[發(fā)明專利]一種基于非負(fù)矩陣分解的心肺音分離的方法及裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710651856.9
• 申請日: 2017-08-02
• 公開（公告）號: CN107463956B
• 公開（公告）日: 2020-07-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 謝型浪;黃梅;蔣瞰陽;謝勝利;呂俊
• 申請（專利權(quán)）人: 廣東工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G06K9/62
• 分類號: G06K9/62;A61B7/04
• 代理公司: 北京集佳知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 羅滿

本發(fā)明公開了一種基于非負(fù)矩陣分解的心肺音分離的方法，可以先對時域心肺音混合信號進(jìn)行濾波，以獲得先驗(yàn)心音信號和先驗(yàn)肺音信號，并對所述先驗(yàn)心音信號和先驗(yàn)肺音信號進(jìn)行短時傅里葉變換和稀疏非負(fù)矩陣分解，最終得到混合信號的基矩陣，由于所述稀疏非負(fù)矩陣分解的過程相當(dāng)于是基矩陣的學(xué)習(xí)過程，本身帶聚類的效果，可以有效的從先驗(yàn)心音信號和先驗(yàn)肺音信號中挖掘出基矩陣，并在后續(xù)步驟中根據(jù)所述基矩陣從時域心肺音混合信號中精確的分離出心音信號和肺音信號；本發(fā)明還公開了一種基于非負(fù)矩陣分解的心肺音分離的裝置，同樣具有上述有益效果。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及音頻分離領(lǐng)域，尤其涉及一種基于非負(fù)矩陣分解的心肺音分離的方法及裝置。

背景技術(shù)

由于現(xiàn)代生活水平的不斷提高，人們的健康問題日益凸顯，其中心血管疾病等心臟器官病變的發(fā)病率和死亡率越來越高，目前心血管病死亡占城鄉(xiāng)居民總死亡原因的首位。與此同時，近年來隨著大氣污染的日益加劇，哮喘、慢性阻塞性肺病、肺炎等肺部疾病的發(fā)病率也在日益增加。人類心肺系統(tǒng)的健康問題已經(jīng)受到當(dāng)今醫(yī)學(xué)界的關(guān)注，對心肺系統(tǒng)準(zhǔn)確的診斷是保障患者盡早康復(fù)的有效方式。

心音，也就是人體心臟器官的律動是發(fā)出的聲音，其中包含看關(guān)于心臟、血管的生理和病理信息。心音還表征著人體周身循環(huán)和心肺循環(huán)系統(tǒng)的部分信息。直到現(xiàn)在，對心音的聽診任然是檢測心臟器官疾病的基本診療方式。肺音，也就是人在換氣運(yùn)動時呼吸系統(tǒng)所產(chǎn)生的聲音，其中包含著大量又換肺部勝利和病理的信息。目前，呼吸系統(tǒng)疾病的主要診療手段同樣是通過聽診肺音來解決。

在現(xiàn)實(shí)中，采集到的心音信號和肺音信號通常是兩者的混合信號，由于人體心臟的位置與肺的位置比較接近，在聽取心音信號時會受到肺音信號的干擾，而聽取肺音信號時又會收到心音信號的干擾。因此有效的從混合信號中將心音信號和肺音信號分離具有極其重要的使用價值和臨床意義。

由于非負(fù)矩陣分解具有實(shí)現(xiàn)簡便，占用存儲空間少，分解的結(jié)果不出現(xiàn)負(fù)值等優(yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)有技術(shù)中，通常是選用非負(fù)矩陣分解的方法對心肺音混合信號進(jìn)行分離。在現(xiàn)有技術(shù)中通常是使用全監(jiān)督的非負(fù)矩陣分解方法或者是半監(jiān)督的非負(fù)矩陣分解方法。上述全監(jiān)督或者是半監(jiān)督的非負(fù)矩陣分解方法在實(shí)現(xiàn)過程中需要非常純凈的心音或者是肺音的先驗(yàn)知識，在臨床上的應(yīng)用過程中，對人工操作具有很高的依賴性。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種基于非負(fù)矩陣分解的心肺音分離的方法，可以在沒有非常純凈的心音信號或者是肺音信號的情況下，從心肺音混合信號中分離出心音信號和肺音信號；本發(fā)明的另一目的在于提供一種基于非負(fù)矩陣分解的心肺音分離的裝置，可以有效降低在分離心肺音混合信號時對人工操作的依賴性。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種基于非負(fù)矩陣分解的心肺音分離的方法，所述方法包括：

從獲取到的時域心肺音混合信號中分離出先驗(yàn)心音信號和先驗(yàn)肺音信號；

對所述先驗(yàn)心音信號和所述先驗(yàn)肺音信號進(jìn)行短時傅里葉變換和稀疏非負(fù)矩陣分解，得到時域心肺音混合信號的基矩陣；

根據(jù)所述時域心肺音混合信號的基矩陣對所述時域心肺音混合信號進(jìn)行非負(fù)矩陣分解，并重構(gòu)出心音信號和肺音信號。

可選的，所述獲取到的時域心肺音混合信號進(jìn)行短時傅里葉變換和稀疏非負(fù)矩陣分解，得到時域心肺音混合信號的基矩陣包括：

對所述先驗(yàn)心音信號進(jìn)行短時傅里葉變換，以得到心音信號的相位矩陣和多個心音信號的非負(fù)幅度矩陣，并對所述先驗(yàn)肺音信號進(jìn)行短時傅里葉變換，以得到肺音信號的相位矩陣和多個肺音信號的非負(fù)幅度矩陣；

對多個所述心音信號的非負(fù)幅度矩陣進(jìn)行稀疏非負(fù)矩陣分解，得到心音信號的基矩陣，并對多個所述肺音信號的非負(fù)幅度矩陣進(jìn)行稀疏非負(fù)矩陣分解，得到肺音信號的基矩陣，并將所述心音信號的基矩陣和所述肺音信號的基矩陣組合成時域心肺音混合信號的基矩陣。