基于SSA和EMD的心音頻譜特性分析及識別研究.pdf

1、心音是心臟與血管的機械運動狀態(tài)的反映，其中包含很多生理病理信息。由于心血管系統(tǒng)的復雜性，心音本質(zhì)上呈現(xiàn)為非線性過程。如何從非線性的心音頻譜中獲取有價值的特征信息，成為心音分析中的一個重要課題。本文試圖將奇異譜分析和經(jīng)驗模式分解結(jié)合起來來實施心音的頻譜特性分析并利用支持向量機對其進行分類識別。
　　論文的主要工作內(nèi)容包括以下幾個方面：
　?、傩囊粜盘柕念A處理：因為心音信號極其微弱，當在強噪聲條件下心音會被噪聲掩蓋，為避免噪聲對

2、心音的干擾所以在對其分析之前要進行消噪處理。本文利用奇異譜分析（Singular Spectrum Analysis, SSA）和噪聲的特征對心音進行消噪。首先對信號進行奇異譜分析，根據(jù)噪聲信號的隨機性特征在各個方向的變化率都很小，所以噪聲對應的奇異譜圖很平坦。本文通過尋找奇異譜趨于平整的點找到噪聲對應的奇異值，然后重構(gòu)能夠有效的從噪聲中分離出心音信號。并結(jié)合小波消噪算法對心音信號進行仿真實驗，與單獨的小波消噪進行對比，結(jié)果表明該算法能

3、達到較好的去噪效果。本文消噪方法的創(chuàng)新之處在于，是以環(huán)境噪聲為分析對象，通過SSA方法并結(jié)合噪聲的特征找到其對應的奇異值，然后把這些奇異值和其對應的特征向量去除實現(xiàn)心音的消噪。
　?、谛囊籼卣鲄?shù)的選?。焊鶕?jù)正常心音第一第二心音（S1、S2）的頻譜范圍(20 Hz～150 Hz)，把20 Hz到150 Hz范圍內(nèi)的能量占20 Hz到1000 Hz能量的百分比作為條件，找出20 Hz到150 Hz頻段內(nèi)信號成分對應的奇異值，在5%誤

4、差允許范圍內(nèi)，當能量比大于96%時這個奇異值對應的就是20 Hz到150 Hz頻段內(nèi)信號。除去20 Hz到150 Hz頻段內(nèi)信號之外的剩余部分信號的主要成分是中高頻心雜音，對剩余部分信號運用經(jīng)驗模式分解（Emprical mode decomposition, EMD），得到一組固有模態(tài)函數(shù)（intrinsic mode function, IMF）。利用互相關(guān)準則篩選出主IMF，并對主 IMF進行譜估計發(fā)現(xiàn)正常和異常心音剩余部分信號的

5、成分存在明顯差別，正常心音的成分在100 Hz以內(nèi)的低頻，異常心音的成分在100 Hz～300 Hz的中高頻。然后計算主IMF200 Hz～300 Hz頻段內(nèi)信號的能量與0～200 Hz的能量比，用醫(yī)學統(tǒng)計軟件SPSS對該能量比進行統(tǒng)計分析，結(jié)果顯示對正常和異常心音IMF1～IMF3該能量比有統(tǒng)計性差異（P<0.05），最終選取IMF1～IMF3的上述能量比為特征參數(shù)。
　?、坌囊舻姆诸悾哼x用Libsvm設(shè)計分類器，采用徑向基函數(shù)