CN106037704B - 一种心音心率计算方法 - Google Patents

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    • A61B5/02—Detecting, measuring or recording pulse, heart rate, blood pressure or blood flow; Combined pulse/heart-rate/blood pressure determination; Evaluating a cardiovascular condition not otherwise provided for, e.g. using combinations of techniques provided for in this group with electrocardiography or electroauscultation; Heart catheters for measuring blood pressure
    • A61B5/024—Detecting, measuring or recording pulse rate or heart rate

Abstract

本发明公开了一种心音心率计算方法，A：心音数据准备：截取一定时长的心音数据并取绝对值；B：提取峰值点：从步骤A所得数据中提取峰值最大的N个峰值点，C：计算峰值点间距：计算步骤B所得峰值点相邻两点之间的间隔T；如果T的方差和T的均值的比值>0.2，则将相邻两个T值相加作为新的T值；D：计算心率：将T的取值范围分为长度为ΔT的M个等长区间[ti,t(i+1)]，选取频数值最大的区间，求取其中所有T的平均值，记为Tm，计算出心率＝1/Tm。本发明方法统计了第一心音间隔的分布频数，可适用于第二心音缺失的情形，且即使存在噪音的导致心音分段错误，也会由于其频数较低而被忽略；本发明运算量小，是一种优良的快速心音实时心率计算方法。

Description

一种心音心率计算方法
技术领域
本发明涉及医疗健康领域，尤其涉及一种心音心率计算方法。
背景技术
心音是在心动周期中由于心肌收缩舒张、瓣膜启闭及血流冲击心室壁、大动脉壁等引起的机械振动所产生的声音。心音是了解心脏状态的一项重要手段，具有心电监测不可取代的临床价值。作为一种高安全性的生物特征，未来心音还有望用于身份识别。心率是心音最重要的参数之一，是进行相关分析的基础。
一个心动周期可产生4个心音：即第一(S1)、第二(S2)、第三(S3)、第四(S4)心音。通常用听诊的方法只能听到第一和第二心音。一个心动周期是指两个连续S1间的间隔，心率的计算则基于对心动周期的定位。因此，定位心音信号中S1的位置成为计算心率的关键。通常情况下，S1、S2所在位置幅值最大，但由于个体差异，部分心音信号可能出现S2消失的情况，加之采集过程中引入的噪音幅值通常与心音信号相差无几，使得心音信号形态多变、判别复杂，现有技术存在难以快速、稳定、准确地得到心率的问题。
发明内容
针对现有技术存在的不足之处，本发明的目的在于提供一种心音心率计算方法，通过找出第一心音和第二心音来确定每个心跳周期的分段，继而计算出心率。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种心音心率计算方法，其方法步骤如下：
A、心音数据准备：利用电子听诊器采集人体的心音信号A，对心音信号A截取时长为B的心音数据C，对心音数据C求绝对值得到数据D；
B、提取峰值点：从步骤A所得的数据D中提取峰值最大的N个峰值点，相邻两个峰值点间距时间间隔应大于E，并得出N个峰值点所对应的时间t，依次为t1，t2…tn；
C、计算一个心跳周期时长：其具体步骤如下：
C1、计算相邻两个时间t值之间的时间间隔T，得到时间间隔T1，T2…Ti，T(n-1),其中Ti＝t(i+1)-ti，式中1≤i≤n-1；如果所有时间间隔T的方差和所有时间间隔T的均值的比值>0.2，则将相邻两个时间间隔T值相加作为新的时间间隔T值，此时新时间间隔T值数量为n-2个，分别为(T1+T2)，(T2+T3)，(T3+T4)…(T(n-2)+T(n-1))；
C2、计算相邻两个时间t值之间的时间间隔T，得到时间间隔T1，T2…Ti，T(n-1),其中Ti＝t(i+1)-ti，式中1≤i≤n-2；如果所有时间间隔T的方差和所有时间间隔T的均值的比值≤0.2，则保留原有的时间间隔T，依次为T1，T2…，T(n-1)；
D、计算心率：其具体步骤如下：
D1、将步骤C1得到新的时间间隔T的取值范围分为长度为ΔT的M个等长区间[Ti,T(i+1)]，T(i+1)-Ti＝ΔT(1≤i≤m-1)，统计新的时间间隔T在区间[Ti,T(i+1)]上的频数，选取频数值最大的区间，求取该频数值最大区间中所有新的时间间隔T的平均值，记为Tm，即可根据如下公式计算出心率大小，心率＝1/Tm；
D2、将步骤C2得到的时间间隔T的取值范围分为长度为ΔT的M个等长区间[Ti,T(i+1)]，T(i+1)-Ti＝ΔT(1≤i≤m-1)，统计时间间隔T在区间[Ti,T(i+1)]上的频数，选取频数值最大的区间，求取该频数值最大区间中所有T的平均值，记为Tm，即可根据如下公式计算出心率大小，心率＝1/Tm。
本发明较现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
本发明方法统计了第一心音间隔的分布频数，可适用于第二心音缺失的情形，且即使存在噪音的导致心音分段错误，也会由于其频数较低而被忽略；本发明运算量小，是一种优良的快速心音实时心率计算方法。
附图说明
图1为本发明能同时检查到S1和S2的心音信号A的示意图；
图2为本发明仅检查到S1的心音信号A的示意图。
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
一种心音心率计算方法，其方法步骤如下：
A、心音数据准备：利用电子听诊器采集人体的心音信号A，对心音信号A截取时长为B的心音数据C，对心音数据C求绝对值得到数据D；
B、提取峰值点：从步骤A所得的数据D中提取峰值最大的N个峰值点，相邻两个峰值点间距时间间隔应大于E，E值为经验值，E的取值范围一般为0.05s～1s，优选E的取值范围为0.05s～0.2s，并得出N个峰值点所对应的时间t，依次为t1，t2…tn；
C、计算一个心跳周期时长：利用电子听诊器采集人体的心音信号A通常如图1和如图2所示两种模式，如图1所示的模式是能够检查到S1和S2的心音信号A，在该模式下能够同时检测出S1和S2。如图2所示的模式仅能检查到S1的心音信号A，在该模式下仅能检测出S1。如图1所示，一个心跳周期就会出现两个峰值点，一个为S1的峰值点，另一个为S2的峰值点；如图2所示，此时，一个心跳周期就会出现一个峰值点，其具体步骤如下：
C1、计算相邻两个峰值点的时间t值之间的时间间隔T，得到时间间隔T1，T2…Ti，T(n-1),其中Ti＝t(i+1)-ti，式中1≤i≤n-1；如果所有时间间隔T的方差和所有时间间隔T的均值的比值>0.2(即如图1所示能同时检查到S1和S2的心音信号A进行上述步骤后得到比值就大于0.2)，如图1所示，一个心跳周期就会出现两个峰值点，一个为S1的峰值点，另一个为S2的峰值点，相邻两个时间间隔T就会出现一长一短的情况，则将相邻两个时间间隔T值相加作为新的时间间隔T值(本实施例用Tx表示新的时间间隔T值)，这样将相邻两个时间间隔T值相加所得到的新的时间间隔Tx就是一个心跳周期的时间间隔，此时新的时间间隔Tx值数量为n-2个，分别为Tx1，Tx2，Tx3…Tx(n-2)，其中，Tx1＝(T1+T2)，Tx2＝(T2+T3)，Tx3＝(T3+T4)，…，Tx(i-2)＝(T(i-2)+T(i-1))，T x(n-2)＝(T x(n-2)+T x(n-1))，
C2、计算相邻两个峰值点的时间t值之间的时间间隔T，得到时间间隔T1，T2…Ti，T(n-1),其中Ti＝t(i+1)-ti，式中1≤i≤n-2；如果所有时间间隔T的方差和所有时间间隔T的均值的比值≤0.2(即如图2所示仅能检查到S1的心音信号A进行上述步骤后得到比值就小于等于0.2)，如图2所示，一个心跳周期就会出现一个峰值点，此峰值点为S1的峰值点，此时相邻两个峰值点的时间间隔就正好是一个心跳周期的时间间隔，于是保留原有的时间间隔T，依次为T1，T2…，T(n-1)；
D、计算心率：其具体步骤如下：
D1、将步骤C1得到新的时间间隔Tx的取值范围分为长度为ΔT的M个等长区间[Txi,Tx(i+1)]，Tx(i+1)-Txi＝ΔT(1≤i≤m-1)，统计新的时间间隔Tx在区间[Txi,Tx(i+1)]上的频数，选取频数值最大的区间，求取该频数值最大区间中所有Tx的平均值，记为Tm，即可根据如下公式计算出心率大小，心率＝1/Tm；
D2、将步骤C2得到的时间间隔T的取值范围分为长度为ΔT的M个等长区间[Ti,T(i+1)]，T(i+1)-Ti＝ΔT(1≤i≤m-1)，统计时间间隔T在区间[Ti,T(i+1)]上的频数，选取频数值最大的区间，求取该频数值最大区间中所有T的平均值，记为Tm，即可根据如下公式计算出心率大小，心率＝1/Tm。
根据本发明思想，本实施以如下具体实施例来进一步详细说明：
一种基于心音信号的心率计算方法，其方法步骤如下：
步骤A、心音数据准备：利用电子听诊器采集人体的心音信号A，对心音信号A截取时长为10秒的心音数据C，对心音数据C求绝对值得到数据D；
步骤B、提取峰值点：从步骤A所得的数据D中提取峰值最大的40个峰值点，相邻两个峰值点间距时间间隔应大于0.1秒，并得出40个峰值点所对应的时间t，依次为t1，t2…t40；
步骤C、计算40个峰值点的相邻两个峰值点的时间间距：其具体步骤如下：
C1、计算相邻两个时间t(40个峰值点所对应的时间t依次为t1，t2…t40)之间的时间间隔T，得到时间间隔T1，T2…Ti，T39,其中Ti＝t(i+1)-ti，式中1≤i≤n-1；这样就可以依次得到39个时间间隔T，得到时间间隔依次为T1，T2…Ti，T39，其中T1＝t2-t1,T2＝t3-t2,T3＝t4-t3…T39＝t40-t39。如果所有时间间隔T的方差和所有时间间隔T的均值的比值>0.2，即39个时间间隔T的方差和39个时间间隔T的均值的比值>0.2，则将相邻两个时间间隔T值相加作为新的时间间隔T值(本实施例用Tx表示新的时间间隔T值)，此时新的时间间隔Tx值数量为38个，分别为Tx1，Tx2，Tx3…Tx38，其中，Tx1＝(T1+T2)，Tx2＝(T2+T3)，Tx3＝(T3+T4)，…，Tx(i-2)＝(T(i-2)+T(i-1))，Tx38＝(T38+T39)；
C2、计算相邻两个时间t值之间的时间间隔T，得到时间间隔T1，T2…Ti，T(n-1),其中Ti＝t(i+1)-ti，式中1≤i≤n-2；如果所有时间间隔T的方差和所有时间间隔T的均值的比值≤0.2，则保留原有的时间间隔T，依次为T1，T2…，T(n-1)；
D、计算心率：其具体步骤如下：
D1、将步骤C1得到新的时间间隔Tx的取值范围分为长度为ΔT的M个等长区间[Txi,Tx(i+1)]，Tx(i+1)-Txi＝ΔT(1≤i≤m-1)，统计新的时间间隔Tx在区间[Txi,Tx(i+1)]上的频数，选取频数值最大的区间，求取该频数值最大区间中所有Tx的平均值，记为Tm，即可根据如下公式计算出心率大小，心率＝1/Tm
D2、将步骤C2得到的时间间隔T的取值范围分为长度为ΔT的M个等长区间[Ti,T(i+1)]，T(i+1)-Ti＝ΔT(1≤i≤m-1)，统计时间间隔T在区间[Ti,T(i+1)]上的频数，选取频数值最大的区间，求取该频数值最大区间中所有T的平均值，记为Tm，即可根据如下公式计算出心率大小，心率＝1/Tm。
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 (1)

1.一种心音心率计算方法，其特征在于：其方法步骤如下：
A、心音数据准备：利用电子听诊器采集人体的心音信号A，对心音信号A截取时长为B的心音数据C，对心音数据C求绝对值得到数据D；
B、提取峰值点：从步骤A所得的数据D中提取峰值最大的N个峰值点，相邻两个峰值点间距时间间隔应大于E，并得出N个峰值点所对应的时间t，依次为t1，t2…tn；
C、计算一个心跳周期时长：其具体步骤如下：
C1、计算相邻两个时间t值之间的时间间隔T，得到时间间隔T1，T2…Ti，T(n-1),其中Ti＝t(i+1)-ti，式中1≤i≤n-1；如果所有时间间隔T的方差和所有时间间隔T的均值的比值>0.2，则将相邻两个时间间隔T值相加作为新的时间间隔T’值，此时新时间间隔T’值数量为n-2个，分别为(T1+T2)，(T2+T3)，(T3+T4)…(T(n-2)+T(n-1))；
C2、计算相邻两个时间t值之间的时间间隔T，得到时间间隔T1，T2…Ti，T(n-1),其中Ti＝t(i+1)-ti，式中1≤i≤n-1；如果所有时间间隔T的方差和所有时间间隔T的均值的比值≤0.2，则保留原有的时间间隔T，依次为T1，T2…，T(n-1)；
D、计算心率：其具体步骤如下：
D1、将步骤C1得到新的时间间隔T’的取值范围分为长度为ΔT的m个等长区间[T’i,T’(i+1)]，T’(i+1)-T’i＝ΔT(1≤i≤m-1)，统计新的时间间隔T’在区间[T’i,T’(i+1)]上的频数，选取频数值最大的区间，求取该频数值最大区间中所有新的时间间隔T’的平均值，记为T’m，即可根据如下公式计算出心率大小，心率＝1/T’m；
D2、将步骤C2得到的时间间隔T的取值范围分为长度为ΔT的m个等长区间[Ti,T(i+1)]，T(i+1)-Ti＝ΔT(1≤i≤m-1)，统计时间间隔T在区间[Ti,T(i+1)]上的频数，选取频数值最大的区间，求取该频数值最大区间中所有T的平均值，记为Tm，即可根据如下公式计算出心率大小，心率＝1/Tm。
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