[发明专利]适用于Android系统的心音定位分段方法

说明书

技术领域

本发明属于心音信号处理及传输的技术领域，涉及一种应用于Android系统的心音定位分段方法。

背景技术

作为人体内部最重要的生理信号之一，心音信号能够反映心脏以及心血管系统的运动状况，蕴含了心脏各部分生理状态的信息。国内外许多文献已经证明，心音可以用于生物识别领域，也可以用于心脏运动情况的分析，这使得心音信号处理变得日益重要。由于心音具有准周期性，以心动周期为单位对心音信号进行分析往往是心音处理的前提和关键所在。

作为心音分析的基础，心音分段可以将一个完整周期的心音划分为第一心音（S1）、第二心音（S2）、收缩期和舒张期，利用分段后的心音可以提取特征参数用于身份识别，还可以用于心脏运动情况的分析等。然而，S1和S2的定位检测识别是心音分段过程中最主要和最困难的问题，因此，需要开发一种低成本，实时有效的心音分段应用，这一需求也将推动心音在病理和生理方面的应用研究。

国内外研究中进行心音分段的方法主要分为两类，一类是借助于心电等参考信号的分段方法，另一类则是独立分段方法。借助于其他参考信号的分段方法，主要是根据这些信号和心音信号在时域波形上的位置对应关系进行分段。这类分段方法无疑会增加硬件设备，使得信号采集更为复杂，因此不借助任何参考信号的独立分段方法越来越得到关注。例如，在2006年，葡萄牙学者对心音进行快速小波变换，并利用香农能量提取近似分量的包络用于心音分段。在2011年，国内学者利用经验模式分解，将心音分解为第一阶和第二阶的本征模函数，并对第二阶本征模函数进行希尔伯特变换提取包络，从而完成心音的分段。在2011年，阿尔及利亚学者利用统计复杂度方法来检测心音的边界，并利用Rényi边界熵确定阈值以检测S1和S2分量。这些方法都取得了良好的心音分段的效果，并开阔了心音分段的研究思路，但是它们都要借助于运算能力强大、结构复杂的计算机来进行心音分段，系统的实时性和便携性较差。

发明内容

针对现有心音分段实时性和便携性等方面的不足，本发明目的在于提供一种实时性强、便携有效的心音信号分段方法。具体的实现步骤为：

a)心音信号通过下位机采集，信号经过滤波电路处理，并进行A/D转换，最终将心音通过蓝牙传输到上位机进行处理。

b)对心音信号进行预处理，主要是包括心音的去均值归一化和重采样等。

c)确定高阶香农熵的阶数，并利用高阶香农熵提取心音包络。

d)利用步骤c)，设置滑动窗口，确定心音包络的上下阈值，利用上阈值抑制杂音和干扰对分段的影响，利用下阈值进行心音分界点的检测，并对分界点进行初步定位。

e)对初步定位后的分界点进行校正，根据心音的医学生理信息排除干扰的影响，对可能存在的心音分裂进行判断，如果确定为心音分了，则进行心音合并。

f)利用步骤d)和e)，对校正后的分界点进行识别，正确判断S1和S2的分界点，即可得到分段后的心音。

本发明的另一个目的是提供一种新型的适用于Android操作系统的心音分段应用，为基于心音信号的研究领域提供一种高便携性的心音分析设备。具体的实现如下：

本应用主要由下位机和上位机两部分组成。下位机的作用是收集心音信号，将心音信号由模拟信号转换为数字信号，并通过蓝牙传输至上位机。上位机为Android智能手机，完成心音信号的数据接收以及心音分段和显示功能。

下位机模块的主要组成包括动圈式传声器、音频放大电路、滤波器电路、DSPIC主控制电路、A/D转换电路、蓝牙传输电路、电源供应电路。

所述动圈式传声器的主要作用是作为心音传感器。其主要原理是电磁感应，在声音信号通过传声器的金属薄膜时，造成其震动，随之而来的是其内部的线圈震动。由于磁场的作用，线圈震动最终会导致电流的产生。

所述音频放大电路的作用主要是将动圈式传声器采集到的心音信号进行放大。主要构成原件是NE5532，电路由两级放大电路构成，其中一级放大电路为电压串联的负反馈电路，该电路具备的主要特点是输入的阻抗极高。第二级的放大电路采用负反馈电路，并且电压并联。其优点是抗共模干扰能力强，并且其输出的阻抗也较小。