[发明专利]基于智能手机平台的心音分类方法及心音的图形化显示方法

说明书

技术领域    

本发明涉及一种在智能手机平台上实现心音分类及心音的图形化显示方法。

背景技术

心音信号是人体中一种重要的生理信号，它蕴含着大量关于心脏功能状态以及大血管机械运动状况等重要生理信息。电子听诊器通过心音传感器来采集心音，然后利用放大电路将采集到的微弱的心音信号放大十几倍，同时可以通过连接到个人计算机（PC）上利用信号处理软件显示心音信号波形并进行分析处理。

目前，利用电子听诊器检测心音的普遍方法是用心音传感器采集心音信号，并经过电路放大处理后在液晶显示器上显示出波形，或者将心音信号通过声卡存储到计算机中，利用计算机中的音频播放软件播放心音并实时显示心音的包络波形。

这类方法，相对而言需要的器件多，成本高，普及率不高，携带不方便，不利于随时随地检测心音，最重要的是用电子听诊器检测的心音实时显示在屏幕上时，其波形不直观，对非专业人士来说显得尤为复杂难懂。随着移动互联网技术的发展，手机已经从单一的通话工具发展到集语音、数据、网络和多媒体处理功能于一体的智能终端。所以，如果能在普及率高且便携性好的手机平台上开发出一种用于对人体心音信号的图形显示方式和分类的技术，将有利于大众对心音的认识，使大多数人都能随时随地了解自己的心脏信息。因此，我们提出一种基于智能手机平台的心音分类器，将心音信号分为常规与非常规两类，这不但对开拓手机在人们日常生活中的应用，推动新一代智能手机的发展具有积极的现实意义，而且给普通民众提供了一种掌握自己心脏信息的途径。

现今手机已经成为人们随身携带的必备品，利用手机作为平台开发心音分类系统，让人们随时随地掌握自己的心脏状况，将会大大降低心脏疾病对人体的危害。其中关键的技术问题有：心音波形的智能显示方法和心音特征参数的提取以及心音直观分类技术的实现。

发明内容

技术问题：本发明基于电子科学技术和智能手机编程技术，提出了一种在智能手机平台上实现对人体心音信号进行分类和智能显示的技术。

技术方案：本发明是一种基于智能手机平台的心音分类技术，主要包括心音采集、心音分类器、图形显示方式。

心音采集部分包括录音软件和无线电子听诊器：首先由电子听诊器采集人体心音信号，手机利用蓝牙技术无线接收并利用手机的A/D转换设备将模拟心音信号转换为离散数字心音信号，然后利用心音分类器中设置的录音软件将数字心音以WAV格式音频文件的形式录下来，并存储到心音数据库的实时心音库中。

心音分类器包括分段定位、特征提取和分类识别三个阶段，最终将心音信号分成常规和非常规两大类。首先对经过预处理的信号分段定位，确定S1信号和S2信号，然后求出心音信号时域上的特征参数，最后对提取的时频特征参数应用心音的分类策略进行心音的识别分类。

心音图形显示方式包括两个部分：一部分是实现心音的智能播放，即播放心音的同时显示心音图，用户不但可通过放大、缩小、定位等功能来获得需要的效果，还能获得心音图的简单信息，比如读取心音的采样频率等。另一部分是分类结果的图形化表示，主要考虑的用直观简单的图形化方式显示出常规与非常规两类信息。

心音分段是建立决策系统的基础和前提，首先定位心音的主要成分：第一心音S1、第二心音S2，为特征提取和和模式识别提供定位基准。

心音的定位方法：

1、计算心音信号的能量谱。

2、对获取的心音能量谱提取其包络。以包络线均值为阈值，对连续时间间隔小于20ms的变化不予考虑，以获得归一化的能量包络线。

3、由归一化的能量包络线可准确获得第一心音S1、第二心音S2的起点和终点。通过取3个周期的心音信号求平均心跳周期，然后计算出心率。

心音的特征参数：用S1、S2的时宽S1h、S2h，两个相邻的S1的时间间隔S11， S1和S2之间的时间间隔S12，以及心率f作为心音分类的特征参数。

心音的分类策略：将一个标准心音的[S1h,S2h]、[S11,S12]和[f/100,f/100]作为二维坐标系中的三个圆心点，以r1、r2、r3为半径画三个园，如果一个新的心音信号的特征参数[S1h,S2h]、[S11,S12]和[f/100,f/100]所表示的三点中，至少有两点分别落在对应的圆内，就是常规心音，否则就是可能是非常规心音；r1、r2、r3的值依据对标准心音的分析和大量实验结果来确定。