心音信号的合成模型及特征分析

发布时间：2017-04-10 23:38

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【摘要】：心音信号是构成人体最重要的生理信号之一，它的产生过程和组成成分都非常复杂，通常情况下，心脏听诊中只能听到第一心音和第二心音这两种成分，它们的改变往往与器质性心脏疾病有一定的联系，能够反映出心脏瓣膜或者某些心肌发生了病变。之前，有不少学者认为第一心音和第二心音是由于心脏瓣膜在开合过程中碰撞所引起的一系列振动，这些振动源都是时变的非平稳信号。因此，建立心音信号的产生模型是研究心脏学和心音听诊的有效工具之一。 论文从心音信号的产生机理出发，首先采用一种心血管系统的计算模型对第一心音S1进行建模，该模型根据血流动力学中的一些变量来模拟第一心音的产生过程，通过设置心血管模型中的参数值，，可以得到一种心音信号。这种集总参数心血管系统模型为心音的产生模型提供了一种可行方案。然后，再利用一种非线性调频信号的方法来分解、合成第二心音S2中的主动脉瓣(A2)和肺动脉瓣(P2)的物理功能。这种方法是基于时频分析方法，能够用来估计和重构多种成分信号的瞬时相位和瞬时幅度函数。为了验证该方法的准确性，实验中模拟的S2信号所包含的A2、P2成分之间取不同的时间间隔，范围为10ms~60ms。仿真结果显示使用这种方法提取A2和P2成分是非常有效的。最后，将模拟出来的S1、S2信号进行合成，便得到了内心音信号。 为了验证建立的心音信号模型是可行的，论文中还使用了小波分解和包络提取方法将模拟出来的第一心音S1、第二心音S2与实际标准心音中分割出来的S1、S2信号进行特征分析和对比。仿真结果显示模拟出来的心音成分与实际的心音信号相似度很高，但是心音的听诊效果还有待进一步改善。 心音信号的分类和识别问题也逐渐成为目前研究的热点之一。心音的改变和杂音的出现，往往能够体现不同症状的心脏病理情况。本文以正常的心音信号和其他几种异常的心音作为实例，采用功率谱估计和归一化香农能量算法获取了心音在时、频域内的一些典型特征参数，从而从不同角度有效地区分出不同类型的心音信号，最终为心脏疾病的辅助诊断提供了十分有利的依据。
【关键词】：心血管系统模型 多项式相位模型 调频信号 时频分析技术 小波分解 归一化香农能量包络
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：R312;TN912.3
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-13
• 1.1 本课题的研究背景和意义9-10
• 1.2 本课题的研究现状10-12
• 1.2.1 国外研究现状10-11
• 1.2.2 国内研究现状11-12
• 1.3 本文的主要内容和创新点12-13
• 第二章 心音基础知识简介13-19
• 2.1 心脏和心音的产生13-16
• 2.1.1 心脏的结构13-14
• 2.1.2 心音的组成14-15
• 2.1.3 心音的产生原理15-16
• 2.2 心血管系统特性模型16-18
• 2.2.1 心血管系统的等效电路模型17-18
• 2.2.2 心脏的等效电路模型18
• 2.3 本章小结18-19
• 第三章 内心音信号的合成模型19-42
• 3.1 第一心音 S1 的建模19-29
• 3.1.1 集总参数系统模型19-24
• 3.1.2 第一心音的产生原理24-25
• 3.1.3 实验仿真与结果分析25-29
• 3.2 第二心音 S2 的建模29-40
• 3.2.1 信号时频分析理论30-31
• 3.2.2 S2 信号模型31-32
• 3.2.3 提取 A2 和 P2 成分32-33
• 3.2.4 实验仿真与结果分析33-40
• 3.3 内心音信号的产生模型40-41
• 3.4 本章小结41-42
• 第四章 心音信号的特征分析42-50
• 4.1 S1 和 S2 的特征分析42-46
• 4.1.1 心音信号的分段提取42-43
• 4.1.2 小波分析理论43-44
• 4.1.3 包络提取算法44-46
• 4.2 实验仿真与结果分析46-49
• 4.3 本章小结49-50
• 第五章 心音信号的分类与识别50-60
• 5.1 异常心音的产生50-51
• 5.1.1 异常心音的产生原理50-51
• 5.1.2 心杂音与心脏疾病的关系51
• 5.2 心音信号的功率谱估计51-54
• 5.2.1 周期图法谱估计52
• 5.2.2 实验仿真与结果分析52-54
• 5.3 心音信号的包络分析54-59
• 5.3.1 归一化香农能量算法55
• 5.3.2 实验仿真与结果分析55-59
• 5.4 本章小结59-60
• 第六章 总结与展望60-62
• 6.1 总结60-61
• 6.2 展望61-62
• 参考文献62-65
• 致谢65

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：297811