[發明專利]一種基于級聯無損聲管的心音產生模型

有效

• 申請號: 201710064318.X
• 申請日: 2017-02-04
• 公開（公告）號: CN106652714B
• 公開（公告）日: 2019-05-28
• 發明（設計）人: 成謝鋒;陳亞敏
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: G09B23/28
• 分類號: G09B23/28
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 李湘群

本發明公開了一種基于級聯無損聲管的心音產生模型，包含心音采集模塊、心音預處理模塊、共振峰分析模塊、模型建立模塊與分析診斷模塊，心音采集模塊用于采集實測者的實時心音信號；心音預處理模塊的輸入信號為來自心音采集模塊的實測心音，用于對實測心音去噪并分段得到第一心音和第二心音，并連接到共振峰分析模塊；共振峰分析模塊用于提取第一心音和第二心音的共振峰頻率，其共振峰頻率作為目標參數連接到模型建立模塊；模型建立模塊將最終的模型內半徑作為輸出參數連接到分析診斷模塊；分析診斷模塊根據模型內半徑與閾值對比的結果，診斷是否存在心力衰竭的癥狀。本發明模型可以根據發聲機理仿真心音信號的產生過程，具有非表象性,計算快捷。

技術領域

本發明屬于醫學模型領域，具體涉及一種基于級聯無損聲管的心音產生模型。

背景技術

生物體所產生的每一種聲音，其聲學特性都源自于兩個因素，一個是發聲系統，另一個是共振系統。心音作為一種重要的生物體信號，它是由于心肌收縮和舒張，瓣膜啟閉，血流沖擊心室壁和大動脈等因素引起的一系列機械振動所產生的。在心音的產生過程中，心臟的瓣膜是心音的發聲系統；心房、心室以及動脈血管則是心音的共振系統。心臟瓣膜的啟閉產生了原始心音波形，當原始心音經過心房、心室以及動脈血管時，受到腔體的調制作用，心音的能量分布被重新分配。在某些特定頻段，由于共振作用，心音的能量得到加強，由此產生了能夠表征心音特征的共振峰頻率。因此，共振峰頻率值的分布同心臟內部心房、心室以及動脈血管的尺寸和形狀有著密切聯系。

伴隨著年齡的不斷增長，心肌的收縮力與舒張力也會不斷下降，各式各樣的心血管疾病由此產生。因此，在青壯年人群與老年人群之間，健康者與心臟疾病患者之間，其心臟內部的尺寸和形狀會存在很大差異。

現有的心音模型可以分為兩種類型，一種是以調制正弦波的方式逼近心音時域波形，能夠很好地反映心音信號的時域特性；另一種心音模型則是采用將血液的流體力學參數等效為電參數的方法，模擬心動周期中血流、血壓等生理參數的變化情況。但是，心音作為一種聲學信號，現有的模型沒有能夠從聲學角度去反映心音的產生過程；而且模型的建立并未與心臟內部的結構特征產生聯系，這對于病理心音的解釋缺乏一定的說服力。

綜上所述，客觀上需要通過一種新的模型來凸顯心臟內部結構與心音產生過程之間的聯系，以及心音特征與心臟內部結構特征之間的聯系，為心音產生機理的研究、病理心音的特征分析以及心臟疾病的診斷提供可靠的理論基礎。

發明內容

本發明要解決的技術問題是針對現有的模型沒有能夠從聲學角度去反映心音的產生過程以及模型的建立并未與心臟內部的結構特征產生聯系的缺陷。

為達到上述目的，本發明提出的技術方案是一種基于級聯無損聲管的心音產生模型，該模型包含五個模塊，分別是心音采集模塊、心音預處理模塊、共振峰分析模塊、模型建立模塊與分析診斷模塊，所述心音采集模塊用于采集實測者的實時心音信號；心音預處理模塊的輸入信號為來自心音采集模塊的實測心音，用于對實測心音去噪并分段得到第一心音和第二心音，并連接到共振峰分析模塊；共振峰分析模塊的輸入信號來自心音預處理模塊，用于提取所述第一心音和第二心音的共振峰頻率，其共振峰頻率作為目標參數連接到模型建立模塊；模型建立模塊的輸入參數為初始模型內半徑，通過逼近實測心音共振峰頻率的方法建立對應心音的級聯無損聲管模型，將最終的模型內半徑作為輸出參數連接到分析診斷模塊；分析診斷模塊的輸入來自模型建立模塊，根據模型內半徑與閾值對比的結果，診斷是否存在心力衰竭的癥狀。

進一步，上述心音采集模塊使用的心音采集器的采樣頻率設置在2000Hz以上，對采集到的心音信號進行模‐數轉換，并傳輸至PC端進行處理。

上述心音預處理模塊采用小波變換對心音信號進行去噪處理，然后采用歸一化平均香農能量的方法提取心音的能量包絡線，利用能量包絡線準確地標記出S1和S2的起始和終止位置。

上述小波變換的具體步驟是將采集到的心音信號通過db6小波包作5層分解，分別選取三個小波分量進行重構完成去噪。