[发明专利]一种基于非负矩阵分解的心肺音分离的方法及装置

说明书

本发明公开了一种基于非负矩阵分解的心肺音分离的方法，可以先对时域心肺音混合信号进行滤波，以获得先验心音信号和先验肺音信号，并对所述先验心音信号和先验肺音信号进行短时傅里叶变换和稀疏非负矩阵分解，最终得到混合信号的基矩阵，由于所述稀疏非负矩阵分解的过程相当于是基矩阵的学习过程，本身带聚类的效果，可以有效的从先验心音信号和先验肺音信号中挖掘出基矩阵，并在后续步骤中根据所述基矩阵从时域心肺音混合信号中精确的分离出心音信号和肺音信号；本发明还公开了一种基于非负矩阵分解的心肺音分离的装置，同样具有上述有益效果。

技术领域

本发明涉及音频分离领域，尤其涉及一种基于非负矩阵分解的心肺音分离的方法及装置。

背景技术

由于现代生活水平的不断提高，人们的健康问题日益凸显，其中心血管疾病等心脏器官病变的发病率和死亡率越来越高，目前心血管病死亡占城乡居民总死亡原因的首位。与此同时，近年来随着大气污染的日益加剧，哮喘、慢性阻塞性肺病、肺炎等肺部疾病的发病率也在日益增加。人类心肺系统的健康问题已经受到当今医学界的关注，对心肺系统准确的诊断是保障患者尽早康复的有效方式。

心音，也就是人体心脏器官的律动是发出的声音，其中包含看关于心脏、血管的生理和病理信息。心音还表征着人体周身循环和心肺循环系统的部分信息。直到现在，对心音的听诊任然是检测心脏器官疾病的基本诊疗方式。肺音，也就是人在换气运动时呼吸系统所产生的声音，其中包含着大量又换肺部胜利和病理的信息。目前，呼吸系统疾病的主要诊疗手段同样是通过听诊肺音来解决。

在现实中，采集到的心音信号和肺音信号通常是两者的混合信号，由于人体心脏的位置与肺的位置比较接近，在听取心音信号时会受到肺音信号的干扰，而听取肺音信号时又会收到心音信号的干扰。因此有效的从混合信号中将心音信号和肺音信号分离具有极其重要的使用价值和临床意义。

由于非负矩阵分解具有实现简便，占用存储空间少，分解的结果不出现负值等优点，在现有技术中，通常是选用非负矩阵分解的方法对心肺音混合信号进行分离。在现有技术中通常是使用全监督的非负矩阵分解方法或者是半监督的非负矩阵分解方法。上述全监督或者是半监督的非负矩阵分解方法在实现过程中需要非常纯净的心音或者是肺音的先验知识，在临床上的应用过程中，对人工操作具有很高的依赖性。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种基于非负矩阵分解的心肺音分离的方法，可以在没有非常纯净的心音信号或者是肺音信号的情况下，从心肺音混合信号中分离出心音信号和肺音信号；本发明的另一目的在于提供一种基于非负矩阵分解的心肺音分离的装置，可以有效降低在分离心肺音混合信号时对人工操作的依赖性。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于非负矩阵分解的心肺音分离的方法，所述方法包括：

从获取到的时域心肺音混合信号中分离出先验心音信号和先验肺音信号；

对所述先验心音信号和所述先验肺音信号进行短时傅里叶变换和稀疏非负矩阵分解，得到时域心肺音混合信号的基矩阵；

根据所述时域心肺音混合信号的基矩阵对所述时域心肺音混合信号进行非负矩阵分解，并重构出心音信号和肺音信号。

可选的，所述获取到的时域心肺音混合信号进行短时傅里叶变换和稀疏非负矩阵分解，得到时域心肺音混合信号的基矩阵包括：

对所述先验心音信号进行短时傅里叶变换，以得到心音信号的相位矩阵和多个心音信号的非负幅度矩阵，并对所述先验肺音信号进行短时傅里叶变换，以得到肺音信号的相位矩阵和多个肺音信号的非负幅度矩阵；

对多个所述心音信号的非负幅度矩阵进行稀疏非负矩阵分解，得到心音信号的基矩阵，并对多个所述肺音信号的非负幅度矩阵进行稀疏非负矩阵分解，得到肺音信号的基矩阵，并将所述心音信号的基矩阵和所述肺音信号的基矩阵组合成时域心肺音混合信号的基矩阵。