輸出單元10，用于將心音能量確定單元9的判斷結(jié)果輸出。通過以上的實(shí)施方式的描述可知，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以清楚地了解到本申請(qǐng)可借助軟件加必需的通用硬件平臺(tái)的方式來實(shí)現(xiàn)。基于這樣的理解，本申請(qǐng)的技術(shù)方案本質(zhì)上或者說對(duì)現(xiàn)有技術(shù)做出貢獻(xiàn)的部分可以以軟件產(chǎn)品的形式體現(xiàn)出來，該計(jì)算機(jī)軟件產(chǎn)品可以存儲(chǔ)在存儲(chǔ)介質(zhì)中，如ROM/RAM、磁碟、光盤等，包括若干指令用以使得一臺(tái)計(jì)算機(jī)設(shè)備 (可以是個(gè)人計(jì)算機(jī)，服務(wù)器，或者網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等)執(zhí)行本申請(qǐng)各個(gè)實(shí)施例或者實(shí)施例的某些部分所述的萬法。本申請(qǐng)可用于眾多通用或?qū)Ｓ玫挠?jì)算系統(tǒng)環(huán)境或配置中。例如個(gè)人計(jì)算機(jī)、服務(wù)器計(jì)算機(jī)、手持設(shè)備或便攜式設(shè)備、平板型設(shè)備、多處理器系統(tǒng)、基于微處理器的系統(tǒng)、置頂盒、可編程的消費(fèi)電子設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)PC、小型計(jì)算機(jī)、大型計(jì)算機(jī)、包括以上任何系統(tǒng)或設(shè)備的分布式計(jì)算環(huán)境等等。以上所述僅是本申請(qǐng)的優(yōu)選實(shí)施方式，使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解或?qū)崿F(xiàn)本申請(qǐng)。對(duì)這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本申請(qǐng)的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本申請(qǐng)將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。
權(quán)利要求
1.一種心音信號(hào)量化分析方法，其特征在于，包括 采集多個(gè)臨床聽診位置的心音信號(hào)；對(duì)所采集的多個(gè)心音信號(hào)分別進(jìn)行預(yù)處理；分別提取預(yù)處理后的多個(gè)心音信號(hào)的心音包絡(luò)線及特征參數(shù)，所述特征參數(shù)包括第一心音、第二心音、收縮期以及舒張期的持續(xù)時(shí)間和心率；將每個(gè)心音信號(hào)的一個(gè)心動(dòng)周期中的收縮期分為第一心音期和收縮雜音期，將舒張期分為第二心音期和舒張雜音期，并分別計(jì)算各個(gè)時(shí)期的帕斯瓦爾能量，即心音能量；計(jì)算各時(shí)期的心音能量在整個(gè)周期中的百分比，確定正常心音的強(qiáng)度、雜音出現(xiàn)的時(shí)間以及強(qiáng)度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，采用多導(dǎo)同步心音收集裝置同時(shí)采集主動(dòng)脈瓣、肺動(dòng)脈瓣、二尖瓣和三尖瓣相對(duì)應(yīng)的聽診位置的心音信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，對(duì)所采集的多個(gè)心音信號(hào)分別進(jìn)行預(yù)處理，包括采用帶通濾波去除心音信號(hào)中的外界低頻雜音和高頻干擾； 采用小波閾值降噪法對(duì)濾波后的心音信號(hào)進(jìn)行降噪； 對(duì)降噪后的心音信號(hào)進(jìn)行歸一化處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述分別提取預(yù)處理后的多個(gè)心音信號(hào)的心音包絡(luò)線及特征參數(shù)，包括采用變頻同態(tài)濾波方法自適應(yīng)濾除心音信號(hào)中的乘性噪聲并提取心音包絡(luò)線； 采用自適應(yīng)雙閾值門限法對(duì)所述心音包絡(luò)線進(jìn)行心音定位與分段，識(shí)別出各自心動(dòng)周期中的第一心音峰值、第二心音峰值以及收縮期、舒張期；提取第一、第二心音、收縮期以及舒張期的持續(xù)時(shí)間，并計(jì)算心率。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括 提取心音數(shù)據(jù)庫中大量心音數(shù)據(jù)的心音能量參數(shù)；采用聚類分析算法尋找各心音能量參數(shù)的聚類中心以及正常心音、異常心音的能量范圍；將計(jì)算得到的所述心音能量與正常心音、異常心音的能量范圍進(jìn)行比較，并判斷計(jì)算得到的所述心音能量屬于正常心音的能量范圍或異常心音的能量范圍。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括將所述判斷結(jié)果輸出。
7.—種心音信號(hào)量化分析裝置，其特征在于，包括多導(dǎo)同步心音收集裝置，用于采集多個(gè)聽診位置的心音信號(hào)； 預(yù)處理單元，用于對(duì)所采集的多個(gè)心音信號(hào)分別進(jìn)行預(yù)處理； 提取單元，用于分別提取預(yù)處理后的多個(gè)心音信號(hào)的心音包絡(luò)線及特征參數(shù)，所述特征參數(shù)包括第一心音、第二心音、收縮期以及舒張期的持續(xù)時(shí)間和心率；心音能量計(jì)算單元，用于將每個(gè)心音信號(hào)的一個(gè)心動(dòng)周期中的收縮期分為第一心音期和收縮雜音期，將舒張期分為第二心音期和舒張雜音期，并分別計(jì)算各個(gè)時(shí)期的帕斯瓦爾能量，即心音能量；心音強(qiáng)度確定單元，用于計(jì)算各時(shí)期的心音能量在整個(gè)周期中的百分比，并確定正常心音的強(qiáng)度、雜音出現(xiàn)的時(shí)間以及強(qiáng)度。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述預(yù)處理單元包括 帶通濾波單元，采用帶通濾波去除心音信號(hào)中的外界低頻雜音和高頻干擾； 降噪單元，采用小波閾值降噪法對(duì)帶通濾波后的心音信號(hào)進(jìn)行降噪； 歸一化處理單元，用于對(duì)降噪后的心音信號(hào)進(jìn)行歸一化處理。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述提取單元包括變頻同態(tài)濾波單元，采用變頻同態(tài)濾波方法自適應(yīng)濾除心音信號(hào)中的乘性噪聲并提取心音包絡(luò)線；心音定位與分段單元，采用自適應(yīng)雙閾值門限法對(duì)所述心音包絡(luò)線進(jìn)行心音定位與分段，識(shí)別出各自心動(dòng)周期中的第一、第二心音以及收縮期、舒張期；特征參數(shù)提取單元，用于提取第一、第二心音收縮期以及舒張期的持續(xù)時(shí)間，并計(jì)算心率。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，進(jìn)一步包括心音數(shù)據(jù)庫，用于存儲(chǔ)大量心音數(shù)據(jù)的心音能量參數(shù)；心音能量參數(shù)提取單元，用于提取所述心音數(shù)據(jù)庫中大量心音數(shù)據(jù)的心音能量參數(shù)； 心音能量范圍確定單元，用于采用聚類分析算法尋找各心音能量參數(shù)的聚類中心以及正常心音、異常心音的能量范圍；心音能量確定單元，用于將計(jì)算得到的所述心音能量與正常心音、異常心音的能量范圍進(jìn)行比較，并判斷計(jì)算得到的所述心音能量屬于正常心音的能量范圍或異常心音的能量范圍。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于，進(jìn)一步包括 輸出單元，用于將所述心音能量確定單元的判斷結(jié)果輸出。
全文摘要
本申請(qǐng)公開了一種心音信號(hào)量化分析方法及裝置，該方法包括采集多個(gè)臨床聽診位置的心音信號(hào)；對(duì)所采集的多個(gè)心音信號(hào)分別進(jìn)行預(yù)處理；分別提取預(yù)處理后的多個(gè)心音信號(hào)的心音包絡(luò)線及特征參數(shù)；將每個(gè)心音信號(hào)的一個(gè)心動(dòng)周期中的收縮期分為第一心音期和收縮雜音期，將舒張期分為第二心音期和舒張雜音期，并分別計(jì)算各個(gè)時(shí)期的心音能量；計(jì)算各時(shí)期的心音能量在整個(gè)周期中的百分比，確定正常心音的強(qiáng)度、雜音出現(xiàn)的時(shí)間以及強(qiáng)度。該心音信號(hào)量化分析方法可以量化分析心音各成分的強(qiáng)度、出現(xiàn)時(shí)間及持續(xù)時(shí)間，分析的結(jié)果可以作為臨床常見心血管疾病診斷依據(jù)，用于評(píng)價(jià)心臟雜音類型以及與心血管疾病之間的關(guān)系。
文檔編號(hào)A61B7/00GK102283670SQ201110190888
公開日2011年12月21日 申請(qǐng)日期2011年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月8日
發(fā)明者劉武昌, 劉錦群, 張瓊敏, 房玉, 王海濱, 鄔曉臣, 陶婷, 馬楊林 申請(qǐng)人:西華大學(xué)