CN105212960A - 心音信号质量评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及采集信号的质量评估。本发明提供一种心音信号质量评估方法，首先，系统采集心音信号并截取用于评估的信号段；其次，系统对信号段进行基于SYM6小波函数的五层小波分解，计算得出第五层近似系数和五层细节系数；然后，系统对第五层近似系数和五层细节系数进行软阈值过滤；再然后，系统对软阈值过滤后的第五层近似系数和五层细节系数进行能量计算，得出各层系数的能量；最后，系统根据各层系数的能力计算信号质量因子。系统还根据信号质量因子进行心音信号等级分类，等级越高心音质量越好，方便用户只根据等级号得知心音信号的质量，从而提醒使用者立刻调整姿势、采集位置和采集环境来获取更好的心音信号。适用于心音信号质量的评估。

Description

心音信号质量评估方法

技术领域

本发明涉及采集信号的质量评估，特别涉及心音信号质量的评估。

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。而现在也可以用电子听诊器听取，将心音转化为数字音频信号从而保存起来。

心音信号作为一种声音信号，非常容易受到干扰，其干扰来源主要有：1.外界的不稳定噪声干扰；2.体内的各种生物音干扰，例如肠音、呼吸音；3.因使用者未稳定放置电子听诊器而产生的摩擦音。而且，除了噪声干扰会导致心音信号的信噪比降低以外，由于心音存在不同的听诊区，未放置在听诊区会导致采集的心音信号的强度较小，难以从背景音中分离出来。

因此，对心音信号进行质量分级，用来反映采集到的心音信号的信噪比，按照级别的高低来分级反映信号质量的优劣程度，包括受到干扰的程度和听诊器的使用状况等一系列信息。从而让使用者了解到心音的采集情况，能够进行相应地调整，这是十分重要的。而目前现有技术中并没有一项有效的技术能够实现对心音信号进行质量分级。而实时地显示心音信号的质量等级，能够帮助使用者立刻调整姿势、采集位置和采集环境。不仅能提高采集到的心音信号的信噪比，还能够优化用户的体验，使采集过程不再冗长和枯燥。可删减信号质量等级较低的心音信号段，降低后期信号处理的难度，节约储存空间。因此，研发一种有效的心音信号质量评估方法是十分重要并且有价值的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，就是提供一种心音信号质量评估方法以实现实时计算心音信号的质量等级提示给用户，帮助使用者立刻调整姿势、采集位置和采集环境从而获得更好地心音质量。

本发明解决所述技术问题，采用的技术方案是，心音信号质量评估方法，包括以下步骤：

步骤1、系统采集心音信号并截取用于评估的信号段；

步骤2、系统对信号段进行基于SYM6小波函数的五层小波分解，计算得出第五层近似系数和五层细节系数；

步骤3、系统对第五层近似系数和五层细节系数进行软阈值过滤；

步骤4、系统对软阈值过滤后的第五层近似系数和五层细节系数进行能量计算，得出各层系数的能量；

步骤5、系统根据各层系数的能力计算信号质量因子，所述计算公式为：

$F=\frac{E_{CA1}+E_{CA2}+E_{CA3}}{E_{CD5}+30{\mathrm{\%E}}_{CA4}+70{\mathrm{\%E}}_{CA5}};$

其中，F为信号质量因子，CD5为第五层近似系数，CA1为第一层细节系数，CA2为第二层细节系数，CA3为第三层细节系数，CA4为第四层细节系数，CA5为第五层细节系数，ECA1第一层细节系数的能量，ECA2第二层细节系数的能量，ECA3第三层细节系数的能量，ECA4第四层细节系数的能量，ECA5第五层细节系数的能量，ECD5第五层近似系数的能量。

具体的，所述步骤1中，系统截取的用于评估的新号段的时间长度计为T，0.5s≦T≦1.5s。

具体的，所述步骤3中，系统对第五层近似系数和五层细节系数进行软阈值过滤包括以下步骤：

步骤31、系统分别将第五层近似系数和五层细节系数进行绝对值计算后按从大到小进行排列，并分别提取前10％的值作为各层系数的计算值；

步骤32、系统将各层系数的计算值的10％为各层的软阈值；

步骤33、系统将各层系数中小于各层的软阈值都设置为0，其他值保持不变得到过滤后的各层系数。

具体的，所述步骤4中，系统对软阈值过滤后的第五层近似系数和五层细节系数进行能量计算的计算公式为：

E＝Σx²；

其中，E表示各层系数能量，x为过滤后的各层系数中的各个数值。

具体的，还包括系统根据信号质量因子F进行质量分级：若0<F≤0.3，质量等级为5级；若0.3<F≤0.5,质量等级为4级；若0.5<F≤0.7，质量等级为3级；若0.7<F≤0.8，质量等级为2级；若0.8<F，质量等级为0级，等级越高心音质量越好。

本发明的有益效果是：系统采集心音信号并截取用于评估的信号段进行五层小波分解，计算各层系数后对其进行软阈值过滤，并对过滤后的各层系数进行能量计算后，根据各层系数能量计算信号质量因子，用以提醒用户采集到的心音质量；

为了进一步的方便用户实时得知采集到的心音质量，系统还根据信号质量因子进行心音信号等级分类，等级越高心音质量越好，方便用户只根据等级号得知心音信号的质量，从而提醒使用者立刻调整姿势、采集位置和采集环境来获取更好的心音信号。

以下结合实施例的具体实施方式，对本发明的上述内容再作进一步的详细说明。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述技术思想情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包括在本发明的范围内。

具体实施方式

下面结合实施例详细描述本发明的技术方案：

本发明针对现有技术中心音信号非常容易受到干扰，用户无法实时得知所采集到的心音信号是否合格的问题，提供一种心音信号质量评估方法，首先，系统采集心音信号并截取用于评估的信号段；其次，系统对信号段进行基于SYM6小波函数的五层小波分解，计算得出第五层近似系数和五层细节系数；然后，系统对第五层近似系数和五层细节系数进行软阈值过滤；再然后，系统对软阈值过滤后的第五层近似系数和五层细节系数进行能量计算，得出各层系数的能量；最后，系统根据各层系数的能力计算信号质量因子，所述计算公式为：其中，F为信号质量因子、CD5为第五层近似系数、CA1为第一层细节系数、CA2为第二层细节系数、CA3为第三层细节系数、CA4为第四层细节系数、CA5为第五层细节系数、ECA1第一层细节系数的能量、ECA2第二层细节系数的能量、ECA3第三层细节系数的能量、ECA4第四层细节系数的能量、ECA5第五层细节系数的能量、ECD5第五层近似系数的能量。系统采集心音信号并截取用于评估的信号段进行五层小波分解，计算各层系数后对其进行软阈值过滤，并对过滤后的各层系数进行能量计算后，根据各层系数能量计算信号质量因子，用以提醒用户采集到的心音质量；为了进一步的方便用户得知采集到的心音质量，系统还根据信号质量因子进行心音信号等级分类，等级越高心音质量越好，方便用户只根据等级号得知心音信号的质量，从而提醒使用者立刻调整姿势、采集位置和采集环境来获取更好的心音信号。

实施例

本例旨在提出一种心音信号质量的实时展示方式：在使用电子听诊器采集心音信号的同时，向使用者实时地展示其信号质量等级。从而及时向使用者反馈采集状况，有利于使用者对姿势、听诊位置和使用环境进行调整。最终缩短采集时间，提高采集效果，减少采集频率，从而大幅提升心音采集过程的用户体验。

具体的，心音信号质量评估方法，包括以下步骤：

步骤1、系统采集心音信号并截取用于评估的信号段；1.截取用于评估的信号段x：对于当前时刻t，截取t1时刻至t时刻的心音信号x。T为x时间长度，T＝t–t1。由于需要保证实时性，T一般不超过1.5秒，不小于0.5s。

步骤2、系统对信号段进行基于SYM6小波函数的五层小波分解，计算得出第五层近似系数和五层细节系数。

步骤3、系统对第五层近似系数和五层细节系数进行软阈值过滤；具体的，首先，系统分别将第五层近似系数和五层细节系数进行绝对值计算后按从大到小进行排列，并分别提取前10％的值作为各层系数的计算值；其次，系统将各层系数的计算值的10％为各层的软阈值；最后，系统将各层系数中小于各层的软阈值都设置为0，其他值保持不变得到过滤后的各层系数；CD5’、CA1’、CA2’、CA3’、CA4’和CA5’。

步骤4、系统对软阈值过滤后的第五层近似系数和五层细节系数进行能量计算，得出各层系数的能量；能量计算公式为：E＝Σx²。其中，E表示各层系数能量，x为过滤后的各层系数中的各个数值。例如第五层近似系数的能量E_CD5为过滤后的系数CD5’中每一个数值的平方和。

步骤5、系统根据各层系数的能力计算信号质量因子，所述计算公式为：

$F=\frac{E_{CA1}+E_{CA2}+E_{CA3}}{E_{CD5}+30{\mathrm{\%E}}_{CA4}+70{\mathrm{\%E}}_{CA5}};$

其中，F为信号质量因子、CD5为第五层近似系数、CA1为第一层细节系数、CA2为第二层细节系数、CA3为第三层细节系数、CA4为第四层细节系数、CA5为第五层细节系数、ECA1第一层细节系数的能量、ECA2第二层细节系数的能量、ECA3第三层细节系数的能量、ECA4第四层细节系数的能量、ECA5第五层细节系数的能量、ECD5第五层近似系数的能量。

优选的，本发明给出了“心音信号质量等级”的概念及其一种分级方式。心音信号质量等级指：使用若干个级别，分别代表心音信号的信号质量的好坏程度。

若0<F≤0.3，质量等级为5级；若0.3<F≤0.5,质量等级为4级；若0.5<F≤0.7，质量等级为3级；若0.7<F≤0.8，质量等级为2级；若0.8<F，质量等级为0级，等级越高心音质量越好。

最后，系统通过显示装置，向使用者展示当前时刻t的信号质量等级。级别5代表信号质量最好，采集状况非常好；级别0代表信号质量最差，采集状况非常差。从级别5到级别0的分级，分别代表信号质量从好逐步到差的不同程度，采集状况从好逐步到差的不同程度。

使用者根据质量等级实时得知采集到的心音信号的质量好坏程度，从而提醒使用者立刻调整姿势、采集位置和采集环境来获取更好的心音信号。

Claims (5)

1.心音信号质量评估方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、系统采集心音信号并截取用于评估的信号段；

步骤2、系统对信号段进行基于SYM6小波函数的五层小波分解，计算得出第五层近似系数和五层细节系数；

步骤3、系统对第五层近似系数和五层细节系数进行软阈值过滤；

步骤4、系统对软阈值过滤后的第五层近似系数和五层细节系数进行能量计算，得出各层系数的能量；

步骤5、系统根据各层系数的能力计算信号质量因子，所述计算公式为：

$F=\frac{E_{CA1}+E_{CA2}+E_{CA3}}{E_{CD5}+30{\mathrm{\%E}}_{CA4}+70{\mathrm{\%E}}_{CA5}};$

其中，F为信号质量因子，CD5为第五层近似系数，CA1为第一层细节系数，CA2为第二层细节系数，CA3为第三层细节系数，CA4为第四层细节系数，CA5为第五层细节系数，ECA1第一层细节系数的能量，ECA2第二层细节系数的能量，ECA3第三层细节系数的能量，ECA4第四层细节系数的能量，ECA5第五层细节系数的能量，ECD5第五层近似系数的能量。

2.根据权利要求1所述的心音信号质量评估方法，其特征在于，所述步骤1中，系统截取的用于评估的新号段的时间长度计为T，0.5s≦T≦1.5s。

3.根据权利要求1所述的心音信号质量评估方法，其特征在于，所述步骤3中，系统对第五层近似系数和五层细节系数进行软阈值过滤包括以下步骤：

步骤31、系统分别将第五层近似系数和五层细节系数进行绝对值计算后按从大到小进行排列，并分别提取前10％的值作为各层系数的计算值；

步骤32、系统将各层系数的计算值的10％为各层的软阈值；

步骤33、系统将各层系数中小于各层的软阈值都设置为0，其他值保持不变得到过滤后的各层系数。

4.根据权利要求1所述的心音信号质量评估方法，其特征在于，所述步骤4中，系统对软阈值过滤后的第五层近似系数和五层细节系数进行能量计算的计算公式为：

E＝Σx²；

其中，E表示各层系数能量，x为过滤后的各层系数中的各个数值。

5.根据权利要求1所述的心音信号质量评估方法，其特征在于，还包括系统根据信号质量因子F进行质量分级：若0<F≤0.3，质量等级为5级；若0.3<F≤0.5,质量等级为4级；若0.5<F≤0.7，质量等级为3级；若0.7<F≤0.8，质量等级为2级；若0.8<F，质量等级为0级，等级越高心音质量越好。