專利名稱：手機智能心音看診器中心音圖的表示方法
技術領域：
本發(fā)明提出了一種附加在手機上的用于對人體心音信號進行可視描述的心音圖 表示方法。
背景技術：
心音檢測和分析是了解心臟和血管狀態(tài)的一種重要且經(jīng)濟的手段，因為心聲信號 是伴隨生命始終的一種生理信號。從1843年，George P. Cammarm發(fā)明了雙耳(雙聲道) 聽診器(binaural stethoscope)，到上個世紀60年代哈佛大學醫(yī)學院的Dr. Littmann設 計的、具備兩用胸件(鐘型和膜型)的輕便聽診器，傳統(tǒng)的聽診器已有100多年的歷史，對 病人疾病的診斷有很高的實用價值。而當今先進的電子聽診器，能把聲音放大18倍，可以 連接PC進行軟件分析。例如最著名的3M公司的Littmarm聽診器，較為知名的品牌還有 WelchAll-yn,Sprague-Rappaport,Thinklabs,ADC,DRG,日本的鈴謙等。心音具有心電不可 取代的臨床價值，通過研究心聲信號的變化可以研究人體本身的變化，并為臨床診斷服務。目前，電子聽診器檢測心音的普遍方法是用心音傳感器拾取信號，并經(jīng)過電路放 大處理，最后在液晶顯示器顯示出波形。例如用電磁轉換方式的心音傳感器，將胸壁的振動 在空氣室中產(chǎn)生的音壓轉換成電信號，然后利用電壓或電荷放大、A/D轉換、單片機信號處 理后，將波形信號傳輸給顯示器顯示體內震動波形。當然心音波形資料也可存入單獨的磁 盤，以及通過計算機聲卡傳人計算機，或存儲或由因特網(wǎng)傳送到其它計算機。這類方法，相對而言需要的器件多，成本高，使用不太方便，不利于隨時隨地檢測 使用，目前仍少有實用意義上的心音信號分析診斷方面的電子醫(yī)療普及產(chǎn)品。隨著人們生 活水平的提高以及平均壽命的延長，心血管疾病的發(fā)病率亦呈上升趨勢。多數(shù)患者平時對 自己的心臟健康狀況一無所知，更無從預防與治療，及至出現(xiàn)嚴重癥狀時才到醫(yī)院急診。許 多心血管疾病發(fā)作時，典型的病理心電信號轉瞬即逝，待就診時較難捕捉到典型病理心電 圖，這在一定程度上給診療帶來了困難。所以，在相當普及的手機平臺上開發(fā)一種用于對人 體心音信號進行可視看診的裝置，并且根據(jù)手機的硬件特性給出一種對人體心音信號進行 可視描述的心音圖表示方法是很有意義的。目前手機已經(jīng)從單一的通話工具發(fā)展到到多媒 體信息庫。但作為醫(yī)學自我保健工具還是沒有產(chǎn)品的，所以手機智能心音看診器的發(fā)明，對 開拓手機的新功能、推動開發(fā)新一代智能手機都具有積極的現(xiàn)實意義。
發(fā)明內容
技術問題本發(fā)明基于電子技術和聽診器的相關技術，提出了一種附加在手機上 的用于對人體心音信號進行可視看診的心音圖表示方法。由于手機是人們習慣隨身攜帶的 通訊器材，利用手機作為平臺開發(fā)的智能心音看診器，一方面可以隨時隨地的對用戶自己 的心臟進行看診；另一方面，還可以記錄個人化的生理信息，把有問題的波形存儲下來，形 成動態(tài)的、可交流的電子病歷。手機的功能是受到硬件的限制，如何實現(xiàn)對人體心音信號 進行簡單而又有效的可視描述？因此需要對這個問題進行研究，從而拓寬了手機的應用范圍。
技術方案一種用于手機智能心音看診器的心音圖表示方法，其心音信號是通過 下面的方法獲取的先利用壓電震動心聲傳感器測取心音信號，經(jīng)前置電壓放大器放大濾 波后，再由手機USB接口的麥克風輸入端把該信號傳輸給手機，由手機內的錄音功能將心 音信號存儲下來，然后在手機的顯示屏上顯示出一個周期的心音信號所構成的周期-功 率-頻率圖。由于心音是一種周期性機械振動，是心肌與心臟瓣膜以及大血管壁特性的一種反 映，有自己的產(chǎn)生機理，相應就應該有自己的劃分標準和特定的表現(xiàn)形式。心音的生理特征 比心律更重要，因此我們需要進行獨特的時、頻域分析。利用改進的極坐標方法畫一個周期 心音信號的頻率坐標，然后將心音信號用對數(shù)處理后畫在上面，并用箭頭表示，可得到一種 新的周期_功率_頻率心音圖，這種新的周期_功率_頻率心音圖，形象的表述心音信號在 一個周期內的功率與頻率變化規(guī)律，以揭示心音信號的內在個體生理特征。具體方法是1)對于一個周期的單路心音信號s (η) (η = 1、2、3…N)，N為其長度，利用傅里葉
變換求S (η)的功率譜特性，即
，然后對其能量進行歸一化處理，再 進行指數(shù)壓縮，因而有 其中fh是心音信號的上限頻率，雖然心音頻譜主要集中在0-200Ηζ，但完整表示要 求更多的信息，所以取fh彡540Hz ；2)將常規(guī)的360°極坐標均分成540份，每一份代表1Hz，每間隔45°進行一個標 記，同心圓的最大幅值仍然限制為1，可獲得一個改進的極坐標圖；3)在這個改進的極坐標圖上畫一個周期心音信號的功率_頻率變化規(guī)律，令 將X，y畫在這個改進的極坐標圖上，并用箭頭表示峰值點，可獲得一個周期_功 率-頻率心音圖。如附圖1、附圖2所示。附圖1中的a、b、c波形圖及e中對應的黃、綠、紅顏色線段是同個人在不同時間、 不同環(huán)境、不同設備提取的心音取一個周期的T-P-F特性描述，附圖1中的d波形圖及e中 對應的藍色線段是另一個人心音取一個周期的T-P-F特性描述。從附圖1中可見，(1)周期-功率-頻率(T-P-F)圖反應了一個周期的心音信號 的功率與頻率的關系，周而復始在同一個圓上描述其變化過程，直觀形象的比較，很清楚的 呈現(xiàn)了其變化過程中的細節(jié)差異，有效地實現(xiàn)了對心音信號的周期性描述，有利用對心音 信號的特征描述。(2)分析心音信號的功率譜時，即對信號進行歸一化處理，又將其進行指 數(shù)處理，其目的是放大趨近于零的細節(jié)，把最大值壓縮在1以內。(3)心音信號是一種非線 性時變信號，即同一個人在不同時間段的心音信號是有差別的，雖然這種差別是很微弱，但 不同人之間的心音信號差別是比較明顯的，心音周期_功率_頻率圖能有效的反應出這一 點。(4)只取一個周期的心音信號進行分析，能有效減少計算量，提高在手機上的圖像顯示速度和效率。有益效果心音聽診是心臟病無創(chuàng)性檢測的重要方法，具有心電圖、超聲心電圖不 可取代的優(yōu)勢，利用手機智能心音看診器的周期_功率_頻率圖，使用者可以隨時隨地的對 自己的心臟進行監(jiān)測，直觀形象的呈現(xiàn)了心音變化過程中的細節(jié)差異，有效地實現(xiàn)了對心 音信號的周期性描述，有利用對心音信號的特征提取。同時可以記錄個人化的心臟生理信 息，把有問題的波形存儲下來，提供日后分析比對，形成動態(tài)的、可轉發(fā)的電子病歷。特別是 在廣泛使用的手機平臺上開發(fā)這種保健檢測裝置，具有更加突出的優(yōu)點，能開拓手機的新 功能、推動開發(fā)新一代智能手機的發(fā)展。
圖1為本發(fā)明的多個心音信號的周期_功率_頻率圖；圖2為本發(fā)明的單個心音信號的周期-功率-頻率圖。
具體實施例方式本發(fā)明的手機智能心音看診器的心音信號是通過下面的方法獲取的先利用壓電 震動心聲傳感器測取心音信號，經(jīng)前置電壓放大器放大濾波后，再由手機USB接口的麥克 風輸入端把該信號傳輸給手機，由手機內的錄音功能將心音信號存儲下來，然后在手機的 顯示屏上顯示出一個周期的心音信號所構成的周期_功率_頻率圖。由于心音是一種周期性機械振動，心音的生理特征比心律更重要，因此我們需要 進行獨特的時、頻域分析。利用改進的極坐標方法畫一個周期心音信號的頻率坐標，然后將 心音信號用對數(shù)處理后畫在上面，并用箭頭表示，可得到一種新的周期_功率_頻率心音 圖。這種新的周期_功率-頻率心音圖，形象的表述心音信號在一個周期內的功率與頻率 變化規(guī)律，以揭示心音信號的內在個體生理特征。對于單路心音信號s(t) (t = 1，…，η)，可利用傅里葉變換求其功率譜特性，因而 有
(1)其中
是心音信號的上限頻率。雖然心音頻譜集中在
10-200HZ，但完全描述要求更多的信息，所以通常取fh彡540Hz。令
(2)在0 范圍內，以fh/2Ji為Hz/度，用改進的極坐標方法畫一個周期的頻率 坐標，然后將X，y畫在上面，并用箭頭表示，可得附圖1所示的周期-功率-頻率心音圖。附圖1中的a、b、c波形圖及e中對應的黃、綠、紅顏色線段是同一個男人在不同時 間、不同環(huán)境、不同設備提取的心音信號取一個周期的周期-功率-頻率心音特性的描述， d波形圖及e中對應的藍色線段是另一個男人心音信號取一個周期的周期_功率_頻率心 音特性的描述。
一個使用matlab編程實現(xiàn)的“周期-功率-頻率心音圖”程序為y = s(t) ； %輸入一個周期的心音信號Y = fft (y,58) ； %傅里葉功率分析Y(I)=[]；η = Iength(Y)；powerO = abs (Y (1 :n/2)). "2/n"2 ； %功率freq = 1080* (1 η/2) · /n ； % \f s {頻率}power = powerO/norm (powerO) ； % 能量歸一化amO = power ；N = length (amO)；nn = 540 ；figuret = 0:20:2*pi;polarcxf (t, sin(t)，，_w，)； ％畫改進的圓坐標for i = 1 Nhold on ；Rx (i) = exp (amO (i)) *0· 4 ； %指數(shù)處理R = Rx (i)；if R > 0. 005a(i+l) = (freq(i)*2*pi)/nn ； %角度
x(i) = R*cos(a(i+l))；y(i) = R*sin(a(i+1))；yy = 0 ；XX = 0 ；k = floor (am0(i)+l. 8) ； %取整數(shù)for j = 1:10*kplot (xx，yy, ' B-' ) ; % ——yy = (y(i)/(10*k))+yy ；xx = (χ (i) / (10*k)) +xx ；hold on ；endho] d on ；compass (x (i), y (i))；elseR = amO (i)；endend
title (，歸一化功率/V )；xlabel (，頻率 / (0_540Hz)，) ；ylabel (，時間 / 一個周期 T，)；
axis equal 所得到的單個心音信號的“周期_功率_頻率心音圖”如附圖2所示。
權利要求
一種用于手機智能心音看診器的心音圖表示方法，其特征是1)對于一個周期的單路心音信號s(n)，其中n＝1、2、3…N，N為其長度，利用傅里葉變換求s(n)的功率譜特性，即然后對其能量進行歸一化處理，再進行指數(shù)壓縮，因而有 <mrow><mi>P</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>n</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><msup> <mi>e</mi> <mfrac><mrow> <mo>|</mo> <mi>W</mi> <mrow><mo>(</mo><mi>n</mi><mo>)</mo> </mrow> <mo>|</mo></mrow><msub> <mrow><mo>|</mo><mo>|</mo><mo>|</mo><mi>W</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>n</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>|</mo><mo>|</mo><mo>|</mo> </mrow> <mo>∞</mo></msub> </mfrac></msup> </mrow>F(n)＝2πn/Nfh n＝0，…，N其中fh是心音信號的上限頻率，雖然心音頻譜主要集中在0-200Hz，但完整表示要求更多的信息，所以取fh≥540Hz；2)將常規(guī)的360°極坐標均分成540份，每一份代表1Hz，每間隔45°進行一個標記，同心圓的最大幅值仍然限制為1，可獲得一個改進的極坐標圖；3)在這個改進的極坐標圖上畫一個周期心音信號的功率-頻率變化規(guī)律，令x＝Pcos(F)y＝Psin(F)將x，y畫在這個改進的極坐標圖上，并用箭頭表示峰值點，可獲得一個周期-功率-頻率心音圖。FSA00000164813700011.tif
全文摘要
用于手機智能心音看診器的心音圖表示方法，先利用壓電震動心聲傳感器測取心音信號，經(jīng)前置電壓放大器放大濾波后，再由手機USB接口的麥克風輸入端把該信號傳輸給手機，由手機內的錄音功能將心音信號存儲下來，然后在手機的顯示屏上顯示出一個周期的心音信號所構成的周期-功率-頻率圖。利用改進的極坐標方法畫一個周期心音信號的540Hz頻率坐標，然后求一個周期心音的功率譜特性，對其能量進行歸一化處理，再進行指數(shù)壓縮，最后在這個改進的極坐標圖上面一個周期心音信號的功率-頻率變化規(guī)律，并用箭頭表示峰值點，可得到一種新的周期-功率-頻率心音圖，它形象的表述心音信號在一個周期內的功率與頻率變化規(guī)律，能有效揭示心音信號的內在個體生理特征。
文檔編號H04M1/725GK101862201SQ201010207820
公開日2010年10月20日 申請日期2010年6月23日 優(yōu)先權日2010年6月23日
發(fā)明者成謝鋒, 成雨含 申請人:南京郵電大學