远程心脏储备指标分析系统及其方法技术方案

本发明专利技术公开了一种远程心脏储备指标分析系统及其方法，其中方法包括如下步骤：１）心音信号预处理，２）采用小波变换对心音信号进行包络提取，３）选取自适应阈值去除非第一、第二心音信号成分，４）计算经步骤３）处理后信号的一阶差分值并选取差分阈值处理检测峰值，５）根据心音信号特征确定第一心音和第二心音并计算心脏储备指标；本发明专利技术的有益技术效果是：提供了一种无创、便捷、实用和普及的心脏储备指标远程监护技术。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种远程监护心脏储备指标技术，尤其涉及一种远程心脏储备指标分析系统及其方法。
技术介绍
心脏储备是心脏功能的一个最重要的方面。目前已经有多种心脏功能的测试和评估方法：1，心电图检查：心电图检查是心脏变时性和变传导性的最佳监测方法，但不能用来监测心脏的变力性；2，心导管检查：心导管检查测定心功能虽然客观、量化，但属于有创伤检查，需在导管室无菌操作下进行，且不宜重复使用；3，超声心动图：超声心动图能通过对心腔各径从舒张期到收缩期的变化程度和速度以及射血分数等的测算来评估心肌的功能状态，但不便于现场应用，且某些指标敏感性较差(例如，Carabello在Circulation杂志对理想的心肌收缩能力的指标提出了5个要求：对心力变化敏感，对负荷独立，对心脏大小和质量独立，易于应用和安全，证明能用于临床条件，Carabello指出，射血分数指标易于应用，但敏感性差)；此外，超声检测的最大心肌劲度(maxEav，即左室收缩末期应力-应变关系的斜率)是评估心力的最佳指标，但尚不能普及应用；4，放射性核素心血池显影：放射性核素心血池显影的敏感性、特异性都高，但价格昂贵，难以推广；5，最大氧摄量及无氧代谢阈测定：最大氧摄量及无氧代谢阈测定虽属客观、实用、可靠，但又受呼吸功能的影响，且不适于在日常条件下应用。心音信号的分析和研究对心脏储备能力的评估有重要意义。心血管系统的病变在导致ECG信号出现异常前，可能首先出现心脏杂音和心音变异，心音具有心电不可替代的诊断信息。由于任何心脏病最终都有可能导致心力衰竭，在心血管病诊断，治疗和康复过程中对心脏变力性，变时性和变传导性进行监测和评估是非常必要的常规工作。目前关于心音信号的传输技术的应用，根据文献报道，已有的是基于GPRS网络，GSM网络的远程传输和基于蓝牙的短距离无线传输。GPRS和GSM价格比较贵，蓝牙一般传输距离不超过1000m，不能为更远距离的人们服务。而基于电话网络的传输方式还未见国内有类似研究，电话相对于以上传输方式更廉价，更易于进入社区和家庭。基于电话网络的心音信号的远程传输在远程医疗上将有非常广泛的应用前景。我围的电话网络已经十分发达，而且-->普及率很高。利用电话终端来传输心音生理信号，从而实现远程诊断和监护，为多方面测试心脏状态提供一种新的有用技术，并具有无创性、便捷性、实用性和普及性。
技术实现思路
本专利技术公开了一种心脏储备指标的分析方法，它包括：1)心音信号预处理，2)采用小波变换对心音信号进行包络提取，3)选取自适应阈值去除非第一、第二心音信号成分，4)计算经步骤3)处理后信号的一阶差分值并选取差分阈值处理检测峰值，5)根据心音信号特征确定第一心音和第二心音并计算心脏储备指标。1)心音信号预处理，包括：将心音信号进行重采样后，采用最小二乘法消除多项式趋势项，并且对心音信号进行数字低通滤波处理，使用五点三次法对心音信号进行平滑。所述心音信号进行重采样，包括：对收到的心音信号进行5点重采样，采样频率2205Hz。所述2)采用小波变换对心音信号进行包络提取，采用Morlet小波对信号进行包络提取。3)选取自适应阈值去除非第一、第二心音信号成分，包括：心音能量包络信号最大值乘以修正系数a，即为所选阈值，a取值0-1，将所有小于该阈值的点的值赋为0。步骤4)中所述的选取差分阈值处理检测峰值，包括：根据5秒心音能量数据算出10个最大差分值，排序去除具中的最大、最小值，对剩下的8个最大差分值取其算术平均值，得到的算术平均值乘以修正系数b即为差分阈值X，根据差分阈值X去除处理过程中的尖峰干扰。所述心脏储备指标，包括：心率，第一心音幅值/第二心音幅值和舒张期时间/收缩期时间。一种基于上述方法的远程心脏储备指标的分析系统，它包括：心音信号采集模块、电话网络、心脏储备指标分析模块，心音信号采集模块采集被监测者的心音信号，把采集到的心音信号通过电话网络传输到心脏储备指标分析模块，由心脏储备指标分析模块对被监测者的心音信号进行处理、存储和分析。心音信号采集模块包括：心音传感器、阻容耦合电路、高/低通滤波器、陷波器、增益控制电路，阻容耦合电路提取心音传感器输出信号中的有效交流成份并抑制直流漂移，阻容耦合电路的输出信号经高/低通滤波器处理后传输到陷波器，陷波器用于消除50HZ工频电磁场的干扰，陷波器输出信号经增益控制电路处理，防止心音信号幅值过高或过低的情况。采集到的心音信号通过电话网络传输到心脏储备指标分析模块，包括：采集到的心音信号经光电隔离电路处理后传输到电话音频输入端，通过电话线网络传输到接收端，接收端将电话线网络传输来的心音信号通过相同的光电隔离电路处理后输入计算机音频接口。本专利技术的有益技术效果是：提供了一种无创、便捷、实用和普及的心脏储备指标远程监护技术。附图说明图1，本专利技术的结构框图；-->图2，心音信号采集模块电路原理图；图3，心音信号传输电路原理图；图4，心脏储备指标分析软件流程图；附图中：图1中的“放大滤波电路”包括了：阻容耦合电路、陷波器、增益控制电路，图上为了省略故没有分别标注。具体实施方式参见附图1，受试者的心音信号通过心音传感器提取后，进行放大滤波处理，放大的倍数根据传感器的输出信号幅度和电话传输信号电压范围来确定。信号经过上述处理后，需要通过隔离电路才可以安全地耦合到电话线上进行传输。同样的，在中心接收端电话上的信号需要经过隔离电路才可以输入到计算机。分析软件可以实时地对患者的心音信号进行分析，并得出相应的心脏储备指标，最后通过电话网络将分析结果反馈给受试者。参见附图2，其中，C1和R3构成的阻容耦合电路用于提取心音传感器输出信号中的有效交流成份，抑制直流漂移。考虑到心音的主要频谱在10～100Hz之间，在设计中取R3＝200KΩ，C1＝1uF，即时间常数τ约为R95×C45＝200ms。U1A、R1和R2构成前级放大电路。U1B、C2、C3、R4、R5、R6构成2阶有源压控高通滤波器，U1C、R7、R8、R9、C4、C5构成二阶有源压控低通滤波器。整个带通滤波器的带宽为4～500Hz。经过滤波的心音信号再由U1D、R10、R11、R12构成的反相放大器进行二次放大。为了防止50HZ工频电磁场的干扰，本系统还设置了陷波器，该陷波器是能够对干扰源频率和干扰强度进行选择和调整的陷波器---非对称阻容网络陷波器。运放U2A，U2B，C6，C7，C8，R13，R14，R15，R16，可变电阻R17，R18构成一个有源带阻滤波器。其中R17调整陷波器的中心频率，R18调整品质因素Q值。心音作为一种机械振动信号，影响其强弱的因素很多，例如传感器的安放位置、检查者对传感器施加的压力的轻重，不同受试者胸壁厚薄的差异，呼吸的影响，另外在大负荷运动下，人体心音的强度会比安静时好几倍(如心功能强健的运动员在高强度运动下其心音幅度可以增大10倍左右)。因此，本系统在心音信号处理电路中设计了增益控制电路。该增益控制电路主要由R19，R20，R21，R22电阻率减网络和多路模拟开关CD4051构成。CD4051是一个八选一的数据选择器，在禁止INH为低电平时，它根据A，B，C这3位地址码来选择8个输入信号中对应的那一个与输出端X导通。本系统中采用开关本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种心脏储备指标的分析方法，其特征在于：它包括：１）心音信号预处理，２）采用小波变换对心音信号进行包络提取，３）选取自适应阈值去除非第一、第二心音信号成分，４）计算经步骤３）处理后信号的一阶差分值并选取差分阈值处理检测峰值，５）根据心音信号特征确定第一心音和第二心音并计算心脏储备指标。

【技术特征摘要】
1、一种心脏储备指标的分析方法，具特征在于：它包括：1)心音信号预处理，2)采用小波变换对心音信号进行包络提取，3)选取自适应阈值去除非第一、第二心音信号成分，4)计算经步骤3)处理后信号的一阶差分值并选取差分阈值处理检测峰值，5)根据心音信号特征确定第一心音和第二心音并计算心脏储备指标。2、根据权利要求1所述的心脏储备指标的分析方法，其特征在于：1)心音信号预处理，包括：将心音信号进行重采样后，采用最小二乘法消除多项式趋势项，并且对心音信号进行数字低通滤波处理，使用五点三次法对心音信号进行平滑。3、根据权利要求2所述的心脏储备指标的分析方法，其特征在于：所述心音信号进行重采样，包括：对收到的心音信号进行5点重采样，采样频率2205Hz。4、根据权利要求1所述的心脏储备指标的分析方法，其特征在于：所述2)采用小波变换对心音信号进行包络提取，采用Morlet小波对信号进行包络提取。5、根据权利要求1所述的心脏储备指标的分析方法，其特征在于：所述步骤3)选取自适应阈值去除非第一、第二心音信号成分，包括：心音能量包络信号最大值乘以修正系数a，即为所选阈值，a取值0-1，将所有小于该阈值的点的值赋为0。6、根据权利要求1所述的心脏储备指标的分析方法，其特征在于：步骤4)中所述的选取差分阈值处理检测峰值，包括：根据5秒心音能量数据算出10个最大差分值，排序去除其中的最大、最小值，对剩下的8个最大差分值...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭兴明，肖守中，季安，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：85[中国|重庆]