[發(fā)明專利]一種單通道心肺音分離方法及系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711129632.8
• 申請日: 2017-11-15
• 公開（公告）號: CN107837091B
• 公開（公告）日: 2021-01-26
• 發(fā)明（設計）人: 呂俊;雷志彬;謝型浪;鐘秀章;黃梅;謝勝利
• 申請（專利權）人: 廣東工業(yè)大學
• 主分類號: A61B7/02
• 分類號: A61B7/02;A61B7/00;G06K9/00
• 代理公司: 北京集佳知識產(chǎn)權代理有限公司 11227
• 代理人: 羅滿

本發(fā)明公開了一種單通道心肺音分離方法及系統(tǒng)，其中方法包括：步驟1，對采集的心肺音混合信號x(t)進行處理，獲得心肺音混合信號x(t)的時頻譜X；步驟2，對時頻譜X中20Hz～100Hz部分取列平均得到心音的幅模時序模板H₀；步驟3，根據(jù)心音的幅模時序模板H₀構造心音時序結構正則項，對時頻譜X進行非負矩陣分解，抽取心音信號時頻譜的估計X_c和肺音信號時頻譜的估計X_r；步驟4，根據(jù)心音信號時頻譜的估計X_c和肺音信號時頻譜的估計X_r，重構出心音和肺音的時域信號。所述單通道心肺音分離方法及系統(tǒng)能有效地分離心音和肺音在頻域內的重疊成分，只需要單通道的心肺音混合信號作為輸入即能實現(xiàn)心肺音的有效分離，臨床實用性強，無須聚類，心肺音分離效果穩(wěn)定。

技術領域

本發(fā)明涉及心肺音分離技術領域，特別是涉及一種單通道心肺音分離方法及系統(tǒng)

背景技術

心音和肺音信號蘊含著豐富的心肺健康信息。心肺音信號檢測對于心肺疾病的診斷和預防有著極其重要的意義。在臨床條件下，由放置于胸腔表面的聽診器所采集到的心音和肺音信號往往混合在一起，并夾雜有外界環(huán)境噪聲，不利于醫(yī)生臨床診斷。因此，從采集到的混合信號中分離出干凈的心音信號和肺音信號并消除環(huán)境噪聲干擾，有著重要的臨床意義和實用價值。

一般地，心音的頻率范圍為20 Hz ~600Hz，而肺音的頻率范圍為60 Hz ~1000Hz。由于心音和肺音在時域和頻域內都有重疊，導致其難以通過傳統(tǒng)的頻域濾波方法實現(xiàn)分離。為解決該問題，研究人員已經(jīng)提出了許多方法，包括基于小波變換的濾波方法、自適應濾波方法、獨立成分分析、非負矩陣分解（Nonnegative Matrix Factorization，NMF）等，但是這些方法均有各自的缺陷：

基于小波變換的濾波方法不容易選擇恰當?shù)姆纸鈱訑?shù)和閾值，以適應心肺音混合情況的個體差異；

自適應濾波方法需要精確的參考信號作為模板才能夠較好地實現(xiàn)心肺音分離，而臨床實踐中精確的心肺音參考信號是難以獲得的；

獨立成分分析至少需要2個通道的觀測信號作為輸入才能夠被應用，與目前一般臨床聽診條件不相符。

NMF作為一種矩陣降維技術最早被應用于圖像特征提取，近年來被廣泛應用于語音增強和單通道語音分離領域當中，其目的是在非負的約束條件下找到兩個低維的矩陣使得它們的乘積能夠近似于原來給定的矩陣。NMF具有實現(xiàn)上的簡便性、分解形式和分解結果上的可解釋性，以及占用存儲空間少等諸多優(yōu)點。鑒于NMF具有以上的優(yōu)點，已有研究人員提出了一種基于NMF基函數(shù)聚類的心肺音盲分離方法，但該方法的聚類過程容易受到遠離中心奇異點的影響，而且沒有利用心音的時序結構，使得心肺音分離效果不穩(wěn)定，不利于實際應用。

綜上所述，心肺音分離仍然是一個有待解決的技術難題。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是提供了一種心肺音分離方法及系統(tǒng)，只需要單通道的心肺音混合信號作為輸入即可實現(xiàn)心肺音快速有效的分離，以滿足臨床聽診的需要。

為解決上述技術問題，本發(fā)明實施例提供了一種單通道心肺音分離方法，包括：

步驟1，對采集的心肺音混合信號進行處理，獲得所述心肺音混合信號的時頻譜；

步驟2，對所述時頻譜中20Hz~100Hz部分取列平均得到心音的幅模時序模板；

步驟3，根據(jù)所述心音的幅模時序模板構造心音時序結構正則項，對所述時頻譜進行非負矩陣分解，抽取心音信號時頻譜的估計和肺音信號時頻譜的估計；

步驟4，根據(jù)所述心音信號時頻譜的估計和所述肺音信號時頻譜的估計，重構出心音和肺音的時域信號；

所述根據(jù)構造心音時序結構正則項，對所述時頻譜進行非負矩陣分解，包括：