[发明专利]一种心音信号定位、分段方法

说明书

技术领域

本发明涉及心音信号处理领域，具体来说是一种心音信号周期定位方法。

背景技术

超声多谱勒仪和ECG(Electrocardiogram心电图)等先进的辅助诊断仪器的开发与利用，使得心音信号的利用受到冷落。然而超声多谱勒仪，其价格昂贵，并不易于普及；ECG信号虽然对与血液循环和血液组织相关疾病的诊断比较有效，但是却不能有效地反映与器质性心脏病有关的病理信息。

心音信号包含了能反映心脏正常或者病理的丰富的信息，正常的心音包含第一心音(S1)、第二心音(S2)、第三心音(S3)和第四心音(S4)四个心音成份，其中S1、S2是可听到的部分，S3、S4强度很弱，几乎不可听到。如果心脏功能出现异常或者心血管出现病变，心音中将包含除S1、S2之外的其他外杂音成份，这些出现的杂音和畸变等重要的诊断信息，可以反映心血管疾病尚和一些难以产生产生临床及病理改变以前的症状。心音信号中包含了这些丰富的信息，在检测该类型疾病的领域，心音信号有着无可比拟的优越性。同时心音信号的检测方便、无创、花费极小，可作为心脏病检测、预防的常规手段。然而传统的心脏听诊技术是以人耳听音来进行的，这种方式依赖于人耳听力的灵敏度和听者的主观经验与判断能力，其作用有很大的局限性。研制一种数字式心音自动分析仪，能简易、方便地检测心音信号，为医护人员和病人提供有效的参考信息，满足医院和病人的需要，具有极大的社会价值和经济价值。

数字心音自动分析的研究核心是心音信号的自动分段技术和模式识别技术，目前心音信号的自动分段技术主要有两种：一种是传统的借助于心电信号等做参考心音分段算法，另一种是不借助任何信号的分段算法。

第一种需要借助于心电信号或颈动脉波信号的心音信号分段算法，通过心电QRS(心电波群)波形与心音的时间对应关系，根据心电QRS波的位置定出一个心动周期，然后进行分段。M.W.Groch提出利用心电作为参考，根据心音时域特性的方法进行心音信号的分段；Lener提出利用心电信号与颈动脉波作为参照的心音分段算法。

第二种就是LG Durand以及H Liang等提出了不借助于心电的心音的分段算法。LG Durand利用匹配追踪算法定位心音信号主要能量的分布，进而对心音进行分段。H Liang则采用小波分解与重构算法对心音进行分段，首先小波分解心音信号，然后根据s1、s2的频率选择重构频带，对重构后的信号计算香农能量，进而通过香农能量实现心音的分段。国内赵治栋提出的利用最优小波阀值消噪算法对心音信号进行预处理、希尔伯特变换提取心音信号包络以及心音信号的固有特性实现心音的分段。

传统的心音信号分段算法不足之处在于：第一、需要心电信号或颈动脉波信号作参考，增加了软硬件的负担；第二、心音信号本身是一种典型的非平稳信号，传统的心音分段算法把心音信号当成一种平稳信号处理，利用其时域和频域特征进行定位，这种做法会产生较大误差；第三、传统的心音分段算法对心音信号的质量要求较高，并且对噪声敏感。

不借助于心电信号分段技术缺点：第一、算法复杂度高，非常耗时。第二、噪声对分段的效果影响较大；第三、只能定位s1、s2的大概位置，丧失了s1、s2持续时间的信息，也不能判断收缩期以及舒张期的时间范围，更不能做到心音信号周期的精确定位。

发明内容

针对上述的缺点，本发明提供了一种利用自相关系数法实现的、能自动精确定位心音信号并分段的方法。

一种心音信号定位、分段方法，包括如下步骤：

1)对心音信号预处理，即取去噪后的至少大于两个心音周期的心音信号；即需要对取出的原始的心音信号进行滤波(可采用低通滤波，去除高频噪声)、去噪(可采用小波去噪法去除呼吸音、部分摩擦音等特定噪声)处理，取去噪后的至少大于两个心音周期的心音信号，为后面的步骤、装置提供纯净的心音信号。

2)初始状态确定单元确定起始周期、最大周期和起始点，周期根据经验值，由经验心音周期乘以采样速率确定，计算周期以起始周期作为初始值，起始点的确定一般可以采用预处理后心音信号的第一点作为起始点；这个经验心音周期是经验数据，例如人正常情况下心跳是70次，心跳周期就是14ms左右，一般心跳范围可以考虑50次到150次，这样周期就是20ms到6ms左右，根据采样率8k进行换算，以采样点数计算的周期在160点到48点之间。这是容易实现的。

3)计算记录相邻两个计算周期信号的相关系数；取起始点后一个计算周期的心音信号与其后相邻的长度为一个计算周期的心音信号数据进行相关运算并存储。