CN111714150B - 一种心音信号的评估采集方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种心音信号的评估采集方法，其方法包括：将采样得到的心音信号进行频带拆分得到对应的拆分结果；将拆分结果进行积分计算得到输出信号在预设长度窗口内的能量值；根据各能量值和预设约束条件计算得到所述心音信号的质量分数，在质量分数合格时采集合格的心音信号。本发明便于用户实时的了解到心音信号的采集质量，及时的调整心音信号采集位置或环境，以此来提高心音信号的采集质量。

Description

一种心音信号的评估采集方法

技术领域

本发明涉及心音采集技术领域，尤指一种心音信号的评估采集方法。

背景技术

心音是由于心肌收缩、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，是人体最重要的生理信号之一，一般用听诊器在胸壁一定的部位进行听取，还可以用电子听诊器，对心音信号进行采集，将心音信号转换成数字音频信号进行保存，从而可以反复的听取心音音频，以此来提高病理心音信号的判断效率。

在现有的技术中，心音信号的采集质量，很容易受到外界的干扰，无法实时的得知心音信号的质量，从而容易导致采集到的心音信号质量不佳，对后期心音信号的处理造成了一定的影响。由于需要对不同的听诊区的心音信号进行采集，未放置在正确听诊区很容易导致采集到的心音信号强度较小，影响后期对病理心音信号的判断。

发明内容

本发明的目的是提供一种心音信号的评估采集方法，实现便于用户实时的了解到心音信号的采集质量，及时的调整心音信号采集位置或环境，以此来提高心音信号的采集质量。

本发明提供的技术方案如下：

本发明提供一种心音信号评估方法，包括步骤：

将采样得到的心音信号进行频带拆分得到对应的拆分结果；

将拆分结果进行积分计算得到输出信号在预设长度窗口内的能量值；

根据各能量值和预设约束条件计算得到所述心音信号的质量分数，在质量分数合格时采集合格的心音信号。

进一步的，所述将采样得到的心音信号进行频带拆分得到对应的拆分结果包括步骤：

获取当前听诊区所对应的心音信号；

将所述心音信号进行频带拆分得到对应的拆分结果，并获得拆分后的信号幅度。

进一步的，所述获取当前听诊区所对应的心音信号包括步骤：

采集当前听诊区所对应的原始心音信号；

对采集到的原始心音信号进行预处理得到所述心音信号。

进一步的，所述对采集到的原始心音信号进行预处理得到所述心音信号包括步骤：

对采集到的原始心音信号进行放大处理，后对放大后的原始心音信号进行滤波处理；

对放大滤波后的原始心音信号进行数模转换为数字的心音信号。

进一步的，所述将拆分结果进行积分计算得到输出信号在预设长度窗口内的能量值包括步骤：

根据预设长度窗口、所述信号幅度代入下列能量运算公式中，计算得到依次经低通、带通及高通滤波器滤波后的输出信号对应的低通能量值、带通能量值以及高通能量值；

其中，K为预设长度窗口，x_fl{k}，x_fb{k}，x_fh{k}分别表示心音信号的第k个采样点依次经低通、带通及高通滤波器滤波后的输出信号的信号幅度，E_fl为低通能量值，E_fb为带通能量值，E_fh为高通能量值。

进一步的，所述根据各能量值和预设约束条件计算得到所述心音信号的质量分数，在质量分数合格时采集合格的心音信号包括步骤：

根据所述低通能量值、带通能量值以及高通能量值，代入下列分值运算公式中计算得到当前听诊区的心音信号的基础分；

根据所述基础分和预设约束条件，代入下列心音评估公式计算得到各听诊区分别对应心音信号的质量分数；

score_total＝score*α*β

其中，score为基础分，score_total为心音信号的质量分数，α为第一约束项，β为第二约束项；

根据所述心音信号的质量分数采集所述当前听诊区处合格的心音信号。

进一步的，所述根据所述心音信号的质量分数采集所述当前听诊区处合格的心音信号包括步骤：

若当前听诊区对应心音信号的质量分数达到预设阈值，对所述当前听诊区的心音信号进行预设时长的采集，并根据预设采集顺序切换至下一听诊区进行信号采集和质量评估，直至完成所有听诊区的心音信号采集和质量评估为止；

若当前听诊区对应心音信号的质量分数未达到预设阈值，调整对所述当前听诊区的心音信号的采集状态，直至质量分数达到预设阈值为止；

其中，听诊区的预设采集顺序依次排列如下：二尖瓣听诊区，肺动脉瓣听诊区，主动脉瓣听诊区，主动脉瓣第二听诊区，三尖瓣听诊区。

进一步的，所述根据所述基础分和预设约束条件，代入下列心音评估公式计算得到各听诊区分别对应心音信号的质量分数之后包括步骤：

根据五个听诊区分别对应的质量分数代入下列综合评估公式计算得到心音信号的综合质量分数；

其中P为听诊区的总个数，Q为单个听诊区生成的质量分数的数量，θ_{m(m＝1,2,3，…，P)}为各听诊区的分数权重值，∑θ_m＝1，其中score_total1为尖瓣听诊区的心音信号的质量分数，score_total2为肺动脉瓣听诊区的心音信号的质量分数，score_total3为主动脉瓣听诊区的心音信号的质量分数，score_total4为主动脉瓣第二听诊区的心音信号的质量分数，score_total5为三尖瓣听诊区的心音信号的质量分数，m和n均为听诊区的序号。

通过本发明提供的一种心音信号的评估采集方法，能够便于用户实时的了解到心音信号的采集质量，及时的调整心音信号采集位置或环境，以此来提高心音信号的采集质量。

附图说明

下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对一种心音信号的评估采集方法的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。

图1是本发明一种心音信号的评估采集方法的一个实施例的流程图；

图2是本发明一种心音信号的评估采集方法的另一个实施例的流程图；

图3是本发明一种心音信号的评估采集方法的另一个实施例的流程图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其他实施例中也可以实现本申请。在其他情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所述描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或集合的存在或添加。

为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。

还应当进一步理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

另外，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

本发明的一个实施例，如图1所示，一种心音信号的评估采集方法，包括：

S1000将采样得到的心音信号进行频带拆分得到对应的拆分结果；

S2000将拆分结果进行积分计算得到输出信号在预设长度窗口内的能量值；

S3000根据各能量值和预设约束条件计算得到心音信号的质量分数，在质量分数合格时采集合格的心音信号。

具体的，系统将采样得到的心音信号通过滤波器进行频带拆分得到对应的拆分结果，然后，通过积分计算和设定的预设约束条件计算得到心音信号的质量分数，用以告知用户采集到的心音质量。

本发明的一个实施例，如图2所示，一种心音信号的评估采集方法，包括：

S1100获取当前听诊区所对应的心音信号；

具体的，听诊区选择为五个，分别为：二尖瓣听诊区、肺动脉瓣听诊区、主动脉瓣听诊区、主动脉瓣第二听诊区、三尖瓣听诊区，并且采集各听诊区的心音信号时，采用电子听诊器分别依次采集五个听诊区的心音，避免最后呈现的心音图谱是连续的，分别依次采集五个听诊区的心音能够使得分割出的心动周期间隔明显，有利于利于医生观察，标注。

S1200将心音信号进行频带拆分得到对应的拆分结果，并获得拆分后的信号幅度；

具体的，将心音信号分别经过低通滤波器，带通滤波器，高通IIR滤波器进行频带拆分得到对应的拆分结果，以及心音信号的第k个采样点经低通滤波器、带通滤波器及高通滤波器输出的信号幅度。

低通滤波器的截止频率包括通带上限截止频率和阻带下限截止频率，此处采用通带上限截止频率为20Hz的低通滤波器。

带通滤波器的截止频率包括通带下限截止频率和通带上限截止频率，此处采用通带下限截止频率为20Hz，通带上限截止频率为500Hz的带通滤波器。

高通滤波器的截止频率包括通带下限截止频率和阻带上限截止频率，此处采用通带下限截止频率为500Hz的高通滤波器。

S2000将拆分结果进行积分计算得到输出信号在预设长度窗口内的能量值；

S3000根据各能量值和预设约束条件计算得到心音信号的质量分数，在质量分数合格时采集合格的心音信号。

具体的，系统将采样得到的心音信号通过滤波器进行频带拆分得到对应的拆分结果，然后，通过积分计算和设定的预设约束条件计算得到心音信号的质量分数，用以告知用户采集到的心音质量。优选的，为了进一步的方便用户得知心音质量，系统还可以根据计算得到的心音信号的质量分数进行等级划分，等级越高心音质量越高，这样，可以方便用户可以只根据心音质量等级就可以获知心音信号的质量，从而调整姿态、采集位置和采集环境，以便提高心音信号的采集质量。

本发明的一个实施例，如图3所示，一种心音信号的评估采集方法，包括：

S1110采集当前听诊区所对应的原始心音信号；

S1120对采集到的原始心音信号进行预处理得到心音信号；

S1120对采集到的原始心音信号进行预处理得到心音信号包括步骤：

S1121对采集到的原始心音信号进行放大处理，后对放大后的原始心音信号进行滤波处理；

S1122对放大滤波后的原始心音信号进行数模转换为数字的心音信号；

具体的，使用压电式传感器采集当前听诊区所对应的原始心音信号，系统将当前听诊区所对应的原始心音信号，通过运算放大器或者运算放大电路进行放大处理，然后，对放大后的原始心音信号采用带通滤波去除其中的低频杂音和高频干扰。最后，将放大以及滤波处理后的原始心音信号通过音频处理芯片进行模数转换，将信号类型为模拟信号的原始心音信号转换为数字信号类型的心音信号。

S1200将心音信号进行频带拆分得到对应的拆分结果，并获得拆分后的信号幅度；

S2100根据预设长度窗口、信号幅度代入下列能量运算公式中，计算得到依次经低通、带通及高通滤波器滤波后的输出信号对应的低通能量值、带通能量值以及高通能量值；

其中，K为预设长度窗口，x_fl{k}，x_fb{k}，x_fh{k}分别表示心音信号的第k个采样点依次经低通、带通及高通滤波器滤波后的输出信号的信号幅度，E_fl为低通能量值，E_fb为带通能量值，E_fh为高通能量值；

S3100根据低通能量值、带通能量值以及高通能量值，代入下列分值运算公式中计算得到当前听诊区的心音信号的基础分；

S3200根据基础分和预设约束条件，代入下列心音评估公式计算得到各听诊区分别对应心音信号的质量分数；

score_total＝score*α*β

其中，score为基础分，score_total为心音信号的质量分数，α为第一约束项，β为第二约束项。

具体的，考虑如果可用频带信号能量足够微弱，以至于小于阈值Th1此时可认为信号质量欠佳，设定约束项α，第一约束项α的计算公式为：

其中，E_fb为带通能量值，Th1为预设阈值。

考虑心音信号形态。如果在特定时长T(如T＝2s)内，检测出现异常包络信号将被认为信号受到污染。有效心音频段信号x_fb进行差分求出信号的变化率，心音形态包络的计算公式为：

然后根据时长T对信号进行分帧处理，在时长T内对fd(n)进行希尔伯特变换求出曲线包络的计算公式为：

其中，符号*表示卷积，abs()表示求绝对值；

通过上式可以得到心音信号的包络信号，然后对得到的包络信号进行双门限端点检测并求出脉冲个数N，及各脉冲信号的宽度及幅值。对信号进行双门限端点检测法，双门限端点检测法利用短时能量公式计算得到上限，并利用短时过零率公式计算得到设置下限；

短时能量的计算公式为：

短时过零率的计算公式为：

其中，m和n均为听诊区的序号。

根据脉冲信号窗口的宽度，及脉宽的能量等确定正常心音信号段，具体正常心音的判别准则如下：心音脉冲宽度应该介于0.08～0.2S之间，即正常心音信号的持续时间，且心音脉冲窗口的能量应该大于阈值Th1；

根据以上准则统计帧长T内正常心音信号的脉冲个数n1，则可得到约束项β：

其中，E_fb为带通能量值，n1为正常心音信号的脉冲个数，N为心音信号的脉冲个数。

S3300根据心音信号的质量分数采集当前听诊区处合格的心音信号；

S3310若当前听诊区对应心音信号的质量分数达到预设阈值，对当前听诊区的心音信号进行预设时长的采集，并根据预设采集顺序切换至下一听诊区进行信号采集和质量评估，直至完成所有听诊区的心音信号采集和质量评估为止；

S3320若当前听诊区对应心音信号的质量分数未达到预设阈值，调整对当前听诊区的心音信号的采集状态，直至质量分数达到预设阈值为止；

其中，五个听诊区的预设采集顺序依次排列如下：二尖瓣听诊区，肺动脉瓣听诊区，主动脉瓣听诊区，主动脉瓣第二听诊区，三尖瓣听诊区；

具体的，语音引导模块通过语音播报和屏幕显示的方式，提示五个听诊区的预设采集顺序，预设采集顺序依次为：二尖瓣听诊区＞肺动脉瓣听诊区＞主动脉瓣听诊区＞主动脉瓣第二听诊区＞三尖瓣听诊区。当使用压电传感器按照预设采集顺序对当前听诊区进行心音信号采集后，系统需要接收到确认指令，才能按照预设采集顺序切换提示采集下一个听诊区的信号信号，然后在对下一个听诊区的心音信号进行质量评估，如此反复，直至按照预设采集顺序完成所有听诊区的心音信号采集和质量评估为止。

其中，通过语音播报和屏幕显示的方式，实时反馈计算的得到的当前听诊区对应心音信号的质量分数。如果当前听诊区对应心音信号的质量分数达到预设阈值，那么，此时系统会发出控制指令至压电式传感器，以便压电式传感器对当前听诊区进行长达预设时长的心音信号的采集，然后，系统通过语音引导模块按照预设采集顺序，提示用户调整压电式传感器的采集位置以便采集下一听诊区的心音信号，系统再参照上述方式对下一听诊区的心音信号进行质量评估，计算得到下一听诊区的心音信号的质量分数。如果当前听诊区对应心音信号的质量分数未达到预设阈值，则系统通过语音引导模块提示用户调整对当前听诊区的心音信号的采集状态(例如采集位置、采集环境等等)，通过上述方式重新对当前听诊区的心音信号进行质量评估，直至质量分数达到预设阈值为止才切换采集下一听诊区的心音信号。

优选的，对心音信号的质量分数达到预设阈值的心音信号所对应的心音音频一方面储存到flash以便存档，另一方面通过耳机输出给医生，以便辅助医师判断心音的正异常情况。

S4000根据五个听诊区分别对应的质量分数代入下列综合评估公式计算得到心音信号的综合质量分数；

其中P为听诊区的总个数，Q为单个听诊区生成的质量分数的数量，θ_{m(m＝1,2,3，…，P)}为各听诊区的分数权重值，∑θ_m＝1，其中score_total1为尖瓣听诊区的心音信号的质量分数，score_total2为肺动脉瓣听诊区的心音信号的质量分数，score_total3为主动脉瓣听诊区的心音信号的质量分数，score_total4为主动脉瓣第二听诊区的心音信号的质量分数，score_total5为三尖瓣听诊区的心音信号的质量分数，m和n均为听诊区的序号。

通过上述综合评估分数对之前计算获取的多个听诊区的心音信号的质量分数进行和值计算后，除以所获取听诊区的数量P得到心音信号的综合质量分数。

具体的，由于现有技术中用户采集心音信号时，很容易受到低频杂音和高频干扰，影响心音的采集质量，同时，用户无法实时得知采集到的心音信号质量是否合格。因此，本发明通过语音播报和屏幕显示的方式，按顺序依次提示心音信号采集的位置，并且在对心音信号进行采集的过程中，会通过提取心音信号实时的质量分数进行等级划分，便于用户实时的了解到心音信号的采集质量，及时的调整心音信号采集位置或环境，以此来提高心音信号的采集质量。示例性的，0<score_total≤0.7，心音信号质量为差，0.7<score_total≤0.9心音信号质量为一般，0.9<score_total≤1心音信号质量为好，假设设定心音信号质量为一般时确定心音质量合格。在确保当前听诊区(例如二尖瓣听诊区)的心音质量符合要求后，CPU需要接收到开始采集指令，才会对当前听诊区的心音信号进行15s的采集，待当前听诊区的心音信号采集完成后，CPU需要接收到确认指令，才能进行下一个听诊区(例如肺动脉瓣听诊区)的心音信号采集，从而提高了辨识心音信号的准确率，防止由于采集到的心音信号位置顺序不同或遗漏，从而避免采集到的心音信号不完整，保证了数据的一致性和心音信号的有效性，减少重新对心音信号进行采集次数，大大提升了所有听诊区的心音信号采集和评估的工作效率。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述或记载的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种心音信号的评估采集方法，其特征在于，包括步骤：

将采样得到的心音信号进行频带拆分得到对应的拆分结果和信号幅度；

将拆分结果进行积分计算得到输出信号在预设长度窗口内的能量值；

所述将拆分结果进行积分计算得到输出信号在预设长度窗口内的能量值包括步骤：

根据预设长度窗口、所述信号幅度代入下列能量运算公式中，计算得到依次经低通、带通及高通滤波器滤波后的输出信号对应的低通能量值、带通能量值以及高通能量值；

；

；

；

其中，K为预设长度窗口，

，

，

分别表示心音信号的第k个采样点依次经低通、带通及高通滤波器滤波后的输出信号的信号幅度，

为低通能量值，

为带通能量值，

为高通能量值；

根据各能量值和预设约束条件计算得到所述心音信号的质量分数，在质量分数合格时采集合格的心音信号；

所述根据各能量值和预设约束条件计算得到所述心音信号的质量分数包括步骤：

根据所述低通能量值、带通能量值以及高通能量值，代入下列分值运算公式中计算得到当前听诊区的心音信号的基础分；

根据所述基础分和预设约束条件，代入下列心音评估公式计算得到各听诊区分别对应心音信号的质量分数；

其中，

为基础分，

为心音信号的质量分数，

为第一约束项，

为第二约束项，所述第一约束项

的计算公式为：

；

其中，

为带通能量值，

为预设阈值；

所述第二约束项

的计算公式为：

；

其中，

为正常心音信号的脉冲个数，

为心音信号的脉冲个数；

根据所述心音信号的质量分数采集所述当前听诊区处合格的心音信号；

所述根据所述基础分和预设约束条件，代入下列心音评估公式计算得到各听诊区分别对应心音信号的质量分数之后包括步骤：

根据五个听诊区分别对应的质量分数代入下列综合评估公式计算得到心音信号的综合质量分数；

；

其中P为听诊区的总个数，Q为单个听诊区生成的质量分数的数量，

为各听诊区的分数权重值，

，其中

为尖瓣听诊区的心音信号的质量分数，

为肺动脉瓣听诊区的心音信号的质量分数，

为主动脉瓣听诊区的心音信号的质量分数，

为主动脉瓣第二听诊区的心音信号的质量分数，

为三尖瓣听诊区的心音信号的质量分数，m和

均为听诊区的序号。

2.根据权利要求1所述的心音信号的评估采集方法，其特征在于，所述将采样得到的心音信号进行频带拆分得到对应的拆分结果包括步骤：

获取当前听诊区所对应的心音信号；

将所述心音信号进行频带拆分得到对应的拆分结果，并获得拆分后的所述信号幅度。

3.根据权利要求2所述的心音信号的评估采集方法，其特征在于，所述获取当前听诊区所对应的心音信号包括步骤：

采集当前听诊区所对应的原始心音信号；

对采集到的原始心音信号进行预处理得到所述心音信号。

4.根据权利要求3所述的心音信号的评估采集方法，其特征在于，所述对采集到的原始心音信号进行预处理得到所述心音信号包括步骤：

对采集到的原始心音信号进行放大处理，后对放大后的原始心音信号进行滤波处理；

对放大滤波后的原始心音信号进行数模转换为数字的心音信号。

5.根据权利要求1所述的心音信号的评估采集方法，其特征在于，所述根据所述心音信号的质量分数采集所述当前听诊区处合格的心音信号包括步骤：

若当前听诊区对应心音信号的质量分数达到预设阈值，对所述当前听诊区的心音信号进行预设时长的采集，并根据预设采集顺序切换至下一听诊区进行信号采集和质量评估，直至完成所有听诊区的心音信号采集和质量评估为止；

若当前听诊区对应心音信号的质量分数未达到预设阈值，调整对所述当前听诊区的心音信号的采集状态，直至质量分数达到预设阈值为止；

其中，听诊区的预设采集顺序依次排列如下：二尖瓣听诊区，肺动脉瓣听诊区，主动脉瓣听诊区，主动脉瓣第二听诊区，三尖瓣听诊区。

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