内心音场重构方法及其应用研究

发布时间：2020-09-29 23:28

　　在目前的心音信号研究领域内,通常所研究的心音信号为外心音信号,经过胸腔传送到体表所获得的信号为外心音信号。心脏在收缩、舒张情况下其心房、心室和血管内部所产生的振动发声信号为内心音信号。目前,很少有对于内心音的研究,鉴于内心音的测量不具备实时性和可行性,需要从声学角度出发找到一种数学方法去建立外心音场和内心音场之间的联系,即为一种内心音场重构问题,最终通过已测得的外心音场去重构胸腔里面某个面上的内心音场,同时也反映出心音的产生机理并通过内心音场进行相关病理分析。1.根据传统的声场重构基本原则提出基于胸腔环境下内心音场重构基本原则。首先在该原则下分别对两种常用的声场重构方法的重构过程进行了讨论,并就一种实际的声场辐射模型的重构用这两种不同的方法进行了仿真,分别得到了不同的效果图及重构误差。然后根据仿真结果及内心音场重构的特点去对两种方法的适用性进行讨论。最终根据心脏的生理结构及发声特性选择类似于波叠加法的声场重构方法去进行内心音场重构。2.根据内心音场重构基本原则改进构建一种基于波叠加法的内心音场获取方法。首先以心脏发声过程为研究背景,讨论外心音与内心音的特性,分析出心音的声学特性,设计出心脏-胸腔的声场模型,在此基础上提出基于波叠加法的内心音声场重构方法;然后讨论心脏发声源的等效问题,重点讨论等效源面形状、发声点位置坐标的设置及一系列声学参数的设定,并且设计出心脏-胸腔实物仿真模型用于内心音声场重构参数的测试;最后利用本课题组自制的多路心音采集器所实时采集到的心音信号,按心音帧的方式重构出了内心音场的8帧平均幅值图。实验结果表明,本文所述方法具有明显的可行性和实用性,能逐帧反映出心脏四个瓣膜振动发声的过程。3.通过该内心音重构方法去重构两例病理心音,具体病例包括肥厚型心肌病和房室隔缺损,通过分析重构出来的病理心音平均幅值图可以比较清楚地定位病理瓣膜,也证明该重构方法可用于重构病理心音。本文提出的基于波叠加法的内心音场重构方法不仅能够通过重构正常心音并以重构出来的平均幅值图来反映出四个瓣膜的振动情况,也能够对病理心音进行重构,将导致产生病理心音的病理特征体现出来。这些研究结果对于今后的心脏溯源和心脏疾病病灶点的研究和应用具有理论意义和实用价值。
【学位单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：R540.4;TN911.7
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章绪论
    1.1 本课题的研究背景和意义
    1.2 本课题的研究现状
        1.2.1 心音逆问题的研究现状
        1.2.2 声场重构的研究现状
    1.3 本课题的主要内容及创新点
第二章心脏的结构和声场重构的基本理论
    2.1 心脏的结构及工作过程
        2.1.1 人类心脏的结构
        2.1.2 心脏跳动的工作过程
    2.2 心音产生机理的分析
    2.3 心音的声学特性
    2.4 声场重构的理论基础
        2.4.1 声场重构的概念
        2.4.2 声场重构方法的分类
        2.4.3 波叠加法
    2.5 本章小结
第三章基于胸腔环境下内心音场重构的基本原则
    3.1 传统声场重构的基本原则
    3.2 胸腔环境下内心音场重构的基本原则和假设
    3.3 在近场环境下的内心音场重构方法分析与选择
        3.3.1 近场环境下模态分析法的重构
        3.3.2 重构结果及分析
        3.3.3 在近场环境下波叠加法的重构
        3.3.4 重构结果及分析
    3.4 满足近场环境下的两种重构方法分析与选择
    3.5 本章小结
第四章基于波叠加法的内心音场获取方法
    4.1 外心音与内心音的特性
        4.1.1 心音的特性及产生机制
        4.1.2 外心音和内心音的关系
    4.2 内心音的声场重构方法
        4.2.1 设计思想
        4.2.2 人体心脏-胸腔的声场模型
        4.2.3 内心音场的重构
    4.3 实验仿真
        4.3.1 心脏发声源等效及测量面与重构面的设置
        4.3.2 测量数据去噪
        4.3.3 心脏-胸腔实物仿真图及相关声学参数的确定
        4.3.4 内心音场重构结果及分析
    4.4 本章小结
第五章病理内心音的声场重构
    5.1 病理内心音及其分段研究概述
    5.2 心肌病患者（肥厚型）的内心音重构研究
        5.2.1 心肌病（肥厚型）的概述
        5.2.2 对应内病理心音的重构仿真结果及分析
    5.3 房室隔缺损患者的内心音重构研究
        5.3.1 房室隔缺损的概述
        5.3.2 对应病理心音的重构仿真结果及分析
    5.4 本章小结
第六章总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
附录1攻读硕士学位期间撰写的论文
附录2攻读硕士学位期间申请的专利
附录3攻读硕士学位期间参加的科研项目
致谢

【参考文献】