[发明专利]一种电子听诊器的实时心肺音自动分离方法

说明书

本发明公开一种电子听诊器的实时心肺音自动分离方法，包括以下步骤：建立队列Q_x、Q_c以及Q_r；将缓存数据插入队列Q_x；判断队列Q_x中是否有心音成分Si；若有完整的Si，x_Si利用队列Q_x与Q_c中的Si成分，建立多个协方差矩阵，通过联合对角化获得特征向量矩阵；建立心音特征矩阵；利用心音特征矩阵构成投影矩阵，并求得分离后的心音信号向量与肺音信号向量。本发明可进行心肺音分离；可有效地分离出心音信号和肺音信号；且对于呼吸道出现病变导致听诊信号出现附加呼吸音，可在肺音分离结果中较好地保留这些附加呼吸音，为后续基于心肺音分离结果的诊断提供保障，该分离方法具有实时性以及准确性高的特点。

技术领域

本发明属于听诊器技术领域，涉及到一种电子听诊器的实时心肺音自动分离方法。

背景技术

对于听诊器信号的心肺音分离，目前已公开的专利申请或者已发表的论文主要从三个方向解决该问题：(1)利用多路听诊以及盲信号分离算法分离心肺音；(2)通过简单的滤波处理“分离”心音和肺音；(3)通过对短时傅里叶变换结果作非负矩阵分解并聚类来分离出心音通道和肺音通道。具体包括：

(1)多路听诊+盲信号分离方式

发明专利申请“一种基于FPGA的心肺音分离多路听诊器”(公开号 CN107174277A)采用多路采集的方式，将采集探头置于使用者的不同部位，对采集回来的多路混合声音信号进行分析比较，根据信号间的共同性和差异性，采用盲信号分离算法对信号进行处理，从而分离出心音信号以及肺音信号。该方法需要多个同步的听诊通道放置于使用者不同部位，与传统的听诊器形态大不相同，使用起来有诸多不便。

(2)简单的滤波处理方式

发明专利申请“便携可视化心、肺音可分离的蓝牙电子听诊器”(公开号CN101766493A)利用包括截止频率为30Hz的高通滤波器电路、截止频率为100Hz 的高通滤波器电路、截止频率为500Hz的低通滤波器电路和截止频率为1000Hz 的低通滤波器电路在内的有源滤波器电路，通过滤波的方法得到心音与肺音信号。但由于心音与肺音信号在60-320Hz频率范围内的叠加，通过这种滤波器滤波的简单方法无法完全分离两部分信号，导致最终分离结果中的心音掺杂了大量肺音，肺音中掺杂了大量心音。

发明专利申请“数字听诊器与滤除心音提取肺音的方法”(公开号 CN106022258A)对得到的肺音帧进行小波变换，利用阀值滤除小波系数，滤掉心音，得到纯净肺音帧。由于心音和肺音信号在小波域上并非是严格可分的，因此该小波域上的滤波方法同样不能很好地分离心音和肺音信号。

(3)非负矩阵分解并聚类的方式

目前已有很多论文或者专利申请通过对短时傅里叶变换结果作非负矩阵分解并聚类来分离出心音和肺音信号。

Ghafoor Shah等人发表的论文“On the Blind Recovery of Cardiac andRespiratory Sounds”首次提出了基于该思想的心肺音分离方法；F.J. Canadas-Quesada等人发表的论文“A non-negative matrix factorization approach based on spectro-temporal clustering to extract heart sounds”在此基础上增加了一个稀疏正则化项来提高分离性能。除此之外，专利申请“一种基于非负矩阵分解的心肺音分离的方法及装置”(公开号CN107463956A)、“一种单通道心肺音分离方法及系统”(公开号CN107837091A)、“一种基于自回归正则化NMF的心肺音分离方法及系统”(公开号CN108133200A)、“一种心肺音信号的分离方法、装置、设备及存储介质”(公开号CN108764184A)、“一种人体心肺音实时盲分离方法及系统”(公开号CN107392149A)同样利用该思想进行心肺音分离。