CN110123371A - 第二心音部分缺失心音信号的心率计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种第二心音部分缺失心音信号的心率计算方法，包括以下步骤：对采集的心音信号进行滤波去噪；对滤波去噪后的心音信号进行二值化处理；根据二值化处理结果分别提取第一心音S1和第二心音S2位于波峰处的坐标位置，并将两个相邻周期第一心音S1和第二心音S2坐标位置依次记为S1、S2和临S1、临S2；计算第二心音部分缺失情形下的心率，遍历完整个心音信号，得到了一系列可信的S1的坐标位置，根据公式R＝60*f/(临S1‑S1)，计算出该心音信号的实时心率。本发明对第二心音部分缺失这种情况的非规则信号进行分段，每个分段为一个心音周期，通过多次校正，最后筛选出正确的心音周期，并基于此计算心率。

Description

第二心音部分缺失心音信号的心率计算方法

技术领域

本发明涉及信号处理技术领域，特别是一种第二心音部分缺失心音信号的心率计算方法。

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。心音信号作为一种不稳定的周期循环信号，将其正确分段就能获得独立的周期，从而快速计算出心率，便于进行进一步的分析识别。

常规采集到的心音信号一般包含第一心音(S1)和第二心音(S2)，当前第一心音的时刻到下一个第一心音(临S1)的时刻间距称为一个心音周期。目前大多数技术方案对心音的分段分析都是建立在这种常规模式下的，但是心音的类型不局限于这一种，有一些非规则的心音类型也很常见，如果能对非规则心音进行正确的分段，会对心音信号处理识别的准确率有很大提高，对后续的分析意义重大。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种第二心音部分缺失心音信号的心率计算方法，本发明对第二心音部分缺失这种情况的非规则信号进行分段，每个分段为一个心音周期，通过多次校正，最后筛选出正确的心音周期，并基于此计算心率。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种第二心音部分缺失心音信号的心率计算方法，包括以下步骤：

步骤1、对采集的心音信号进行滤波去噪；

步骤2、对滤波去噪后的心音信号进行二值化处理；

步骤3、根据二值化处理结果分别提取第一心音S1和第二心音S2位于波峰处的坐标位置，并将两个相邻周期第一心音S1和第二心音S2坐标位置依次记为S1、S2和临S1、临S2；

步骤4、计算第二心音部分缺失情形下的心率，具体包括以下步骤：

步骤4.1、计算心率R1，R1＝60*f/(临S1-S1),f为心音信号的采样频率；

步骤4.2、计算代表S1到S2时间间隔的参数r11，r11＝S2-S1；

步骤4.3、计算代表S2到相邻下一个周期临S1时间间隔的参数r12，r12＝临S1–S2；

步骤4.4、如果心率R1在[30,240]的范围内，且r11<r12,则把当前的第二个周期记为第一个周期，跟第二个周期相邻的第三个周期作为第二个周期，重复步骤4.1，计算出心率R2；

步骤4.5、判定第一心音S1、第二心音S2是否有缺失，具体包括：

①如果|R1–R2|/(R1+R2)<THres,THres为经验阈值，则判定这三个连续的周期的第一心音S1以及第二心音S2均存在，将这三个连续的周期的坐标位置S1保存在数组中；

②如果R2在[30,240]的范围内，且R1<R2,又|2*R1–R2|/(2*R1+R2)<THres，则判定第一个周期的第二心音S2缺失，第二个周期的第二心音S2没缺失，将第二个周期及第三个周期的坐标位置S1保存在数组中，

③如果R2在[30,240]的范围内，且R1>R2,又|R1–2*R2|/(R1+2*R2)<THres，则判定第一个周期的第二心音S2没缺失，第二个周期的第二心音S2缺失，将第一周期及第二个周期的坐标位置S1保存在数组中；

④如果不属于②和③的情形，且R1<R2，则判定第三个周期的第一心音S1位置错误，舍弃当前的坐标位置S1，向后一个周期顺延一个点，作为第三个周期的第一心音S1，重新计算R2，并根据重新计算的R2重复①-③，将符合要求的坐标位置S1保存在数组中；

⑤如果不属于②和③的情形，且R1>R2，则判定第三个周期的第一心音S1位置错误，舍弃当前的坐标位置S1，向前一个周期顺延一个点，作为第三个周期的第一心音S1，重新计算R2，并根据重新计算的R2重复①-③，将符合要求的坐标位置S1保存在数组中；

步骤5、重复步骤3-步骤4，遍历完整个心音信号，则步骤4.5的数组中得到了一系列可信的坐标位置S1，根据公式R＝60*f/(临S1-S1)，计算出该心音信号的实时心率。

作为一种优选的实施方式，步骤2中的二值化处理具体包括以下步骤：

步骤2.1、将滤波去噪后的心音信号取绝对值，然后计算其平均幅值m；

步骤2.2、根据平均幅值m，计算阈值T1＝m*(2-M/N),其中M为该段信号中幅值大于m的数据长度，N为该段信号的数据长度；

步骤2.3、将信号幅值小于阈值T1的点剔除，其他值保留，并取平均值后得到阈值T2。

作为另一种优选的实施方式，步骤3具体如下：

用60ms的步长，依次判定大于阈值T2的点位置，完成峰区域的搜索，对搜索到的每个区域求最大值，得到第一心音S1和第二心音S2的波峰位置。

作为另一种优选的实施方式，所述的经验阈值THres的取值为0.15。

本发明的有益效果是：通过本申请的技术方案可以准确的获得第二心音部分缺失的心音信号对应的心率，相较常规的心音信号处理及心率计算方法，本申请的技术方案对心音信号处理识别的准确率有很大提高，对后续的进一步分析意义重大。

附图说明

图1为本发明实施例正常心音信号示意图；

图2为本发明实施例第二心音部分缺失心音信号示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

实施例

正常心音信号的示意图如图1所示，第二心音部分缺失心音信号的示意图如图2所示，本实施例提出一种针对如图2所示的第二心音部分缺失心音信号的心率计算方法，对非规则信号进行分段，每个分段为一个心音周期，通过多次校正，最后筛选出正确的心音周期，并基于此计算心率，用于计算心率与后续分析，具体包括以下步骤：

1、对获得心音信号进行滤波去噪。

2、对滤波去噪后的心音信号进行二值化处理：

1).将心音信号取绝对值，然后计算其平均幅值m；

2).根据平均幅值m，计算阈值T1＝m*(2-M/N),其中M为该段信号中幅值大于m的数据长度，N为该段信号的数据长度；

3).将信号幅值小于阈值T1的点剔除，其他值保留，并取平均值，得到阈值T2。

3、提取第一心音(S1)和第二心音(S2)的坐标位置。

1).第一心音S1、第二心音S2的位置坐标属于波峰位置，用60ms的步长，依次判定大于阈值T2的点的位置，完成这些峰区域的搜索；

2).对搜索到的每个区域求最大值，得到第一心音S1和第二心音S2的波峰的坐标位置，依次存储在数组a中；

4、计算第二心音部分缺失情形下的心率。

1).正常情况下，数组a中存储的数据依次是第一心音S1、第二心音S2的位置，以及下一周期的第一心音S1、第二心音S2的位置，直到最后一个周期。为了方便公式计算，本实施例先把提取前后两个相邻周期的这些位置坐标参数依次记为S1、S2和临S1、临S2，这些点的位置也分别对应数组a中的a[1]、a[2]、a[3]、a[4]。

2).计算心率R1＝60*f/(临S1-S1),f为信号的采样频率；

3).计算参数r11，代表第一心音S1到第二心音S2的时间间隔，r11＝S2-S1；

4).计算参数r12,代表第二心音S2到下一个相邻第一心音S1的时间间隔，r12＝临S1–S2；

5).判定第一心音S1、第二心音S2是否有缺失：如果算得的心率R1在[30,240]的范围内，且r11<r12,则把当前的第二个周期记为第一个周期，跟第二周期相邻的第三个周期作为第二个周期，重复步骤2)-4)，又得出一个心率值R2；存在以下几种情形：

A1.如果|R1–R2|/(R1+R2)<THres,THres为经验阈值，本实施例设定为0.15，则判定这3个周期的第一心音S1以及第二心音S2均存在，将这连续3个周期的坐标位置S1保存在新的数组b中。

A2.反之，如果R2在[30,240]的范围内，且R1<R2,又|2*R1–R2|/(2*R1+R2)<THres，则判定第一个周期的第二心音S2缺失，第二个周期的第二心音S2没缺失，将第二个周期及第三个周期的坐标位置S1保存在数组b中。

A3.反之，如果R1>R2,且|R1–2*R2|/(R1+2*R2)<THres，则判定第一个周期的第二心音S2没缺失，第二个周期的第二心音S2缺失，将第一个周期及第二个周期的坐标位置S1保存在数组b中。

A4.反之，如果不属于以上两种情形，且R1<R2，则可能是第三个周期的第一心音S1位置错误，舍弃当前坐标位置的S1，向后顺延一个点，作为第三个周期的坐标位置S1，并重新计算R2的值，重复步骤A1-A3,将符合要求的坐标位置S1保存在数组b中。

A5.反之，如果不属于A2、A3的情形，且R1>R2,则可能是第三个周期的第一心音S1位置错误，舍弃当前坐标位置的S1，向前顺延一个点，作为第三个周期的坐标位置S1，并重新计算R2的值，重复步骤A1-A3,将符合要求的坐标位置S1保存在数组b中。

如此遍历完整个信号，就得出了一系列比较可信的S1的坐标位置，心率R＝60*f/(临S1-S1)，就算出该信号的实时心率。

以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种第二心音部分缺失心音信号的心率计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、对采集的心音信号进行滤波去噪；

步骤2、对滤波去噪后的心音信号进行二值化处理；

步骤3、根据二值化处理结果分别提取第一心音S1和第二心音S2位于波峰处的坐标位置，并将两个相邻周期第一心音S1和第二心音S2坐标位置依次记为S1、S2和临S1、临S2；

步骤4、计算第二心音部分缺失情形下的心率，具体包括以下步骤：

步骤4.1、计算心率R1，R1＝60*f/(临S1-S1),f为心音信号的采样频率；

步骤4.2、计算代表S1到S2时间间隔的参数r11，r11＝S2-S1；

步骤4.3、计算代表S2到相邻下一个周期临S1时间间隔的参数r12，r12＝临S1–S2；

步骤4.4、如果心率R1在[30,240]的范围内，且r11<r12,则把当前的第二个周期记为第一个周期，跟第二个周期相邻的第三个周期作为第二个周期，重复步骤4.1，计算出心率R2；

步骤4.5、判定第一心音S1、第二心音S2是否有缺失，具体包括：

①、如果|R1–R2|/(R1+R2)<THres,THres为经验阈值，则判定这三个连续的周期的第一心音S1以及第二心音S2均存在，将这三个连续的周期的坐标位置S1保存在数组中；

②、如果R2在[30,240]的范围内，且R1<R2,又|2*R1–R2|/(2*R1+R2)<THres，则判定第一个周期的第二心音S2缺失，第二个周期的第二心音S2没缺失，将第二个周期及第三个周期的坐标位置S1保存在数组中，

③、如果R2在[30,240]的范围内，且R1>R2,又|R1–2*R2|/(R1+2*R2)<THres，则判定第一个周期的第二心音S2没缺失，第二个周期的第二心音S2缺失，将第一周期及第二个周期的坐标位置S1保存在数组中；

④、如果不属于②和③的情形，且R1<R2，则判定第三个周期的第一心音S1位置错误，舍弃当前的坐标位置S1，向后一个周期顺延一个点，作为第三个周期的第一心音S1，重新计算R2，并根据重新计算的R2重复①-③，将符合要求的坐标位置S1保存在数组中；

⑤、如果不属于②和③的情形，且R1>R2，则判定第三个周期的第一心音S1位置错误，舍弃当前的坐标位置S1，向前一个周期顺延一个点，作为第三个周期的第一心音S1，重新计算R2，并根据重新计算的R2重复①-③，将符合要求的坐标位置S1保存在数组中；

步骤5、重复步骤3-步骤4，遍历完整个心音信号，则步骤4.5的数组中得到了一系列可信的坐标位置S1，根据公式R＝60*f/(临S1-S1)，计算出该心音信号的实时心率。

2.根据权利要求1所述的第二心音部分缺失心音信号的心率计算方法，其特征在于，步骤2中的二值化处理具体包括以下步骤：

步骤2.1、将滤波去噪后的心音信号取绝对值，然后计算其平均幅值m；

步骤2.2、根据平均幅值m，计算阈值T1＝m*(2-M/N),其中M为该段信号中幅值大于m的数据长度，N为该段信号的数据长度；

步骤2.3、将信号幅值小于阈值T1的点剔除，其他值保留，并取平均值后得到阈值T2。

3.根据权利要求2所述的第二心音部分缺失心音信号的心率计算方法，其特征在于，步骤3具体如下：

用60ms的步长，依次判定大于阈值T2的点位置，完成峰区域的搜索，对搜索到的每个区域求最大值，得到第一心音S1和第二心音S2的波峰位置。

4.根据权利要求1所述的第二心音部分缺失心音信号的心率计算方法，其特征在于，所述的经验阈值THres的取值为0.15。