一種心音信號解析方法、裝置及系統與流程

2023-04-24 17:07:56

本發明實施例涉及醫療器械製備技術領域，特別是涉及一種心音信號解析方法、裝置及系統。

背景技術：

隨著現代生活的快節奏以及壓力越來越大，心血管疾病呈現年輕化趨勢，早期的檢查對心血管疾病的預防以及控制具有很大的價值。但是，由於人類沒有足夠的時間與精力定期接受醫院醫療體檢，導致心血管病無法早期檢測，無法得到有效的控制與預防，增大了由心血管病引發的死亡機率。

心音為心肌收縮、心臟瓣膜關閉和血液撞擊心室壁、大動脈壁等引起的振動所產生的聲音，包含著心臟的大量生理信息和病理信息，可作為評估心臟狀況的診斷參數。心音可在胸壁一定部位用聽診器或傳感器獲取，也可通過換能器等記錄心音的機械振動，獲取到的振動信息稱為心音圖。

現有技術中根據心音信號獲取到的心音圖為一維的波形圖，這種一維波形圖對於一般無醫學基礎知識，或者沒有心血管病醫療經驗的人無法準確的了解波形圖對應的生理信息或者病理信息，也就無法在早期準確的判斷是否有心血管疾病。

故，如何將心音診斷的結果以淺顯易懂、直觀簡潔的方式進行呈現，讓更多人的人在不用接收專業醫療培訓或去醫院體檢，便可通過心音信號反應的生理信息以及病理信息，自我判斷當前心臟的狀況，從而實現早期檢測心血管疾病，並有效的進行控制與預防的目的，是本領域技術人員亟待解決的問題。

技術實現要素：

本發明實施例的目的是提供一種心音信號解析方法、裝置及系統，將心音診斷結果以直觀易懂、簡潔方便的形式進行呈現，可以讓非醫療專員人員了解當前心音信號反映的生理信息以及病理信息。

為解決上述技術問題，本發明實施例提供以下技術方案：

本發明實施例一方面提供了一種心音信號解析方法，包括：

獲取待測者的心音信號，並對所述心音信號進行預處理，以獲取所述心音信號的包絡信號；

對心音包絡信號進行量化編碼，得到心音編碼信號，將所述心音編碼信號根據預設數據長度進行分段，根據各段所述心音編碼信號以及相應的元素生成心音像矩陣；

將所述心音像矩陣中各元素作為rgb元素，構建心音像圖，根據所述心音像圖提取心音的特徵參量，所述特徵參量包括心音直線、心音直線相關參數以及心動周期差異性；

根據所述特徵參量以及所述心音像圖的色彩變化，對所述待測者的心臟狀況進行評價。

可選的，所述根據所述心音像圖提取心音的特徵參量，所述特徵參量包括心音直線、心音直線相關參數以及心動周期差異性包括：

在所述心音像圖中確定第一心音對應的第一心音色段，以及第二心音對應的第二心音色段；

在各所述第一心音色段確定相應的第一心音峰值點、以及在各所述第二心音色段確定相應的第二心音峰值點；

將各個峰值點進行相連並進行直線擬合，以獲取第一心音直線以及第二心音直線。

可選的，所述根據所述特徵參量以及所述心音像圖的色彩變化，對所述待測者的心臟狀況進行評價為：

判斷所述第一心音色段、所述第二心音色段、舒張期心音色段以及收縮期心音色段的長度以及顏色變化是否滿足預設正常條件；

計算所述心音直線斜率，並根據所述心音直線斜率以及所述心音信號的採樣率計算心動周期，根據所述心動周期計算所述心音直線對應的心率參數，以用於判斷所述待測者的心率是否正常；

根據各心音色段的長度以及顏色變化在所述心音像圖中判斷心雜音的位置以及類型，所述心雜音類型為遞增型、遞減型、遞增遞減型以及持續型；

根據各所述心音色段的長度以及顏色變化、所述心率參數、所述心雜音的位置以及類型對所述待測者的心臟狀況進行評價。

可選的，所述根據心動周期計算所述心音直線對應的心率參數，以用於判斷所述待測者的心率是否正常包括：

當所述心率參數小於60時，所述待測者心動過緩；

當所述心率參數處於60-100時，所述待測者心動正常；

當所述心率參數大於100時，所述待測者心動過速。

可選的，所述將所述心音編碼信號根據預設數據長度進行分段為：

將所述心音編碼信號以2s的數據長度進行分段。

可選的，所述對心音包絡信號進行量化編碼，得到心音編碼信號為：

對所述心音包絡信號進行量化級數為64的量化編碼，得到所述心音編碼信號。

可選的，所述並對所述心音信號進行預處理為：

對所述心音信號進行高通濾波處理；

將濾波處理後的心音信號降採樣至預設傳輸模式下的抽樣頻率；

對降採樣的心音信號進行歸一化處理，得到歸一化的抽樣心音信號；

對所述抽樣心音信號進行基於單自由度的包絡提取。

本發明實施例另一方面提供了一種心音信號解析裝置，包括：

心音信號預處理模塊，用於獲取待測者的心音信號，並對所述心音信號進行預處理，以獲取所述心音信號的包絡信號；

心音像矩陣生成模塊，用於對心音包絡信號進行量化編碼，得到心音編碼信號，將所述心音編碼信號根據預設數據長度進行分段，根據各段所述心音編碼信號以及相應的元素生成心音像矩陣；

提取特徵參量模塊，用於將所述心音像矩陣中各元素作為rgb元素，構建心音像圖，根據所述心音像圖提取心音的特徵參量，所述特徵參量包括心音直線、心音直線相關參數以及心動周期差異性；

評價模塊，用於根據所述特徵參量以及所述心音像圖的色彩變化，對所述待測者的心臟狀況進行評價。

本發明實施例還提供了一種心音信號解析系統，包括心音信號採集模塊、顯示器以及如上所述的心音信號解析裝置。

所述心音信號採集模塊用於採集待測者的心音信號；

所述顯示器用於顯示心音像圖，並顯示所述待測者的心臟評價結果。

可選的，還包括：

人機互動模塊，用於接收用戶在所述心音像圖選取的心音色段以及心雜音位置。

本發明實施例提供了一種心音信號解析方法，通過對獲取到的心音信號進行預處理得到包絡心音信號，然後對該包絡信號進行量化編碼、分段處理以獲取心音信號的心音像矩陣，根據心音像矩陣構建rgb顏色空間的心音像圖，並從心音像圖中提取可反映心臟生理信息以及病理信息的特徵參量，通過這些特徵參量以及心音像圖的色彩變化對待測者的心臟狀況進行評價。

本申請提供的技術方案的優點在於，根據人眼對色彩變化的敏感特點，將經過處理的待測心音信號進行量化編碼，構建心音像圖，通過色彩的明亮表徵心音的強弱，以色彩的變化來表徵心音信號的變化，方便簡潔、直觀易懂；此外，由於人體心音之間的差異以及採集數據時外界噪聲的幹擾，會造成對同一被測者的心音分析結果不同，通過將心動周期差異性作為特徵參量，有效的消除了脈衝式噪聲的影響，將心音信號進行量化，也有利於消除外界噪聲的幹擾，有利於提高整個心音解析的準確度；在已有的診斷指標基礎上，通過心音像圖求取新的特徵參量作為診斷的指標，有利於提高整個心音信號解析的準確性，有利於獲取更深層次的生理信息以及病理信息。

此外，本發明實施例還針對心音信號解析方法提供了相應的實現裝置與系統，進一步使得所述方法更具有實用性，所述裝置以及系統具有相應的優點。

附圖說明

為了更清楚的說明本發明實施例或現有技術的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單的介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發明實施例提供的一種心音信號解析方法的流程示意圖；

圖2為本發明實施例提供的經過降噪以及歸一化處理的心音包絡信號示意圖；

圖3為本發明實施例提供的心音編碼信號進行分段以及成像的示意圖；

圖4為本發明實施例提供的標準正常心音的心音像圖；

圖5為本發明實施例提供的標準正常心音的心音像圖的特徵參量表徵示意圖；

圖6為本發明實施例提供的心音直線提取的流程示意圖；

圖7為本發明實施例提供的心音直線相關參數的計算原理示意圖；

圖8為本發明實施例提供的心雜音位置與類型判斷的流程示意圖；

圖9為本發明實施例提供的圖7中心雜音及噪聲標記1的流程示意圖；

圖10為本發明實施例提供的圖7中心雜音及噪聲標記2的流程示意圖；

圖11為本發明實施例提供的室間隔缺損的心音信號、心音包絡信號以及心音像圖；

圖12為本發明實施例提供的房間隔缺損的心音信號、心音包絡信號以及心音像圖；

圖13為本發明實施例提供的動脈導管未閉的心音信號、心音包絡信號以及心音像圖；

圖14為本發明實施例提供的心音信號解析裝置的一種具體實施方式結構圖；

圖15為本發明實施例提供的心音信號解析系統的一種具體實施方式結構圖。

具體實施方式

為了使本技術領域的人員更好地理解本發明方案，下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步的詳細說明。顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。

本申請的說明書和權利要求書及上述附圖中的術語「第一」、「第二」、「第三」「第四」等是用於區別不同的對象，而不是用於描述特定的順序。此外術語「包括」和「具有」以及他們任何變形，意圖在於覆蓋不排他的包含。例如包含了一系列步驟或單元的過程、方法、系統、產品或設備沒有限定於已列出的步驟或單元，而是可包括沒有列出的步驟或單元。

本申請的發明人經過研究發現，由於現代人生活節奏越來越快，且心血管病逐漸呈現年輕化的趨勢，越來越多的人沒有時間到醫療中心做正規的體檢，而早期檢測對預防與控制心血管病有巨大的價值。而現有技術對心音信號的解析通過一維波形圖進行展示，對於無醫學知識的人或者經驗不足的人，通過波形圖無法準確剖析心音信號攜帶的生理信息以及病理信息。

鑑於此，本申請通過根據人眼對色彩變化的敏感特點，將經過處理的待測心音信號進行量化編碼，生成心音像矩陣，根據心音像矩陣構建心音像圖，通過色彩的明亮表徵心音的強弱，以色彩的變化來表徵心音信號的變化，方便簡潔、直觀易懂。

在介紹了本發明實施例的技術方案後，下面詳細的說明本申請的各種非限制性實施方式。

首先參見圖1，圖1為本發明實施例提供的一種心音信號解析方法的流程示意圖，本發明實施例可包括以下內容：

s101：獲取待測者的心音信號，並對所述心音信號進行預處理，以獲取所述心音信號的包絡信號。

可通過心音聽診器來獲取待測者的心音信號，也可通過壓力傳感器進行獲取，當然，也可採用其他任何方式進行獲取，這均不影響本申請的實現。

由於各種外界幹擾噪聲以及採集儀器的不同，故在使用獲取到的信號之前需要對該心音信號進行預處理，具體的可為：

對心音信號進行高通濾波處理；

將濾波處理後的心音信號降採樣至預設傳輸模式下的抽樣頻率；

對降採樣的心音信號進行歸一化處理，得到歸一化的抽樣心音信號；

對抽樣心音信號進行基於單自由度的包絡提取。

由於正常心音的頻帶範圍在30～150hz，異常心音的頻帶分布差異較大，頻帶範圍較寬，高頻雜音高達600hz，有時可達1000hz，故可對其進行高通濾波，以消除外界高頻幹擾對微弱心音信號的影響，當然，也可採用其他方式。

由於在使用電子聽診器或傳感器進行心音採集的過程中，不可避免的會引入外界噪聲以及幹擾，因此在對心音進行解析前，可對其進行降噪處理，以儘可能的消除外界噪聲對心音解析的影響，經過降噪處理後得到的心音信號如圖2所示。

一般獲取到的原始心音信號為採樣頻率為44.1khz，為了便於後續進行通信傳輸，可對其進行降採樣處理，例如降採樣至話音pcm相對應的抽樣頻率8khz。降採樣是降低特定信號的採樣率的過程，通常用於降低數據傳輸速率或者數據大小。由於不同的機器對心音信號的放大倍數不同，即幅值不同，為了便於後續操作中，各個信號的差異影響整個心音分析結果，可對其進行歸一化處理。

相較於原始心音信號，心音包絡能夠更加清晰直觀的反映心音信號的特點。同時，提取的心音包絡減少了一定的數據量，簡化了後期心音信號數據的處理量。同其他的心音包絡提取方法相比較，基於單自由度的心音包絡提取，簡便快捷，在一定的精度要求下，實時性更好。提取得到的歸一化的心音包絡如圖2所示。

s102：對心音包絡信號進行量化編碼，得到心音編碼信號，將所述心音編碼信號根據預設數據長度進行分段，根據各段所述心音編碼信號以及相應的元素生成心音像矩陣。

對得到的心音包絡信號進行歸一化處理後，得到的數據在0-1之間，根據多次實驗發現，對心音包絡信號進行量化級數為64的的量化編碼，有效的避免了由於量化級數過小而造成的量化噪聲；同時，還有效的避免了由於量化級數過大加大的數據的處理量，且過高的量化級數也並不能提升人眼對色彩變化所產生的感知度。可以獲取較為理想的心音呈現結果，且不會減慢數據的處理速度。

由於心音是一個具有準周期性的信號，每一個心動周期中包括第一心音、第二心音、舒張期以及收縮期，且各個階段都具有基本一致的持續時間。為了保證分段數據必定包含至少一個以上的完整心音周期，經過多次研究，將心音編碼信號以2s的數據長度進行分段。請參閱圖3所示，並將心音分段數據所對應的行索引號作為心音像矩陣元素的行索引號，將心音分段數據中對應元素所在列的列索引作為心音像矩陣元素的列索引號，構建對應的心音像矩陣。

s103：將所述心音像矩陣中各元素作為rgb元素，構建心音像圖，根據所述心音像圖提取心音的特徵參量，所述特徵參量包括心音直線、心音直線相關參數以及心動周期差異性。

將心音矩陣元素分別作為rgb元素，建立相應的色圖模板，構建rgb顏色空間的心音成像圖，即並進行心音成像。可使用3m公司標準心音資料庫的正常心音的心音成像圖如圖4所示。

心音直線包括第一心音直線以及第二心音直線，具體可通過下述方式進行確定：

在心音像圖中確定第一心音對應的第一心音色段，以及第二心音對應的第二心音色段；

在各第一心音色段確定相應的第一心音峰值點、以及在各第二心音色段確定相應的第二心音峰值點；

將各個峰值點進行相連並進行直線擬合，以獲取第一心音直線以及第二心音直線。

心音直線相關參數可包括心音直線斜率、心音直線對應的心率參數。當然，也可包括其他參數，這均不影響本申請的實現。其中，心音直線對應的心率參數可用來表徵被測者的心率，具體可為：

當所述心音直線對應的心率參數小於60時，所述待測者心動過緩；

當所述心音直線對應的心率參數處於60-100時，所述待測者心動正常；

當所述心音直線對應的心率參數大於100時，所述待測者心動過速。

心動周期差異性為同一被測者在不同情況下的心動周期的差異，通過有效的識別這種差異性，有利於準確的分析心音信號。

由於人體心音之間極大的差異性以及採集數據時不同的噪聲環境的影響，針對同一被測者的心音分析，可能會得到兩種截然不同的結果，這極大的限制了心音聽診及其智能化診斷分析的發展。可實時通過聽診獲取被測者的心搏情況，以及各個心搏之間的差異性，與此同時，由於心音信號具有準周期這一特點，如果心音信號之間具有脈衝式噪聲，可以根據它與明確的已知的心音信號之間的不同進行區分，消除脈衝式噪聲對心音分析的影響。

需要說明的是，上述所列的特徵參量僅為本申請所提出來的新的心臟表徵參量，還包括現有的診斷指標，例如脈搏跳動的強度和時間、收縮力等，當然，還可包括其他特徵參量。

s104：根據所述特徵參量以及所述心音像圖的色彩變化，對所述待測者的心臟狀況進行評價。

對心臟狀況進行評價可包括一下判斷步驟：

判斷所述第一心音色段、所述第二心音色段、舒張期心音色段以及收縮期心音色段的長度以及顏色變化是否滿足預設正常條件；

如圖5所示，為心音像圖t1、t2為各色段的長度、ts、t12、t11、td為色段間的距離。心音像圖中的色段，例如第一心音色段、第二心音色段、舒張期心音色段以及收縮期心音色段反映的是各個階段的持續時間，相應的即為第一心音持續時間、第二心音持續時間、舒張期心音持續時間以及收縮期心音持續時間。

由於得到的心音像矩陣是由心音的時間序列分段形成的，所以形成的心音成像圖的像素值會具有一定的變化規律。如果是正常心音，呈現在圖像上即為所得到的圖像的每一行中的第一心音有相同長度的色彩變化段，且在該變化段內的色彩範圍及變化趨勢幾近相同。心音信號中一般包含第一心音和第二心音，且根據心音信號的特點可知，第一心音持續時間(0.10-0.12s)大於第二心音持續時間(0.08s)，反應在心音成像圖上即為第一心音所對應的色彩變化段的長度要大於第二心音所對應的色彩變化段，可依據此作為心音成像圖上第一心音色段和第二心音色段的區分，相應的心動周期中的舒張期對應的色彩變化段要大於收縮期對應的色彩變化段。找到對應第一心音的最大峰值處的心音成像圖上每行中第一個表示第一心音變化的色彩變化段內的最深顏色處對該點描記(第一心音峰值)並進行連線，可以發現這些第一心音峰值所得到的連線近似與一條直線，定義為第一心音直線，對第二心音進行相同的操作可得到與第一心音相同的結果，且第二心音峰值連線得到的近似直線(第二心音直線)與第一心音直線具有平行關係。

計算心音直線斜率，並根據所述心音直線斜率以及所述心音信號的採樣率計算心動周期，根據所述心動周期計算所述心音直線對應的心率參數，以用於判斷所述待測者的心率是否正常；

具體的，心音直線的提取的流程示意圖，請參閱圖6所示，可包括：

當得到的心音成像圖上具有清晰明確的心音峰值描記點時，提取得到心音峰值的描記點後，構建一個空的差值矩陣，用來存在心音成像圖上所對應的心音峰值描記點之間的差值，在心音成像圖某一行上的心音峰值描記點，依據依次出現順序定義為第i(i＝1，2，……，n)個心音峰值描記點。將第一行中的第一個心音峰值描記點與在第二個心音峰值描記點之間的間隔差值作為標誌位，與同一水平線上的第三個心音峰值描記點之間的間隔差值作為標誌位2，依次類推，在同一水平線上，若有n(n>＝3)個心音峰值描記點，則有n-1個標誌位。之後對得到標誌位進行分析，將第i個心音峰值描記點的標誌位與第i+1個心音峰值描記點的標記為進行對比，如若前者較大，則將第i個心音峰值描記點歸類到第一心音峰值描記點類，第i+1個歸類到第二心音峰值描記點類，反之，則第i個為第二心音峰值描記點類，第i+1個為第一心音峰值描記點類。然後根據得到的每一行的心音峰值描記點的個數確定心音成像圖所對應的最大數目的心音直線個數。確定方法是找到心音成像圖中每一行所得到的最小的心音峰值描記點的個數，確定每一行所能對應的心音直線的數目，並將該行的心音直線的數目與前後兩行各自比對，如若上一行的心音直線的數目與改行相同，則將該行的心音峰值描記點依據其出現的順序分別於上一行同樣順序的心音峰值描記點歸為同一類，如若該行心音直線的數目與上一行的數目不同，可分為兩種情況：一是大於上一行的心音直線的數目，此種情況下，二是小於上一行的心音直線的數目。第一種情況下，假如大上一行心音直線m條，則將兩行中相同順序的心音峰值描記點歸為同一類，如若是小於上一行數目，則將該行中第i個心音峰值描記點與上一行中第i+m個心音峰值描記點歸為一類。將得到的不同類別的心音峰值描記點使用最小二乘法進行直線擬合，得到心音直線，並求解心音直線斜率。

心音直線相關參數計算的原理示意圖可參見圖7所示，具體的可為：

根據上述方法得到的心音直線後，任意選擇某一第一心音峰值點o作為坐標原點，點o在心音成像圖中的位置為(x1，y1)，並沿該原點向右延伸建立x軸，以該原點向下延伸建立y軸，得到以心音峰值點為原點的xoy坐標系，選取與該原點距離最近的第一心音直線上的任意兩點，使用兩點式求解該心音直線在該坐標系中的心音直線方程，得到該心音直線的斜率k和截距c2，利用心音直線相關參數求解被測者心率。

如圖7所示，(x2-x1，y2-y1)為點c在oxy坐標系中的坐標，(x2，y2)為點c在心音成像圖中的位置；(x3-x1，y3-y1)為點a在oxy坐標系中的坐標，(x3，y3)為點a在心音成像圖中的位置；(x4-x1，y4-y1)為點b在oxy坐標系中的坐標，(x4，y4)為點b在心音成像圖中的位置；xi為在心音成像圖中水平方向自左向右的位置，yi為在心音成像圖中垂直方向自上向下的位置，k為心音直線斜率，c2為心音直線ab在oxy坐標系中y軸的截距，t11為一個心動周期hr為心音直線對應的心率參數，fs為降採樣後心音信號的採樣率；

k＝(y2-y1)/(x2-x1)；

c2＝(y3-y1)-k(x3-x1)；

hr＝60/t11。

根據各心音色段的長度以及顏色變化在所述心音像圖中判斷心雜音的位置以及類型，所述心雜音類型為遞增型、遞減型、遞增遞減型以及持續型。

心雜音的位置以及類型的判斷方法的流程示意圖可參閱圖8，心雜音及噪聲標記1的流程示意圖請參閱圖9所示，心雜音及噪聲標記2的流程示意圖請參閱圖10所示，具體可為：

首先依據得到的心音成像圖確定該圖像是否具有清晰明確的心音色段，當得到的心音成像圖上具有明確的第一第二心音色段時，可依據心音色段的長短進行第一第二心音色段的鑑定。當具有清晰明確的心音色段，但該心音色段長度明顯大於第一第二心音色段長度時，說明此時出現了心雜音，無法區分第一第二心音色段，應根據得到的心音色段的長度來進行區分。首先判斷在該心音色段與非心音色段的長度比較，如若得到的心音色段長度大於非心音色段長度，則說明心雜音出現在舒張期，反之，心雜音則出現在收縮期。如若得到的心音成像圖無明顯的心音色段即整體顏色較為一致，區別不大，可能為心雜音持續在收縮期和舒張期均存在，且幅度較大，強烈的掩蓋了心音峰值。然後判斷心音色段的色彩變化趨勢，如若色段內整體色彩變化趨勢為藍色到紅色，說明心雜音呈遞增型，反之為遞減型；若為先由藍趨於紅再趨於藍，說明為遞增遞減型，若顏色比較一致，說明為持續型。

根據各所述心音色段的長度以及顏色變化、所述心音直線斜率、所述心雜音的位置以及類型對所述待測者的心臟狀況進行評價。

無論是正常心音還是異常心音，心音峰值連線得到的心音直線均近似於一條直線，使用最小二乘法擬合求解得到的第一心音直線與第二心音直線具有平行關係。在分段長度固定的前提下，得到的心音直線的斜率與心音的基本心動周期長度具有一定的關係。

正異常心音對應的心音成像圖均在第一、第二心音峰值處顏色為深紅色，且多數情況下，心音成像圖上第一心音色段長度要大於第二心音色段長度，舒張期心音色段長度大於收縮期心音色段長度這與心音的基本特點相吻合。

正常心音對應的心音成像圖上的舒張期與收縮期對應顏色為深藍色，異常心音的收縮期或者舒張期對應會出現非深藍色的色彩塊，並根據不同的心音特點具有不同顏色變化的色段，但顏色主要為由深藍色逐漸向紅色靠攏、顏色先由深藍色向深紅色靠攏再逐漸回歸到深藍色、顏色由深紅色逐漸向深藍色靠攏以及顏色幾乎保持不變這四種類型，這也剛好對應了心雜音在以時間序列表示的遞增型、遞增遞減型、遞減性以及持續型四種雜音類型。

基於心音的準周期性，將由第一心音峰值得到的第一心音直線平移至第一心音起始點和第一心音結束點得到同第一心音直線相平行的兩條直線第一心音起始直線和第一心音結束直線，可根據心音中每個心動周期同任一選擇的心動周期的差異及大小，第二心音、舒張期、收縮期以及心動周期的差異及大小可採用相同的辦法得到直觀的表達。

當第一心音或者第二心音出現分裂時，可以在心音成像圖上得到清晰的體現。

在本申請提供的技術方案中，根據人眼對色彩變化的敏感特點，將經過處理的待測心音信號進行量化編碼，構建心音像圖，通過色彩的明亮表徵心音的強弱，以色彩的變化來表徵心音信號的變化，方便簡潔、直觀易懂；此外，由於人體心音之間的差異以及採集數據時外界噪聲的幹擾，會造成對同一被測者的心音分析結果不同，通過將心動周期差異性作為特徵參量，有效的消除了脈衝式噪聲的影響，將心音信號進行量化，也有利於消除外界噪聲的幹擾，有利於提高整個心音解析的準確度；在已有的診斷指標基礎上，通過心音像圖求取新的特徵參量作為診斷的指標，有利於提高整個心音信號解析的準確性，有利於獲取更深層次的生理信息以及病理信息。

在一種具體實施方式中，基於上述實施例，本申請還提供了另外一個實施例，可包括：

向當前用戶顯示心音像圖，並接收用戶在心音像圖選取的心音色段以及心雜音位置。

提供人機互動界面，在系統進行向用戶顯示所構建的心音像圖後，用戶可根據自身經驗對系統自動提取的心音色段以及心雜音的位置進行進一步的選取，可有效的避免系統出錯造成的被測者心音分析不準的現象出現，進一步保證心音解析方法的準確性以及可靠性。

為了更好的理解本申請提供的技術方案，本申請還以具體的心血管疾病為例。

在異常心音的心音成像圖的特徵特性分析部分，如果是異常心音，不同的心血管疾病具有不同的特點，對應的，不同種類的異常心音圖也各有特點。以常見的房間隔缺損、室間隔缺損和動脈導管未閉為例，分析相應的心音成像圖。

室間隔缺損的心音特點為在胸骨左緣第3，4肋間(依缺損所處位置的高低而異)可聞及ⅲ-ⅳ級全收縮期噴射性雜音，有時可有第2音亢進和舒張期雜音，嚴重者有肺動脈瓣區第2心音或肺動脈瓣關閉不全的舒張期雜音，有時亦可為舒張期遞減性雜音，由於兩雜音之間的間隔時間甚短，易誤為持續性雜音。採集室間隔缺損患者胸骨左緣第3、4肋間部位的心音得到的心音成像圖如圖11所示，為方便與與時間序列的表達方式進行比對，圖11中也給出了原始的心音信號和心音包絡信號。通過心音成像圖上對應區域顏色的逐漸加深，看出，雜音位於收縮期，且呈現遞增型，部分心動周期中，第二心音呈現亢進。而在以時間序列形式的表達中，僅能看出雜音位於收縮期，而雜音的類型並不明顯。

房間隔缺損的心音特點為胸骨左緣第2或第3肋間可聽及噴射性收縮期雜音。肺動脈瓣關閉時出現肺動脈瓣區第二心音，第2音亢進，固定分裂。如圖12所示為房間隔缺損對應的以時間序列表達的房間隔缺損的心音信號、心音包絡信號和心音成像圖。從心音包絡上可以明顯的看出，收縮期雜音為持續性雜音。這在心音的成像圖上也得到了明確的反應，並且還可以通過心音成像圖上對應區域可以看出第二心音發生明顯的分裂，且各自的間隔時限幾近相同。

動脈導管未閉心音特點為在胸骨左緣第二肋間能聽到響亮的連續性雜音，收縮期增加。在肺動脈瓣區第一心音之後，有收縮期遞增形雜音，與第二心音相連，有時掩蓋第二心音，再繼之以舒張期遞減形雜音，類似以亢進的第二心音為中心的菱形雜音。如圖13為動脈導管未閉的心音信號、心音包絡和心音成像圖。從心音包絡上可以明顯的看出，第一心音和第二心音之間具有較強的雜音發發生，並且是持續性雜音，以至於使得第一心音和第二心音之間無區分界點。這在心音的成像圖上也得到了明確的反應，並且還可以通過心音呈現圖上對應區域顏色的逐漸加深後又逐漸轉淡看出，雜音位於收縮期呈現遞增型，雜音位於舒張期呈現遞減型，部分心動周期中，第二心音呈現亢進。

本發明實施例還針對心音信號解析方法提供了相應的實現裝置，進一步使得所述方法更具有實用性。下面對本發明實施例提供的心音信號解析裝置進行介紹，下文描述的心音信號解析裝置與上文描述的心音信號解析方法可相互對應參照。

參見圖14，圖14為本發明實施例提供的心音信號解析裝置在一種具體實施方式下的結構圖，該裝置可包括：

心音信號預處理模塊1401，用於獲取待測者的心音信號，並對所述心音信號進行預處理，以獲取所述心音信號的包絡信號。

心音像矩陣生成模塊1402，用於對心音包絡信號進行量化編碼，得到心音編碼信號，將所述心音編碼信號根據預設數據長度進行分段，根據各段所述心音編碼信號以及相應的元素生成心音像矩陣。

提取特徵參量模塊1403，用於將所述心音像矩陣中各元素作為rgb元素，構建心音像圖，根據所述心音像圖提取心音的特徵參量，所述特徵參量包括心音直線、心音直線相關參數以及心動周期差異性。

評價模塊1404，用於根據所述特徵參量以及所述心音像圖的色彩變化，對所述待測者的心臟狀況進行評價。

本發明實施例所述心音信號解析裝置的各功能模塊的功能可根據上述方法實施例中的方法具體實現，其具體實現過程可以參照上述方法實施例的相關描述，此處不再贅述。

由上可知，本發明實施例根據人眼對色彩變化的敏感特點，將經過處理的待測心音信號進行量化編碼，構建心音像圖，通過色彩的明亮表徵心音的強弱，以色彩的變化來表徵心音信號的變化，方便簡潔、直觀易懂；此外，由於人體心音之間的差異以及採集數據時外界噪聲的幹擾，會造成對同一被測者的心音分析結果不同，通過將心動周期差異性作為特徵參量，有效的消除了脈衝式噪聲的影響，將心音信號進行量化，也有利於消除外界噪聲的幹擾，有利於提高整個心音解析的準確度；在已有的診斷指標基礎上，通過心音像圖求取新的特徵參量作為診斷的指標，有利於提高整個心音信號解析的準確性，有利於獲取更深層次的生理信息以及病理信息。

本發明實施例還提供了一種心音信號解析系統，請參見圖15，可包括：

心音信號採集模塊1501、顯示器1502以及如上所述的心音信號解析裝置1503；

所述心音信號採集模塊1501用於採集待測者的心音信號；

所述顯示器1502用於顯示心音像圖，並顯示所述待測者的心臟評價結果；

所述心音信號解析裝置1503的具體功能可根據上述實施例中進行實現，此處就不再贅述。

採集心音信號的可為壓力傳感器，例如採用壓電傳感器，就獲取的心音信號轉化為電信號進行輸出；也可採用聽診器進行獲取。

在一種具體實施方式中，所述系統還可包括：

人機互動模塊1504，用於接收用戶在所述心音像圖選取的心音色段以及心雜音位置。

本發明實施例所述心音信號解析系統的各功能模塊的功能可根據上述方法實施例中的方法具體實現，其具體實現過程可以參照上述方法實施例的相關描述，此處不再贅述。

由上可知，根據人眼對色彩變化的敏感特點，將經過處理的待測心音信號進行量化編碼，構建心音像圖，通過色彩的明亮表徵心音的強弱，以色彩的變化來表徵心音信號的變化，方便簡潔、直觀易懂；此外，由於人體心音之間的差異以及採集數據時外界噪聲的幹擾，會造成對同一被測者的心音分析結果不同，通過將心動周期差異性作為特徵參量，有效的消除了脈衝式噪聲的影響，將心音信號進行量化，也有利於消除外界噪聲的幹擾，有利於提高整個心音解析的準確度；在已有的診斷指標基礎上，通過心音像圖求取新的特徵參量作為診斷的指標，有利於提高整個心音信號解析的準確性，有利於獲取更深層次的生理信息以及病理信息。

本說明書中各個實施例採用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其它實施例的不同之處，各個實施例之間相同或相似部分互相參見即可。對於實施例公開的裝置而言，由於其與實施例公開的方法相對應，所以描述的比較簡單，相關之處參見方法部分說明即可。

專業人員還可以進一步意識到，結合本文中所公開的實施例描述的各示例的單元及算法步驟，能夠以電子硬體、計算機軟體或者二者的結合來實現，為了清楚地說明硬體和軟體的可互換性，在上述說明中已經按照功能一般性地描述了各示例的組成及步驟。這些功能究竟以硬體還是軟體方式來執行，取決於技術方案的特定應用和設計約束條件。專業技術人員可以對每個特定的應用來使用不同方法來實現所描述的功能，但是這種實現不應認為超出本發明的範圍。

結合本文中所公開的實施例描述的方法或算法的步驟可以直接用硬體、處理器執行的軟體模塊，或者二者的結合來實施。軟體模塊可以置於隨機存儲器(ram)、內存、只讀存儲器(rom)、電可編程rom、電可擦除可編程rom、寄存器、硬碟、可移動磁碟、cd-rom、或技術領域內所公知的任意其它形式的存儲介質中。

以上對本發明所提供的一種心音信號解析方法、裝置及系統進行了詳細介紹。本文中應用了具體個例對本發明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用於幫助理解本發明的方法及其核心思想。應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以對本發明進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本發明權利要求的保護範圍內。