基于小波和HHT的心音信号检测系统研究

发布时间：2020-10-27 05:29

　　心脏的活动直接影响着生命四大体征中的脉搏和血压,且蕴含着丰富的生命信息。心音是心脏机械活动的振动信息以声波传递的体现,蕴含了大量的心脏的生理与病理信息。对于心音信号的检测是获取心脏的机械活动相关信息的重要手段。本文以心音信号产生机制及声学听诊器传声原理为基础,结合心音信号时频特性,提出基于相关性小波熵阈值去噪和希尔伯特-黄变换(Hilbert-Huang Transform,HHT)分析的心音信号检测系统的研究方案,为日后建立以心音信号的特征参数为主要内容且具有临床诊断参考价值的心音档案,以及研究与心音相关的大数据分析提供基础。本文的主要研究内容如下:1.分析心音信号产生机制,结合心音信号时频特性,确定心音信号特征参数,分析心音信号采集过程中的噪声与干扰来源,提出以采集装置、处理方法和分析方法为主的心音信号检测系统的总体方案。2.分析声学听诊器的传声原理,并针对心音信号的时频特性,采用声学听诊器听头与声音传感器结合的方式拾取心音信号,设计心音信号采集装置的硬、软件部分。3.考虑心音信号、噪声及干扰的特点,结合相关性原理和小波熵理论,采用相关性小波熵阈值去噪方法对心音信号进行去噪处理,且以第三心音(S3)和第四心音(S4)均不明显的心音信号、S3明显S4不明显的心音信号以及S3和S4均明显的心音信号三种心音信号为处理对象进行与软、硬阈值去噪方法的对比实验,进而验证基于相关性小波熵的阈值去噪方法的可行性。4.针对心音信号包络提取、瞬时频率获取的问题,引入HHT分析方法,对心音信号进行分析,得到心音信号的瞬时频率和包络,从而提取心音信号的时频域特征参数,且以三种心音信号去噪后的信号为分析对象进行HHT分析实验,并提取心音信号的时频域特征参数。5.利用设计的心音采集装置进行心音采集实验,按男女老少的原则,随机抽取10名受试者的心音信号进行处理与分析,提取心音信号的时频域特征参数,从而验证基于小波和HHT的心音信号检测系统研究的可行性。
【学位单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：R540.4;TN911.6
【部分图文】：

示意图,心脏结构,血液流动,心音信号

第2章心音信号分析及检测系统总体方案心音是心脏机械活动产生的振动信息以声波形式传递的一种体现。分析心音信号的产生机制，结合心音信号的时频特性，确定能够表征心音信号的特征参数，并阐明心音信号的特点；分析心音信号采集过程中的噪声及干扰来源，提出心音信号检测系统的总体方案，主要包括心音信号采集装置和相关性小波熵阈值去噪处理方法以及 HHT 分析方法。2.1 心音信号分析2.1.1 心音产生机制在临床诊断中，生命体征是用来判断人体的病情轻重和危急程度的指征。心脏的跳动直接影响着生命四大体征中的脉搏和血压，且蕴含着丰富的生命信息[39,40]。如图 2-1 为心脏结构及血液流动示意图。

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哈尔滨理工大学工程硕士学位论文动周期包括两个时期，即心室收缩期与心室舒张期，如图 2-2 为心容积对照。心音是心脏机械活动产生的振动信息以声波传递的一种分为正常心音和异常心音。同时，心音主要包括第一心音(S1)、第第三心音(S3)、第四心音(S4)和心脏杂音。心室收缩期，血液流出心室进入动脉，S1 的出现是此过程开始的舒张期，血液从静脉经过心房流入心室，S2 的出现是此过程开始的于心室舒张时血液快速流入心室引起心室和瓣膜的振动，但此心音易被听到，多见于儿童。S4 源于心室收缩时血液快速充盈心室引被称为心房音，但此心音在听诊时极难听到。心脏杂音主要指产生期或舒张期的任意时刻或任意一段时间的有别于 S1、S2、S3 和 S[41]。由于除特殊人群外 S3 与 S4 不易被听见，且 S3 与 S4 的出现脏出现异常，因此可以将除特殊人群外的 S3、S4 与心脏杂音理解心室收缩心室舒张

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