基于循環(huán)平穩(wěn)信號(hào)理論的心音信號(hào)處理方法研究.pdf

1、心音是心臟血流動(dòng)力與心臟相互作用而產(chǎn)生的機(jī)械振動(dòng)，反映了心臟各心腔、瓣膜及大血管的運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)評(píng)估心血管系統(tǒng)功能有重要應(yīng)用價(jià)值。心音（包括雜音）在每一個(gè)心動(dòng)周期內(nèi)重復(fù)產(chǎn)生。這種重復(fù)性在信號(hào)處理理論中表現(xiàn)為“循環(huán)平穩(wěn)特性”。本文基于循環(huán)平穩(wěn)信號(hào)理論，系統(tǒng)地研究了心音信號(hào)循環(huán)平穩(wěn)特性的定量評(píng)估、心音信號(hào)的瞬時(shí)循環(huán)頻率和心音的自動(dòng)分割等方法及應(yīng)用，主要?jiǎng)?chuàng)新工作如下:
　　(1)研究了定量評(píng)估心音信號(hào)循環(huán)平穩(wěn)特性的方法及其應(yīng)用。心音信號(hào)不

2、是嚴(yán)格的循環(huán)平穩(wěn)信號(hào)，而是準(zhǔn)循環(huán)平穩(wěn)信號(hào)。本文根據(jù)循環(huán)平穩(wěn)信號(hào)理論，提出了“循環(huán)平穩(wěn)程度”(Degree of cyclostationarity)統(tǒng)計(jì)量和計(jì)算方法，定量地評(píng)估心音信號(hào)在任意時(shí)段循環(huán)平穩(wěn)特性的強(qiáng)弱。當(dāng)心音信號(hào)中存在噪聲和干擾時(shí)，心音信號(hào)的循環(huán)平穩(wěn)程度會(huì)減弱。因此，可用心音信號(hào)的“循環(huán)平穩(wěn)程度”反映心音信號(hào)的質(zhì)量，評(píng)判心音信號(hào)中含有噪聲或干擾的多少，從心音信號(hào)中自動(dòng)地找出沒有噪聲（或噪聲最?。┑囊欢危醋罴炎有蛄校?，排除噪

3、聲或干擾較多的部分。該方法無需人工干預(yù)，全自動(dòng)運(yùn)行，解決了計(jì)算機(jī)自動(dòng)分析心音信號(hào)的一個(gè)工程實(shí)際問題。另外，還通過增強(qiáng)心音信號(hào)的循環(huán)平穩(wěn)程度，提出了心音信號(hào)的降噪聲方法。無論噪聲是有色的、非高斯的，還是非平穩(wěn)的，只要心音與噪聲在循環(huán)頻率域內(nèi)沒有交集，理論上可將心音信號(hào)中的噪聲徹底去除。
　　(2)研究了心音信號(hào)的瞬時(shí)循環(huán)頻率及其應(yīng)用?；谘h(huán)平穩(wěn)信號(hào)理論，提出了心音信號(hào)的瞬時(shí)循環(huán)頻率及計(jì)算方法，反映了心臟機(jī)械振動(dòng)的瞬時(shí)重復(fù)頻率。本文

4、中，“瞬時(shí)循環(huán)頻率”（Instantaneous cycle frequency）有三方面應(yīng)用。一是心音信號(hào)的自動(dòng)心動(dòng)周期檢測。通常情況下，分割心音信號(hào)的心動(dòng)周期需要參考心電信號(hào)的R波。本文提出了心音信號(hào)的瞬時(shí)循環(huán)頻率的概念，并從心音信號(hào)中提取出了反映心動(dòng)周期的瞬時(shí)相位，從而精確地估計(jì)出心動(dòng)周期。二是分離心肺音混合信號(hào)中的心音信號(hào)。在采集心音信號(hào)的過程中，呼吸音（肺音）是常見的噪聲干擾之一。為了得到純凈的心音信號(hào)，有必要將其分離出來。鑒

5、于心音與肺音在時(shí)域、頻域都重疊在一起，理論上限制了時(shí)頻域分離方法的應(yīng)用。但是，心音與肺音的循環(huán)頻率顯著不同。于是，基于瞬時(shí)循環(huán)頻率的差異，可將它們有效分離。三是估計(jì)胎兒的心率。臨床上所采用的超聲多普勒胎心監(jiān)護(hù)儀，由于其超聲輻射，長期監(jiān)測時(shí)可能會(huì)對(duì)胎兒造成影響。本文提出用胎兒心音的瞬時(shí)循環(huán)頻率估計(jì)胎兒的心率，僅被動(dòng)接收胎兒心音，對(duì)胎兒無傷害，估計(jì)準(zhǔn)確。以上三種應(yīng)用僅需要心音信號(hào)一個(gè)信號(hào)源，不需要其它參考信號(hào)，有利于心音信號(hào)的計(jì)算機(jī)自動(dòng)分析

6、。
　　(3)研究了心音信號(hào)的自動(dòng)分割方法。在心音分析中常常需要標(biāo)定出心音在信號(hào)中的位置，即分割出心音?；谛囊粜盘?hào)的循環(huán)平穩(wěn)特性，本文提出了兩種自動(dòng)心音分割方法。一，提出了心音信號(hào)的循環(huán)平穩(wěn)包絡(luò)及基于循環(huán)平穩(wěn)包絡(luò)的心音分割方法。二，提出了在單周期內(nèi)利用動(dòng)態(tài)聚類實(shí)現(xiàn)心音分割的方法。實(shí)驗(yàn)表明，分割準(zhǔn)確率達(dá)到了96％以上。
　　本文在循環(huán)平穩(wěn)信號(hào)處理理論的指導(dǎo)下，系統(tǒng)深入地研究了心音信號(hào)的循環(huán)平穩(wěn)特性及其在心音信號(hào)處理中的應(yīng)用。