一种基于第二心音分裂系数的房间隔缺损检测方法

本发明涉及现代化医学信号处理，尤其是涉及一种基于第二心音分裂系数的房间隔缺损检测方法。

背景技术：

1、房间隔缺损(asd)作为最常见的先天性心脏病之一，其患者(生理)特征为左心室的血液会从左向右进行分流，导致右心室(rv)容量出现超负荷的现象，并伴有频繁的肺部感染、心悸、中风等一些症状。asd患者占先天性心脏病患者数量的10-15％，其年龄范围广泛分布在1至60岁。据调查，若能够进行早期检测治疗，治愈率将超过80％。目前常见的检测方法主要包括：超声心动图、x射线、心电图、磁共振成像等，其中超声心动图的分析结论是检测心脏病较为有效的依据，但它受制于较高的成本和较长的检查时间(约1小时)；而心音分析却是一种有效、快速、廉价且无创的心脏病检测方法。

2、心音信号主要由两部分构成：第一心音和第二心音。第一心音(s1)是指在心脏收缩期，由主动脉瓣关闭和心室壁扩张引起；第二心音(s2)是由主动脉瓣关闭(a2)和肺动脉瓣关闭(p2)发出的声音构成(除了缺少a2或p2的单个s2)。a2通常在p2之前闭合，产生一个称为“分裂”的时间延迟，并且在呼气阶段和吸气阶段存在差异。当吸气和呼气阶段的分裂没有显著变化时，被称为第二心音固定分裂，其往往是具有房间隔缺损型心脏病的心音在第二心音的特征体现，因此，通过检测第二心音固定分裂可实现主动脉瓣缺损型心脏病。目前为止，对s2分裂检测不足总结如下:①利用时频域难以确定和定位a2和p2；②用时间间隔评价s2的分裂程度易受呼吸活动和心率的影响等。针对以上不足，本发明提出了一种基于第二心音分裂系数的房间隔缺损检测方法。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种基于第二心音分裂系数的房间隔缺损检测方法，其房间隔缺损诊断精度高达95％以上。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种基于第二心音分裂系数的房间隔缺损检测方法，包括以下步骤：

3、s1、第二心音s2自动分割提取，其中包括：

4、s11、对采集到的原始心音hs进行滤波处理，获取心音信号hsf，对滤波后的心音hsf进行归一化；

5、s12、基于二阶中心矩对心音包络hse提取；

6、s13、对心音包络hse[n]采用短时修正希尔伯特变换算法生成特征曲线hsstmht，利用hsstmht过零点对应第一、第二心音分割点以及其顶点特征，结合心音舒张期和收缩期时间关系实现第二心音s2的自动分割提取；

7、s2、第二心音分裂系数定义及第二心音分裂时间间隔计算，其中包括：

8、s21、基于高斯混合模型对第二心音数学建模s2m；

9、s22、基于s2m对第二心音主动脉瓣关闭音a2和肺动脉瓣关闭音p2的特征参数估计并计算分割点spt；

10、s23、基于a2和p2重叠率对定义并计算

11、s3、房间隔缺损检测方法，确立基于和统计量的房间隔缺损型心音检测准则，需要确定两个额外参数：整个呼吸周期内正确检测为房间隔缺损s2的数量和正确比率cr。

12、优选的，在步骤s11中，采用电子听诊器记录原始心音hs，对hs进行滤波处理获取信号hsf并进行归一化，公式如下：

13、

14、优选的，在步骤s12中，采用二阶中心矩方法提取hsf的心音包络hse，公式如下：

15、

16、其中n＝0,1,…,n-1，n表示hsf[n]长度，窗口长度

17、优选的，在步骤s13中，对于心音包络hse采用短时修正希尔伯特变换算法生成特征曲线hsstmht，公式如下：

18、

19、其中wm[m]为高斯窗函数，m-n为窗函数的序列值，i＝m-(n-(m-1)/2)，we[i]表示短时修正希尔伯特变换算子，公式为

20、

21、优选的，在步骤s21中，基于高斯混合模型对第二心音建模s2m，

22、

23、其中，μk,ak,σk分别为第k个高斯函数的对称中心、权重系数和有效时宽。

24、优选的，在步骤s22中，根据下式，确定a2和p2所对应时间中心a2·tc和p2·tc，

25、

26、

27、s2m在区间t∈[μ1,μ2]的鞍点sp所对应的时间spt，将作为a2和p2之间的分割点，公式如下：

28、

29、优选的，在步骤s23中，包括以下步骤：

30、s231、定义：olr是鞍点sp所对应的s2m的幅度值与p2所对应s2m的幅度值的比率，s2分裂系数被用来评估高斯混合模型s2m中a2和p2之间的分裂程度，其定义如下：

31、

32、其中，值越大，分裂程度越严重；而表示不存在分裂，即两种混合成分a2和p2完全重叠，表示混合成分完全分裂，即两个混合成分之间完全分离；

33、s232、计算：对于没有第二心音分裂而有第三心音s3的情况下，在使用参数时，将混合成分之间的时间间隔定义为：

34、

35、其中，负的时间间隔可以将asd与其他分裂情况进行有效地区分。

36、优选的，在步骤s3中，检测方法包括：

37、s31、确认第n个移动窗口内包含s2分裂系数和时间间隔的估计值统计量其计算公式如下：

38、

39、

40、

41、其中，表示第n个移动窗口内s2数量，为第n个窗口内分裂系数均值，第n个窗口内分裂系数方差，第n个为窗口分裂间隔均值；

42、s32、用第n个移动窗口覆盖的心音初判房间隔缺损asd的必要条件如下：

43、

44、其中，thvμ+σ是的阈值；

45、首先，使用如下标准来区分固定分裂与宽分裂：

46、

47、其中，thvμ和thvσ分别是和的阈值；

48、其次，使用如下标准来区分固定分裂和第三心音s3：

49、

50、其中，是的阈值；

51、最后，使用如下标准来区分固定分裂与异常分裂：

52、

53、其中，是的另一个阈值。

54、优选的，在步骤s3中，正确比率cr的定义过程如下：

55、当正确比率cr大于某个阈值thvcr时将给定心音预测为房间隔缺损asd，即

56、

57、其中，thvcr是cr的阈值，nmw表示被检测为房间隔缺损asd的有效窗口数量，nw表示总体移动窗口的数量。

58、因此，本发明采用上述一种基于第二心音分裂系数的房间隔缺损检测方法，其技术效果如下：

59、(1)提出了一种基于高斯混合模型简单有效的a2和p2估计方法。

60、(2)提出了一种基于重叠率的第二心音分裂系数以降低心率对使用误判第二心音分裂。

61、(3)定义了一种结合与的统计量作为asd检测指标。

62、(4)为提高检测精度，采用心音检测正确率cr来综合评估s2固定分裂。

63、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。