基于循環(huán)平穩(wěn)信號理論的心音信號處理方法研究.pdf

1、心音是心臟血流動力與心臟相互作用而產(chǎn)生的機械振動，反映了心臟各心腔、瓣膜及大血管的運行狀態(tài)，對評估心血管系統(tǒng)功能有重要應用價值。心音（包括雜音）在每一個心動周期內(nèi)重復產(chǎn)生。這種重復性在信號處理理論中表現(xiàn)為“循環(huán)平穩(wěn)特性”。本文基于循環(huán)平穩(wěn)信號理論，系統(tǒng)地研究了心音信號循環(huán)平穩(wěn)特性的定量評估、心音信號的瞬時循環(huán)頻率和心音的自動分割等方法及應用，主要創(chuàng)新工作如下:
　　(1)研究了定量評估心音信號循環(huán)平穩(wěn)特性的方法及其應用。心音信號不

2、是嚴格的循環(huán)平穩(wěn)信號，而是準循環(huán)平穩(wěn)信號。本文根據(jù)循環(huán)平穩(wěn)信號理論，提出了“循環(huán)平穩(wěn)程度”(Degree of cyclostationarity)統(tǒng)計量和計算方法，定量地評估心音信號在任意時段循環(huán)平穩(wěn)特性的強弱。當心音信號中存在噪聲和干擾時，心音信號的循環(huán)平穩(wěn)程度會減弱。因此，可用心音信號的“循環(huán)平穩(wěn)程度”反映心音信號的質(zhì)量，評判心音信號中含有噪聲或干擾的多少，從心音信號中自動地找出沒有噪聲（或噪聲最小）的一段（即最佳子序列），排除噪

3、聲或干擾較多的部分。該方法無需人工干預，全自動運行，解決了計算機自動分析心音信號的一個工程實際問題。另外，還通過增強心音信號的循環(huán)平穩(wěn)程度，提出了心音信號的降噪聲方法。無論噪聲是有色的、非高斯的，還是非平穩(wěn)的，只要心音與噪聲在循環(huán)頻率域內(nèi)沒有交集，理論上可將心音信號中的噪聲徹底去除。
　　(2)研究了心音信號的瞬時循環(huán)頻率及其應用?；谘h(huán)平穩(wěn)信號理論，提出了心音信號的瞬時循環(huán)頻率及計算方法，反映了心臟機械振動的瞬時重復頻率。本文

4、中，“瞬時循環(huán)頻率”（Instantaneous cycle frequency）有三方面應用。一是心音信號的自動心動周期檢測。通常情況下，分割心音信號的心動周期需要參考心電信號的R波。本文提出了心音信號的瞬時循環(huán)頻率的概念，并從心音信號中提取出了反映心動周期的瞬時相位，從而精確地估計出心動周期。二是分離心肺音混合信號中的心音信號。在采集心音信號的過程中，呼吸音（肺音）是常見的噪聲干擾之一。為了得到純凈的心音信號，有必要將其分離出來。鑒

5、于心音與肺音在時域、頻域都重疊在一起，理論上限制了時頻域分離方法的應用。但是，心音與肺音的循環(huán)頻率顯著不同。于是，基于瞬時循環(huán)頻率的差異，可將它們有效分離。三是估計胎兒的心率。臨床上所采用的超聲多普勒胎心監(jiān)護儀，由于其超聲輻射，長期監(jiān)測時可能會對胎兒造成影響。本文提出用胎兒心音的瞬時循環(huán)頻率估計胎兒的心率，僅被動接收胎兒心音，對胎兒無傷害，估計準確。以上三種應用僅需要心音信號一個信號源，不需要其它參考信號，有利于心音信號的計算機自動分析

6、。
　　(3)研究了心音信號的自動分割方法。在心音分析中常常需要標定出心音在信號中的位置，即分割出心音?；谛囊粜盘柕难h(huán)平穩(wěn)特性，本文提出了兩種自動心音分割方法。一，提出了心音信號的循環(huán)平穩(wěn)包絡及基于循環(huán)平穩(wěn)包絡的心音分割方法。二，提出了在單周期內(nèi)利用動態(tài)聚類實現(xiàn)心音分割的方法。實驗表明，分割準確率達到了96％以上。
　　本文在循環(huán)平穩(wěn)信號處理理論的指導下，系統(tǒng)深入地研究了心音信號的循環(huán)平穩(wěn)特性及其在心音信號處理中的應用。