CN104688213A - 一种心音信号分段方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种心音信号分段方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步：预处理；第二步：校正；第三步：筛选。本发明的心音信号分段方法不仅步骤简单，而且便于使用，本发明通过包含多层次的校正和筛选的分段方法，来确保能够获得正确的心音分段，从而为心率检测提供更为便捷的方法，因此适合推广使用。

Description

一种心音信号分段方法
技术领域
本发明涉及一种心率检测方法，尤其涉及一种心音信号分段方法。
背景技术
心音是指由心肌收缩、心脏瓣膜关闭和血液撞击心室壁、大动脉壁等引起的振动所产生的声音。它可在胸壁一定部位用听诊器听取；现在也可以用电子听诊器听取，从而转化为数字信号，处理后进行识别。
心音信号作为一种不稳定的周期循环信号，对其进行分段从而获得单独的周期，主要有两个目的：1.能够获得心率；2.以周期为基本单位进行识别、诊断。因此，对心音信号进行分段一直是心音信号处理中的必需环节。
作为心音信号处理的整个流程的第一个环节，分段的质量直接关系到能否输出正确的心率和能否进行正确的诊断。但是由于心音信号的来源以及采集方式，实际所获得的心音信号通常是高噪声、不稳定的，这给分段带来了极大难度。而目前已有的相关方法存在以下问题：
1.在处理高噪声的信号时，由于噪声幅值较大抬高阈值引起漏检或者心音信号包络之间夹杂了大量噪声包络，则会出现大量错误分段；
2.处理一些疾病信号或者特殊的信号时，由于其心音包络形状大小非典型或者心音信号的幅值处于不稳定中，会出现错误；
3.一些采用自相关的分段，计算量较大，移植到移动平台时运算时间过长。因此在实际应用中，一般只能应用于低噪声的理想信号，或者对采集的环境和设备要求苛刻。
仅仅通过简单的校正，在高噪声下无法获得正确的分段。因此构造一种包含多层次的校正和筛选的分段方法，来确保能够获得正确的心音分段显得尤为重要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种心音信号分段方法，以期望构造一种包含多层次的校正和筛选的分段方法，来确保能够获得正确的心音分段。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
1.一种心音信号分段方法，包括以下步骤：
第一步：预处理
(1)获得心音信号，对获得的心音信号进行滤波；
(2)计算提取信号的THres阀值，其中peak为经过第一步的步骤(1)所取的波峰幅值，N为波峰数量，T为系数；T取决于信号长度与信号波峰的离散度；T＝0.2*(1-(40/t)*σ)，其中σ为peak的标准差，t为信号时长(5<t<40秒)；
(3)使用THres阈值提取心音信号，大于THres阈值的保留，小于THres阈值的去除；
第二步：校正
(1)合并间距小于硬阈值的包络
通过interval(i)＝envelop(i+1)–envelop(i)计算相邻的两个包络之间的间距，其中envelop为包络起点位置，i为包络序号；
根据间距和频率Fs计算时长，interval(i)/Fs，若时长小于0.2秒，则将构成该间距的两个包络合并；
(2)去除导致间距小于软阈值的包络
计算合并后两个包络之间的间距，然后根据间距均值计算阈值：
Threshold＝K*Σinterval/n，其中，interval为合并后的间距，n为间距数量，K为系数(0<K<0.5)；
若某一间距小于该阈值，则判断它为错误间距；
判断该间距相邻的两个间距的大小关系：若前一个间距大于后一个间距，则去掉组成该错误间距的前一个包络；反之，则去掉组成该错误间距的后一个包络；
(3)检查漏检
计算经过合并、去除之后的包络间距；
判断相邻两个包络间距的大小是否大致相等：若大致相等，说明可能出现第二心音漏检，则保留形成这两个间距的三个包络；若大小有明显差异，则根据大小关系，区分包络属于第一心音还是第二心音，只保留第一心音的包络；
第三步筛选
(1)根据所获得的第一心音包络，计算周期：
cycle(i)＝(S1envelop(i+1)–S1envelop(i))/Fs，其中S1envelop为第一心音包络的起点，i为包络序列；
(2)将大于2秒或者小于0.3秒的周期判断为错误的周期，并去除；
(3)把剩下的周期按长短排序，获得周期中位数，只保留长短在周期中位数附近的周期；
(4)所剩下周期的起点和终点即为每个分段的起点和终点。
进一步的技术方案是，第一步的步骤2中计算提取信号的THres阀值时当相邻的两个波峰之间的间距小于0.05秒时，只取较大的波峰幅值。
本发明较现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
本发明的心音信号分段方法不仅步骤简单，而且便于使用，本发明通过包含多层次的校正和筛选的分段方法，来确保能够获得正确的心音分段，从而为心率检测提供更为便捷的方法。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明：
实施例
本发明的一种心音信号分段方法，通过对一定时长的心音信号(通常大于10秒)进行分段；每个分段为一心音周期。本发明分段方法通过多次校正，最后筛选出正确的心音周期，用于计算心率与自动诊断。具体，本发明的分段方法分为三个步骤，包括预处理、校正和筛选。
第一步：预处理
(1)首先获得心音信号，并对获得的心音信号进行滤波。
(2)计算提取信号的THres阀值，当相邻的两个波峰之间的间距小于0.05秒时，只取较大的波峰幅值。所述的THres阀值通过以下计算公式进行计算：
其中peak为经过第一步的步骤(1)所取的波峰幅值，N为波峰数量，T为系数；T取决于信号长度与信号波峰的离散度；T＝0.2*(1-(40/t)*σ)，其中σ为peak的标准差，t为信号时长(5<t<40秒)。
(3)使用THres阈值提取心音信号，大于THres阈值的保留，小于THres阈值的去除。
第二步：校正
(1)合并间距小于硬阈值的包络
通过interval(i)＝envelop(i+1)–envelop(i)计算相邻的两个包络之间的间距，其中envelop为包络起点位置，i为包络序号。然后根据间距和频率Fs计算时长，interval(i)/Fs，若时长小于0.2秒，则将构成该间距的两个包络合并。
(2)去除导致间距小于软阈值的包络
计算合并后两个包络之间的间距，然后根据间距均值计算阈值：Threshold＝K*Σinterval/n，其中，interval为合并后的间距，n为间距数量，K为系数(0<K<0.5)。若某一间距小于该阈值，则判断它为错误间距。判断该间距相邻的两个间距的大小关系：若前一个间距大于后一个间距，则去掉组成该错误间距的前一个包络；反之，则去掉组成该错误间距的后一个包络。
(3)检查漏检
计算经过合并、去除之后的包络间距；判断相邻两个包络间距的大小是否大致相等：若大致相等，说明可能出现第二心音漏检，则保留形成这两个间距的三个包络；若大小有明显差异，则根据大小关系，区分包络属于第一心音还是第二心音，只保留第一心音的包络。
第三步筛选
(1)根据所获得的第一心音包络，计算周期：
cycle(i)＝(S1envelop(i+1)–S1envelop(i))/Fs，其中S1envelop为第一心音包络的起点，i为包络序列。
(2)将大于2秒或者小于0.3秒的周期判断为错误的周期，并去除。
(3)把剩下的周期按长短排序，获得周期中位数，只保留长短在周期中位数附近的周期。
(4)所剩下周期的起点和终点即为每个分段的起点和终点。
本发明给出了一种完全基于时域上的判决条件，对心音进行正确分段的方法。一个较小的阈值过滤包络，解决了高噪声背景和不稳定的信号所带来的问题，尽可能保留了心音信号包络，但同时带入了大量噪声包络。根据心音信号本身的特点，设立了诸多判断条件，来区分噪声或者舍去错误的结果，最终达到获得正确分段结果的目的。本方法的计算量小，非常适用于移植到各种平台的实际应用。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种心音信号分段方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步：预处理
(1)获得心音信号，对获得的心音信号进行滤波；
(2)计算提取信号的THres阀值，其中peak为经过第一步的步骤(1)所取的波峰幅值，N为波峰数量，T为系数；T取决于信号长度与信号波峰的离散度；T＝0.2*(1-(40/t)*σ)，其中σ为peak的标准差，t为信号时长(5<t<40秒)；
(3)使用THres阈值提取心音信号，大于THres阈值的保留，小于THres阈值的去除；
第二步：校正
(1)合并间距小于硬阈值的包络
通过interval(i)＝envelop(i+1)–envelop(i)计算相邻的两个包络之间的间距，其中envelop为包络起点位置，i为包络序号；
根据间距和频率Fs计算时长，interval(i)/Fs，若时长小于0.2秒，则将构成该间距的两个包络合并；
(2)去除导致间距小于软阈值的包络
计算合并后两个包络之间的间距，然后根据间距均值计算阈值：
其中，interval为合并后的间距，n为间距数量，K为系数(0<K<0.5)；
若某一间距小于该阈值，则判断它为错误间距；
判断该间距相邻的两个间距的大小关系：若前一个间距大于后一个间距，则去掉组成该错误间距的前一个包络；反之，则去掉组成该错误间距的后一个包络；
(3)检查漏检
计算经过合并、去除之后的包络间距；
判断相邻两个包络间距的大小是否大致相等：若大致相等，说明可能出现第二心音漏检，则保留形成这两个间距的三个包络；若大小有明显差异，则根据大小关系，区分包络属于第一心音还是第二心音，只保留第一心音的包络；
第三步筛选
(1)根据所获得的第一心音包络，计算周期：
cycle(i)＝(S1envelop(i+1)–S1envelop(i))/Fs，其中S1envelop为第一心音包络的起点，i为包络序列；
(2)将大于2秒或者小于0.3秒的周期判断为错误的周期，并去除；
(3)把剩下的周期按长短排序，获得周期中位数，只保留长短在周期中位数附近的周期；
(4)所剩下周期的起点和终点即为每个分段的起点和终点。
2.按照权利要求1所述的一种心音信号分段方法，其特征在于：第一步的步骤2中计算提取信号的THres阀值时当相邻的两个波峰之间的间距小于0.05秒时，只取较大的波峰幅值。
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