[发明专利]一种基于级联无损声管的心音产生模型

说明书

本发明公开了一种基于级联无损声管的心音产生模型，包含心音采集模块、心音预处理模块、共振峰分析模块、模型建立模块与分析诊断模块，心音采集模块用于采集实测者的实时心音信号；心音预处理模块的输入信号为来自心音采集模块的实测心音，用于对实测心音去噪并分段得到第一心音和第二心音，并连接到共振峰分析模块；共振峰分析模块用于提取第一心音和第二心音的共振峰频率，其共振峰频率作为目标参数连接到模型建立模块；模型建立模块将最终的模型内半径作为输出参数连接到分析诊断模块；分析诊断模块根据模型内半径与阈值对比的结果，诊断是否存在心力衰竭的症状。本发明模型可以根据发声机理仿真心音信号的产生过程，具有非表象性,计算快捷。

技术领域

本发明属于医学模型领域，具体涉及一种基于级联无损声管的心音产生模型。

背景技术

生物体所产生的每一种声音，其声学特性都源自于两个因素，一个是发声系统，另一个是共振系统。心音作为一种重要的生物体信号，它是由于心肌收缩和舒张，瓣膜启闭，血流冲击心室壁和大动脉等因素引起的一系列机械振动所产生的。在心音的产生过程中，心脏的瓣膜是心音的发声系统；心房、心室以及动脉血管则是心音的共振系统。心脏瓣膜的启闭产生了原始心音波形，当原始心音经过心房、心室以及动脉血管时，受到腔体的调制作用，心音的能量分布被重新分配。在某些特定频段，由于共振作用，心音的能量得到加强，由此产生了能够表征心音特征的共振峰频率。因此，共振峰频率值的分布同心脏内部心房、心室以及动脉血管的尺寸和形状有着密切联系。

伴随着年龄的不断增长，心肌的收缩力与舒张力也会不断下降，各式各样的心血管疾病由此产生。因此，在青壮年人群与老年人群之间，健康者与心脏疾病患者之间，其心脏内部的尺寸和形状会存在很大差异。

现有的心音模型可以分为两种类型，一种是以调制正弦波的方式逼近心音时域波形，能够很好地反映心音信号的时域特性；另一种心音模型则是采用将血液的流体力学参数等效为电参数的方法，模拟心动周期中血流、血压等生理参数的变化情况。但是，心音作为一种声学信号，现有的模型没有能够从声学角度去反映心音的产生过程；而且模型的建立并未与心脏内部的结构特征产生联系，这对于病理心音的解释缺乏一定的说服力。

综上所述，客观上需要通过一种新的模型来凸显心脏内部结构与心音产生过程之间的联系，以及心音特征与心脏内部结构特征之间的联系，为心音产生机理的研究、病理心音的特征分析以及心脏疾病的诊断提供可靠的理论基础。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有的模型没有能够从声学角度去反映心音的产生过程以及模型的建立并未与心脏内部的结构特征产生联系的缺陷。

为达到上述目的，本发明提出的技术方案是一种基于级联无损声管的心音产生模型，该模型包含五个模块，分别是心音采集模块、心音预处理模块、共振峰分析模块、模型建立模块与分析诊断模块，所述心音采集模块用于采集实测者的实时心音信号；心音预处理模块的输入信号为来自心音采集模块的实测心音，用于对实测心音去噪并分段得到第一心音和第二心音，并连接到共振峰分析模块；共振峰分析模块的输入信号来自心音预处理模块，用于提取所述第一心音和第二心音的共振峰频率，其共振峰频率作为目标参数连接到模型建立模块；模型建立模块的输入参数为初始模型内半径，通过逼近实测心音共振峰频率的方法建立对应心音的级联无损声管模型，将最终的模型内半径作为输出参数连接到分析诊断模块；分析诊断模块的输入来自模型建立模块，根据模型内半径与阈值对比的结果，诊断是否存在心力衰竭的症状。

进一步，上述心音采集模块使用的心音采集器的采样频率设置在2000Hz以上，对采集到的心音信号进行模‐数转换，并传输至PC端进行处理。

上述心音预处理模块采用小波变换对心音信号进行去噪处理，然后采用归一化平均香农能量的方法提取心音的能量包络线，利用能量包络线准确地标记出S1和S2的起始和终止位置。

上述小波变换的具体步骤是将采集到的心音信号通过db6小波包作5层分解，分别选取三个小波分量进行重构完成去噪。