[發明專利]一種基于PCA串并融合的多路心音特征表征方法

有效

• 申請號: 201910452241.2
• 申請日: 2019-05-28
• 公開（公告）號: CN110123368B
• 公開（公告）日: 2021-11-26
• 發明（設計）人: 成雨含;劉啟發;戴世誠;孫科學
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: A61B7/04
• 分類號: A61B7/04;G06K9/00;G06K9/62
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 康燕文

本發明公開一種基于PCA串并融合的多路心音特征表征方法，分別提取四路心音的能量熵特征、互信息特征和相關性特征作為有效特征數據集，利用主成分分析對能量熵特征進行降維處理，獲得串行特征；將相關性特征和互信息特征從實向量空間拓展到復向量空間，進行并行融合，獲得并行特征；最后將串行并行特征再次融合成為多元優化組合特征。這種基于PCA串并融合的多路心音特征融合方法，具有針對性強，凸顯差異性的優點。由多路心音信號獲取的多元優化組合特征表征效果明顯優于單路心音信號的特征表征效果，不僅有益于分類模型的構建，而且對實現先心病的快速篩查，提高分類識別率具有積極的意義。

技術領域

本發明屬于信號采集與處理領域，具體涉及一種基于PCA串并融合的多路心音特征表征方法。

背景技術

心音是由心臟瓣膜的開閉、肌肉的舒張收縮、及心血管壁振動而產生的一種聲學信號，通過分析心音信號特性(心雜音時頻分布、聲音質量與總體周期長度)，可成功診斷二尖瓣關閉不全、主動脈瓣狹窄與風濕性瓣膜病變等。人體胸腔體表有4個聽診區：主動脈瓣聽診區、肺動脈瓣聽診區、三尖瓣聽診區和二尖瓣聽診區，利用電子聽診器檢測心音的普遍方法是用手握著心音傳感器進行信號采集，每一次只能在一個聽診位置采集一路心音。目前，對心音信號的特征提取、分類識別主要都是針對單路心音信號進行的，并且已達到較高水準。由于缺乏公開的多路心音數據庫，這方面的研究成果則很少見。

發明內容

發明目的：本發明提供一種基于PCA串并融合的多路心音特征表征方法，具有針對性強，凸顯差異性的優點，對實現先心病的快速篩查，提高分類識別率具有積極的意義。

發明內容：本發明所述的一種基于PCA串并融合的多路心音特征表征方法，包括以下步驟：

(1)在人體胸腔體表的四個聽診區同步獲得四路心音信號；

(2)提取四路心音的能量熵特征、互信息特征和相關性特征作為有效特征數據集；

(3)利用主成分分析法對能量熵特征進行降維處理，獲得串行特征；

(4)將相關性特征和互信息特征從實向量空間拓展到復向量空間，進行并行融合，獲得并行特征；

(5)將串行并行特征再次融合成為多元優化組合特征。

步驟(1)所述的四路心音信號表示為：

其中，s^M₁表示M聽診區獲得的第一心音，s^P₁表示P聽診區獲得的第一心音，其它類同表示。

步驟(2)所述的能量熵特征的提取過程如下：

利用小波對心音進行分解，將心音分解成6個子帶信號，并分析計算心音子帶的能量熵，其心音能量熵為：

其中，R_i表示能量熵，E(i)＝|g_i(k)|²表示某個子帶的歸一化能量值，表示所有子帶能量總和，n為子帶序號；則S⁴_T(t)的能量熵特征集為：

步驟(2)所述的互信息特征集為：

I＝[I1(M，P)，I2(M，A)，I3(M，T)，I4(P，A)，I5(P，T)，I6(A，T)

其中，I(A，T)表示S⁴_T(t)中A區獲得的心音與T區獲得的心音的互信息，其它類同表示。

步驟(2)所述的相關性特征集為：