CN112617887B - 用于安抚婴儿的母亲心音智能采集处理方法 - Google Patents

用于安抚婴儿的母亲心音智能采集处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供用于安抚婴儿的母亲心音智能采集处理方法，涉及智能采集领域。该用于安抚婴儿的母亲心音智能采集处理方法，包括以下步骤：S1.采集婴儿母亲的心音时，为了给婴儿母亲进行实时反馈，防止没采集到心音和噪音过大等情况的发生，采集同时进行分段处理；S2.对S1中心音片段进行滤波，去除高低频及工频干扰；S3.由于实时性和应用特性的要求，设计了一种实时心音识别方法，通过识别第一心音和第二心音，判别片段是否录制到心音，并标记无效的心音周期，S4.录音完成后，识别片段连接处的心音是否有效，并再次进行放大和滤波；S5.根据母亲心率计算心率异变率，判别婴儿母亲健康及情绪状态，心音表达是否对婴儿有利。协助母亲心音更好的进行表达。

Description

用于安抚婴儿的母亲心音智能采集处理方法
技术领域
本发明涉及智能采集技术领域，具体为用于安抚婴儿的母亲心音智能采集处理方法。
背景技术
我国二胎政策的开放使得母婴产品的需求增加，智能信息化时代的到来，使得人们日常产品科技化，家居产品智能化，婴儿的发育一般在6个月开始，孕妇腹中胎儿随着大脑的发育，对声音开始有感觉，能够听到母体传入的各种声音，特别是与他朝夕相伴的母亲的心音。据儿童心理学家的研究，这种有节奏的心音，能够使胎儿感到安全和自在，婴儿出世之后，对这种听惯了的心音仍然偏爱。研究发现母亲的心率音是新生儿在胎儿期间所熟悉的声音，当新生儿听到母亲的声音，就像他们在母体子宫里听到一样，新生儿的呼吸、心脏功能和喂养都会改善。
本文提出一种用于安抚婴儿的母亲心音智能采集处理方法，目的是为方便婴儿母亲自行录制安抚婴儿的心音音频。该方法为该应用的心音识别提供了一种方法，可实时处理心音噪音、心音遗漏、心音病理性杂音等问题，可识别母亲心音状态，协助母亲心音更好的进行表达。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了用于安抚婴儿的母亲心音智能采集处理方法，解决了母亲心音采集的问题。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：用于安抚婴儿的母亲心音智能采集处理方法，包括以下步骤：
S1.采集婴儿母亲的心音时，为了给婴儿母亲进行实时反馈，防止没采集到心音和噪音过大等情况的发生，采集同时进行分段处理；
S2.对S1中心音片段进行滤波，去除高低频及工频干扰；
S3.由于实时性和应用特性的要求，设计了一种线性心音识别方法，通过识别第一心音和第二心音，判别片段是否录制到心音，并标记无效的心音周期，并向用户进行反馈；
S4.录音完成后，识别片段连接处的心音是否有效，并再次进行放大和滤波；
S5.根据母亲心率计算心率异变率，判别婴儿母亲健康及情绪状态，心音表达是否对婴儿有利。
优选的，所述步骤S1中心音录制流程为：
S11.通过电子听诊器连接移动端设备采集婴儿母亲的心音；
S12.由于实时性的需要，录制心音的同时，将录音分段存入缓存，录音片段不小于3s，以保证每个片段都能采集到一个完整心音。
优选的，所述步骤S2中实时心音片段滤波流程为：
S21.由于考虑到该方法的实时性，因此不采用用时较长的快速傅里叶变换的方式滤波，将S12中片段用巴特沃斯滤高阶带通波器进行滤波；
S22.将S21中滤波完成的片段再进行50Hz陷波滤波。
优选的，所述步骤S3中实时心音片段有效性分析流程为：
S31.遍历S22中该段取得最大值，根据最大值与音频解析度动态范围最大值的比值对该段音频进行整体放大；
S32.将S31中离散波形点N1、N2、……、Nn求导，一阶离散导数为(N2-N1)、(N3-N2)、……、(Nn-Nn-1)；
S33.建立N1、N2、……、Nn二阶导数(N3+N1-2N2)、……、(Nn+Nn-2-2Nn-1)；
S34.对S33二阶导数(N3+N1-2N2)、……、(Nn+Nn-2-2Nn-1)进行归一化：(Ni+Ni-2-2Ni-1)绝对值大于为二阶导数均值赋值为1，否则赋值为0；得到N1、N2、……、Nn中的转折点，选取N1、N2、……、Nn最大值的1/2作为阈值筛选峰值P1、P2、……、Pm，其余转折点为Q1、Q2……、Qk；
S35.对峰值P1、P2、……、Pm再次进行判别，一阶导数(N2-N1)、(N3-N2)、……、(Nn-Nn-1)在峰值P1、P2、……、Pm前连续30个值大于等于0，在峰值后连续30个值小于等于0进行保留，否则将峰值点剔除；
S36.利用S35的方法对Q1、Q2……、Qk进行处理，结合一阶导数(N2-N1)、(N3-N2)、……、(Nn-Nn-1)，确定心音起始点和结束点；
S37.通过S36的心音起始点和结束点和S35的峰值点，检验峰值点是否都在第一心音和第二心音内，得到第一心音起起始点H1start，第一心音结束点H1stop，第二心音起起始点H2start，第二心音结束点H2stop；
S38.依次计算出出该片段中所有心率周期RR1、RR2、……、RRj，依次检验0.36s<RRi<1.66s，对无效的心音周期进行标记。
优选的，所述步骤S4中录音结束后，接缝处心音有效性识别、分解重组、滤波放大的流程：
S41.录音完成后，将S22中片段拼接成完整心音，并按照按心音周期剪切，将接缝处心音周期利用S36方法进行检测该周期是否为有效的心音周期；
S42.将S41心音片段剔除无效的心音，有效的心音片段分别按S31的方法进行自适应放大，完成后重新拼接为完整心音音频；
S43.将S42心音音频，在不是第一心音和第二心音的时域区间置零，进行滤波。
优选的，所述步骤S5中母亲心音状态识别流程：
S51.接下来通过该段心率判断当前母亲身体健康状况和情绪状态，来检验当前心音是否适合作为婴儿哄睡的心音音频；
S52.具体方法为计算该段心音的心率异变率中SDNN和LF/HF，将心率周期RR1、RR2、……、RRj带入计算公式心率异变率SDNN及LF/HF公式；
S53.通过查表判断SDNN及LF/HF确定婴儿母亲的心音状态，判断心音是否对婴儿有安抚助眠的作用。
优选的，所述电子听诊器，包含听诊器听头、驻极体拾音器和3.5mm耳机线。
优选的，所述Android手机，包含录音、存储、解码、数据处理、显示功能。
(三)有益效果
本发明提供了用于安抚婴儿的母亲心音智能采集处理方法。具备以下有益效果：
1、本发明中，录音模块，用于采集心音并同时将心音分段，方便实时反馈。
2、本发明中，预处理模块，用于滤除心音中的高低频噪音和工频干扰。
3、本发明中，心音识别模块，用于反馈用户是否录制到心音和识别无效心音。
4、本发明中，心音处理模块，用于剔除无效心音，并对有效心音再次滤波和放大。
5、本发明中，状态识别模块，用于识别婴儿母亲健康和情绪状态是否有利于心音表达。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例：
本发明实施例提供用于安抚婴儿的母亲心音智能采集处理方法，包括以下步骤：
S1.采集婴儿母亲的心音时，为了给婴儿母亲进行实时反馈，防止没采集到心音和噪音过大等情况的发生，采集同时进行分段处理；
S2.对S1中心音片段进行滤波，去除高低频及工频干扰；
S3.由于实时性和应用特性的要求，设计了一种实时心音识别方法，通过识别第一心音和第二心音，判别片段是否录制到心音，并标记无效的心音周期，并向用户进行反馈；
S4.录音完成后，识别片段连接处的心音是否有效，并再次进行放大和滤波；
S5.根据母亲心率计算心率异变率，判别婴儿母亲健康及情绪状态，心音表达是否对婴儿有利。
所述步骤S1中心音录制流程为：
S11.通过电子听诊器连接移动端设备采集婴儿母亲的心音；
S12.由于实时性的需要，录制心音的同时，将录音分段存入缓存，录音片段不小于3s，以保证每个片段都能采集到一个完整心音。
所述步骤S2中实时心音片段滤波流程为：
S21.由于考虑到该方法的实时性，因此不采用用时较长的快速傅里叶变换的方式滤波，将S12中片段用巴特沃斯滤高阶带通波器进行滤波；
S22.将S21中滤波完成的片段再进行50Hz陷波滤波。
所述步骤S3中实时心音片段有效性分析流程为：
S31.遍历S22中该段取得最大值，根据最大值与音频解析度动态范围最大值的比值对该段音频进行整体放大；
S32.将S31中离散波形点N1、N2、……、Nn求导，一阶离散导数为(N2-N1)、(N3-N2)、……、(Nn-Nn-1)；
S33.建立N1、N2、……、Nn二阶导数(N3+N1-2N2)、……、(Nn+Nn-2-2Nn-1)；
S34.对S33二阶导数(N3+N1-2N2)、……、(Nn+Nn-2-2Nn-1)进行归一化：(Ni+Ni-2-2Ni-1)绝对值大于为二阶导数均值赋值为1，否则赋值为0；得到N1、N2、……、Nn中的转折点，选取N1、N2、……、Nn最大值的1/2作为阈值筛选峰值P1、P2、……、Pm，其余转折点为Q1、Q2……、Qk；
S35.对峰值P1、P2、……、Pm再次进行判别，一阶导数(N2-N1)、(N3-N2)、……、(Nn-Nn-1)在峰值P1、P2、……、Pm前连续30个值大于等于0，在峰值后连续30个值小于等于0进行保留，否则将峰值点剔除；
S36.利用S35的方法对Q1、Q2……、Qk进行处理，结合一阶导数(N2-N1)、(N3-N2)、……、(Nn-Nn-1)，确定心音起始点和结束点；
S37.通过S36的心音起始点和结束点和S35的峰值点，检验峰值点是否都在第一心音和第二心音内，得到第一心音起起始点H1start，第一心音结束点H1stop，第二心音起起始点H2start，第二心音结束点H2stop；
S38.依次计算出出该片段中所有心率周期RR1、RR2、……、RRj，依次检验0.36s<RRi<1.66s，对无效的心音周期进行标记。
所述步骤S4中录音结束后，接缝处心音有效性识别、分解重组、滤波放
大的流程：
S41.录音完成后，将S22中片段拼接成完整心音，并按照按心音周期剪切，将接缝处心音周期利用S36方法进行检测该周期是否为有效的心音周期；
S42.将S41心音片段剔除无效的心音，有效的心音片段分别按S31的方法进行自适应放大，完成后重新拼接为完整心音音频；
S43.将S42心音音频，在不是第一心音和第二心音的时域区间置零，进行滤波。
所述步骤S5中母亲心音状态识别流程：
S51.接下来通过该段心率判断当前母亲身体健康状况和情绪状态，来检验当前心音是否适合作为婴儿哄睡的心音音频；
S52.具体方法为计算该段心音的心率异变率中SDNN和LF/HF，将心率周期RR1、RR2、……、RRj带入计算公式心率异变率SDNN及LF/HF公式；
S53.通过查表判断SDNN及LF/HF确定婴儿母亲的心音状态，判断心音是否对婴儿有安抚助眠的作用。
所述电子听诊器，包含听诊器听头、驻极体拾音器和3.5mm耳机线。
所述Android手机，包含录音、存储、解码、数据处理、显示功能。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (3)

1.用于安抚婴儿的母亲心音智能采集处理方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1.采集婴儿母亲的心音：
S11.通过电子听诊器连接移动端设备采集婴儿母亲的心音；
S12.录制心音的同时，将录音分段存入缓存，录音片段不小于3s；
S2.对S1中心音片段处理：
S21：将S12中片段用巴特沃斯滤高阶带通波器进行滤波；
S22：将S21中滤波完成的片段再进行50Hz陷波滤波；
S3.实时心音识别：
S31.遍历S22取得最大值，根据最大值与音频解析度动态范围最大值的比值对音频进行整体放大；
S32.将S31中离散波形点
Figure 87918DEST_PATH_IMAGE001
求导，一阶离散导数为
Figure 286949DEST_PATH_IMAGE002
；
S33.建立
Figure 863424DEST_PATH_IMAGE001
二阶导数
Figure 55371DEST_PATH_IMAGE003
、……、
Figure 653099DEST_PATH_IMAGE004
；
S34.对S33二阶导数（
Figure 272299DEST_PATH_IMAGE003
、……、
Figure 70490DEST_PATH_IMAGE004
进行归一化：
Figure 816861DEST_PATH_IMAGE005
绝对值大于二阶导数均值赋值为1，否则赋值为0；得到
Figure 282477DEST_PATH_IMAGE006
中的转折点，选取
Figure 806999DEST_PATH_IMAGE007
最大值的1/2作为阈值筛选峰值
Figure 607334DEST_PATH_IMAGE008
，其余转折点为
Figure 875504DEST_PATH_IMAGE009
，即n=k+m；
S35.峰值
Figure 195627DEST_PATH_IMAGE010
再次进行判别，一阶导数
Figure 172942DEST_PATH_IMAGE011
、
Figure 945726DEST_PATH_IMAGE012
、……、
Figure 17587DEST_PATH_IMAGE013
在峰值
Figure 709993DEST_PATH_IMAGE014
前连续30个值大于等于0，在峰值后连续30个值小于等于0进行保留，否则将峰值点剔除；
S36.利用S35的方法对
Figure 576317DEST_PATH_IMAGE015
进行处理，结合一阶导数
Figure 101977DEST_PATH_IMAGE016
，确定心音起始点和结束点；
S37.通过S36的心音起始点和结束点和S35的峰值点，检验峰值点是否都在第一心音和第二心音内，得到第一心音起始点
Figure 728261DEST_PATH_IMAGE017
，第一心音结束点
Figure 22976DEST_PATH_IMAGE018
，第二心音起始点
Figure 325782DEST_PATH_IMAGE019
，第二心音结束点
Figure 322425DEST_PATH_IMAGE020
；
S38.依次计算出所有心率周期
Figure 1668DEST_PATH_IMAGE021
，依次检验0.36s<
Figure 885311DEST_PATH_IMAGE022
<1.66s，对无效的心音周期进行标记；
S4.录音验证：
S41.录音完成后，将S22中片段拼接成完整心音，并按照按心音周期剪切，将接缝处心音周期利用S3方法进行检测该周期是否为有效的心音周期；
S42.将S41心音片段剔除无效的心音，有效的心音片段分别按S31的方法进行自适应放大，完成后重新拼接为完整心音音频；
S43.将S42心音音频，在不是第一心音和第二心音的时域区间置零，进行滤波；
S5.心音表达:
S 51.接下来通过心率判断当前母亲身体健康状况和情绪状态，来检验当前心音是否适合作为婴儿哄睡的心音音频;
S 52.具体方法为计算心音的心率异变率中SDNN和LF/HF，将心率周期
Figure 375329DEST_PATH_IMAGE021
带入计算公式心率异变率SDNN及LF/HF公式;
S 53.通过查表判断SDNN及LF/HF确定婴儿母亲的心音状态，判断心音是否对婴儿有安抚助眠的作用。
2.根据权利要求1所述的用于安抚婴儿的母亲心音智能采集处理方法，其特征在于：所述电子听诊器，包含听诊器听头、驻极体拾音器和3.5mm耳机线。
3.根据权利要求1所述的用于安抚婴儿的母亲心音智能采集处理方法，其特征在于：所述移动端设备，包含录音、存储、解码、数据处理、显示功能。
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