[发明专利]一种基于心音自相关函数的心率计算方法

说明书

本发明提供了一种基于心音自相关函数的心率计算方法，其特征在于：获取心音序列，对心音序列作滤波处理和求包络；之后在搜索范围内计算自相关函数，搜索自相关函数的峰值点进而根据峰值点序号计算心率值。本发明计算方法可克服呼吸音、摩擦音以及第一、第二心音波形相似等因素的干扰，利用心音序列即可准确计算出心率值，便于在小型可穿戴设备和小型电子听诊器中实现，也适用于在医院和家庭用电子听诊辅助诊疗系统。

技术领域

本发明涉及医疗器械与医学信号处理领域，更具体地说，涉及一种基于心音自相关函数的心率计算方法。

背景技术

心率是反映身体健康状况的重要指标之一，心率监测对于部分心脏病患者用药、家庭护理等均具有重要意义。

随着远程医疗的普及，电子听诊器将进入更多社区医院和家庭，心音的远程听诊也将日益成为包括心脏病患者家庭护理在内的众多远程医疗项目的重要手段之一。相对于基于脉搏测量心率等常用方法，利用心音信号计算心率准确度更高，使用方便且成本低廉。因此，基于心音计算心率势必成为今后心率监测的主要方式之一。

基于心音信号计算心率通常可通过确定心音包络峰值点间距离或心音自相关函数峰值点间距离来实现。但这些方法在实际应用中存在以下不利因素：

1)包络和自相关函数均会因呼吸音、摩擦音等因素的干扰而出现异常的波峰，导致心率计算错误；例如，即便是很浅的呼吸都可能因胸脯的轻微起伏使听诊器移位而出现摩擦音；而呼吸较急促时，这种干扰将更显著；

2)有的心音同时存在第一和第二心音，由于第一和第二心音波形相似，若直接应用传统的相关分析方法计算心率，容易得到虚假的周期值；虽然通过识别并分割第一和第二心音可克服这种因素的影响，但是相当部分心音第一和第二心音的分界并不明显，因此，不能确保通过去掉第二心音所致包络峰值或自相关函数峰值的形式来确定心率；

3)采样时间不可能过长；一般来说，听诊持续时间通常不超过半分钟，有时甚至更短，所以基于心音信号监测心率仅能根据数个心跳周期的心音信号来进行心率估算，此时现有的自相关函数的计算量极大，当采样频率较高时，为在短时间内完成自相关函数计算，往往需配备计算能力较强的硬件设备，导致硬件成本偏高。

故此，采用现有的方案和手段来实现基于心音估算心率，还存在很多困难。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的缺点与不足，提供一种基于心音自相关函数计算、可克服呼吸音等因素的干扰、只利用心音序列即可准确计算出心率值的心率计算方法。

为了达到上述目的，本发明通过下述技术方案予以实现：一种基于心音自相关函数的心率计算方法，其特征在于：包括如下步骤：

第一步，以采样频率f_s获取持续时间为t、长度为N的心音序列x(k)，其中，k＝1,…,N，N为正整数，N＝tf_s；

第二步，对心音序列x(k)作滤波处理得到序列

第三步，以频率对序列欠采样得到序列s(i)，其中，round()为四舍五入取整函数；

以L_T为半窗长求序列s(i)的包络En(m)；其中，

第四步，设定移位序号为n；在移位序号的搜索范围内将包络直接进行自相关函数R(n)计算；或者是将包络进行处理后，再在移位序号的搜索范围内将处理后的包络进行自相关函数R(n)计算；其中，c₁为上限系数，c₂为下限系数；

第五步，初始化移位序号n、峰值点序号n_P和峰值R_P：令移位序号峰值点序号峰值R_P＝0；

第六步，将移位序号n自加1；判断当前移位序号n和对应的自相关函数R(n)数值大小：