基于循环平稳信号理论的心音信号处理方法研究
本文选题：心音信号 + 循环平稳信号理论 ； 参考：《大连理工大学》2015年博士论文
【摘要】：心音是心脏血流动力与心脏相互作用而产生的机械振动,反映了心脏各心腔、瓣膜及大血管的运行状态,对评估心血管系统功能有重要应用价值。心音(包括杂音)在每一个心动周期内重复产生。这种重复性在信号处理理论中表现为“循环平稳特性”。本文基于循环平稳信号理论,系统地研究了心音信号循环平稳特性的定量评估、心音信号的瞬时循环频率和心音的自动分割等方法及应用,主要创新工作如下：(1)研究了定量评估心音信号循环平稳特性的方法及其应用。心音信号不是严格的循环平稳信号,而是准循环平稳信号。本文根据循环平稳信号理论,提出了“循环平稳程度”(Degree of cyclostationarity)统计量和计算方法,定量地评估心音信号在任意时段循环平稳特性的强弱。当心音信号中存在噪声和干扰时,心音信号的循环平稳程度会减弱。因此,可用心音信号的“循环平稳程度”反映心音信号的质量,评判心音信号中含有噪声或干扰的多少,从心音信号中自动地找出没有噪声(或噪声最小)的一段(即最佳子序列),排除噪声或干扰较多的部分。该方法无需人工干预,全自动运行,解决了计算机自动分析心音信号的一个工程实际问题。另外,还通过增强心音信号的循环平稳程度,提出了心音信号的降噪声方法。无论噪声是有色的、非高斯的,还是非平稳的,只要心音与噪声在循环频率域内没有交集,理论上可将心音信号中的噪声彻底去除。(2)研究了心音信号的瞬时循环频率及其应用。基于循环平稳信号理论,提出了心音信号的瞬时循环频率及计算方法,反映了心脏机械振动的瞬时重复频率。本文中,“瞬时循环频率”(Instantaneous cycle frequency)有三方面应用。一是心音信号的自动心动周期检测。通常情况下,分割心音信号的心动周期需要参考心电信号的R波。本文提出了心音信号的瞬时循环频率的概念,并从心音信号中提取出了反映心动周期的瞬时相位,从而精确地估计出心动周期。二是分离心肺音混合信号中的心音信号。在采集心音信号的过程中,呼吸音(肺音)是常见的噪声干扰之一。为了得到纯净的心音信号,有必要将其分离出来。鉴于心音与肺音在时域、频域都重叠在一起,理论上限制了时频域分离方法的应用。但是,心音与肺音的循环频率显著不同。于是,基于瞬时循环频率的差异,可将它们有效分离。三是估计胎儿的心率。临床上所采用的超声多普勒胎心监护仪,由于其超声辐射,长期监测时可能会对胎儿造成影响。本文提出用胎儿心音的瞬时循环频率估计胎儿的心率,仅被动接收胎儿心音,对胎儿无伤害,估计准确。以上三种应用仅需要心音信号一个信号源,不需要其它参考信号,有利于心音信号的计算机自动分析。(3)研究了心音信号的自动分割方法。在心音分析中常常需要标定出心音在信号中的位置,即分割出心音。基于心音信号的循环平稳特性,本文提出了两种自动心音分割方法。一,提出了心音信号的循环平稳包络及基于循环平稳包络的心音分割方法。二,提出了在单周期内利用动态聚类实现心音分割的方法。实验表明,分割准确率达到了96%以上。本文在循环平稳信号处理理论的指导下,系统深入地研究了心音信号的循环平稳特性及其在心音信号处理中的应用。这些研究和应用有效地发掘了心音信号的循环平稳特性,取得了有价值的研究结果,为计算机自动分析心音信号提供了有力的技术途径。
[Abstract]:In this paper , the method of quantitative assessment of cardiac sound signal and its application are presented in this paper . The method of quantitative assessment of the cyclostationarity of heart sound signal , the instantaneous circulation frequency of heart sound signal and the automatic segmentation of heart sound signal are studied . In order to obtain pure heart sound signal , it is necessary to separate the heart sound signal from the heart sound signal . In order to obtain pure heart sound signal , it is necessary to separate the heart sound signal from the heart sound signal .
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R540.4;TN912.3
【参考文献】
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，本文编号：1901476
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