[發(fā)明專利]一種基于聲音特征的自主神經(jīng)功能參數(shù)獲取方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810783926.0
• 申請日: 2018-07-17
• 公開（公告）號: CN109036469A
• 公開（公告）日: 2018-12-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張建保;李濛君;劉彬彬
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號: G10L25/66
• 分類號: G10L25/66
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 徐文權(quán)

本發(fā)明公開了一種基于聲音特征的自主神經(jīng)功能參數(shù)獲取方法，通過進行應(yīng)激刺激實驗并記錄刺激前及刺激過程中被測試者的語音信號；然后對采集的語音信號靜音切除、預(yù)加重、分幀和加窗預(yù)處理；最后利用對預(yù)處理后的語音信號進行參數(shù)計算，通過自相關(guān)函數(shù)獲取聲音的基頻，得到每個被測試者語音信號的基頻以及標準差數(shù)據(jù)，然后對該頻率范圍進行積分，得到基頻功率，通過基頻和基頻功率實現(xiàn)自主神經(jīng)功能的評價，基頻可作為評價副交感神經(jīng)的有效指標；基頻功率可作為評價交感神經(jīng)的有效指標；相比于其他生理指標，語音信號具有采集便捷，語音處理系統(tǒng)適應(yīng)性強和技術(shù)成熟等特點，應(yīng)用此方法能夠更加快速，有效地評價自主神經(jīng)功能變化。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于生物醫(yī)學(xué)信號處理技術(shù)領(lǐng)域，旨在提出一種基于聲音特征的自主神經(jīng)功能參數(shù)獲取方法。

背景技術(shù)

心臟自主神經(jīng)功能失衡與心血管疾病的病死率有密切的聯(lián)系，約90％的心源性猝死是惡性心律失常所致。心臟自主神經(jīng)功能失衡導(dǎo)致房顫、室性心律失常、心力衰竭等惡性心血管事件，進而導(dǎo)致患者死亡。同時，糖尿病、高血壓和功能性聲音障礙等疾病也已證實與自主神經(jīng)調(diào)控功能失衡相關(guān)。由此可見自主神經(jīng)功能的評測，對于預(yù)防和減少惡性心血管事件，檢驗相關(guān)藥物的療效，具有重要的臨床應(yīng)用價值。

目前主神經(jīng)功能評價方法眾多。例如Novak P等人于2011年發(fā)布的目前存在的全定量的經(jīng)過臨床驗證的自主神經(jīng)功能測試協(xié)議。現(xiàn)存的協(xié)議主要包括三種自主神經(jīng)領(lǐng)域：心迷走，腎上腺素水平和汗腺分泌神經(jīng)。測試包括深呼吸，瓦爾薩爾瓦動作下的心率變化，傾斜測試以及定量催汗軸突試驗(QSART)。經(jīng)過一系列的測試，再對照具體的自主神經(jīng)功能評級標準，對自主神經(jīng)功能進行綜合打分即完成測試。但是這些方法的缺點是：測試指標單一，切各自自獨立的，運用的信號處理方法太簡單，不能進一步進行具體分析。除了上述的手段，基于心電信號的HRV分析方法受到更多關(guān)注。心率作為自主神經(jīng)直接對竇房結(jié)的調(diào)控結(jié)果，其頻率分析，它能夠同時體現(xiàn)交感和副交感分支活性水平，有十分顯著的診斷意義。但目前，對其指標的通用性存在一定爭議，因此該評價方法的應(yīng)用也受到一定限制。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于聲音特征的自主神經(jīng)功能參數(shù)獲取方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)的不足。

為達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種基于聲音特征的自主神經(jīng)功能參數(shù)獲取方法，包括以下步驟：

步驟1)、進行應(yīng)激刺激實驗并記錄刺激前及刺激過程中被測試者的語音信號；

步驟2)、對步驟1)采集的語音信號靜音切除、預(yù)加重、分幀和加窗預(yù)處理；

步驟3)、對預(yù)處理后的語音信號進行參數(shù)計算，通過自相關(guān)函數(shù)獲取聲音的基頻，離散聲音信號x(n)的自相關(guān)函數(shù)為：

R(k)＝∑x(n)(n-k) (4)

其中k是時間的延遲量，N為幀長；

得到每個被測試者語音信號的基頻以及標準差數(shù)據(jù)，選擇各個基頻的正負40Hz為頻率范圍，然后對該頻率范圍進行積分，得到基頻功率。

進一步的，步驟1)中，靜息狀態(tài)下采集被測試者的語音信號，然后對靜息狀態(tài)下的被測試者進行應(yīng)激刺激，然后采集應(yīng)激刺激后的被測試者的語音信號。

進一步的，通過KFW H902麥克風采集聲音信號，用數(shù)據(jù)線傳輸?shù)組P150記錄聲音信號，采樣率為20kHz。

進一步的，步驟2)中，首先對采集的聲音信號進行首尾端的靜音切除，對靜音切除后的聲音信號進行預(yù)加重處理，是通過對高頻部分進行加重處理，然后通過分幀強化預(yù)加重處理后的語音信號，然后選擇平滑的窗口對分幀強化后的語音信號進行加窗，選擇具有過渡特性的窗口能夠增強各幀聲音信號的連續(xù)性。

進一步的，預(yù)加重處理中，一個高通濾波器，如公式：