心音信号包络提取和识别方法的比较分析研究
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重庆大学硕士学位论文心音信号的第一心音幅值提取算法的研究姓名:吕佶申请学位级别:硕士专业:信号与信息处理指导教师:朱冰莲20060401摘要心音检测为评估心脏和血管的功能与状态提供了低廉的非介入性的方法。
第一心音的幅值是心脏收缩能力的标准度量,心音图(PCG)可以用于心力储备的研究。
为此,需要消除PCG信号中的噪声,并用分段算法定位第一心音。
心音信号采集过程中会引入多种噪声,而这些噪声在频域的分布并不总是与心音信号的分布分离的,故传统的频域滤波方法的使用就受到了限制。
本文先介绍了主要的几种小波去噪方法,然后详细讨论了小波阈值收缩去噪方法,探讨了最影响其性能的分解尺度、阈值方法和阈值函数等问题。
在对仿真信号和真实信号去噪实验的基础上,选择了适当的去噪方案。
心音信号是一种非平稳的信号,而时频分析是处理这一类信号的有效方法。
本文简要的介绍了常用的时频分析方法,重点介绍了S变换方法及其离散算法。
通过考查几种时频分析得到的心音信号谱图和包络的性能,说明S变换是心音分析的有效方法。
心音分段采用了包络阈值方法。
提取包络使用了S变换方法,首先需要确定S 变换的分析窗口长度。
通过对比不同窗长的S变换的谱图性能和包络性能,最终确定了这一长度。
然后应用心脏生理特征参数和阈值方法对第一心音进行了定位。
实验表明,该方法是准确而有效的。
算法部分用标准C++实现,结果的图形表示部分则用Java实现。
首先设计了处理声音文件的类,然后通过正向抽取和逆向插值滤波器实现了小波阈值收缩去噪方法,利用C++标准库的算法缩短了其中中位数查找过程的时间。
使用FFTW 库实现S变换中的FFT和IFFT运算,提高计算S变换的性能。
实现时还考虑了高精度计时和移植性等问题。
关键词:心音,小波去噪,时频分析,S变换,心音识别ABSTRACTExamination of heart sound provides people with a cheap and non-invasive method to evaluate the function and status of heart and blood vessel.The amplitude of first heart sound is a normal measurement of cardiac contractility,and phonocardiogram(PCG) can be used in the study of cardiac contractility reserve.To achieve this,noise in the PCG signal should be removed,and a segmentation method should be used to locate the first heart sound.Various kinds of noises are introduced in the acquisition of heart sound signal.The distribution of noises in the frequency domain,however,is not always separate from that of heart sound signal.Thus,the use of traditional frequency domain filtering methods is limited.Several wavelet denoise methods are introduced,the waveshrink denoise method is discussed in detail later.The problem of decomposition scale, thresholding method and thresholding function are discussed.Appropriate denoise solution is selected based on the denoising experiment on simulated and actual signal.Heart sound signal is non-stationary signal,and time-frequency analysis is effective method to process this kind of monly used time-frequency analyses are introduced,S Transform and its discrete algorithm are emphasized.The review on the performance of spectrogram and envelope from several time-frequency analyses shows S Transform is an efficient method in heart sound analysis.The envelop-threshold method is used to segment the heart sound.S Transform is used to extract the envelope,and the length of analyzing window of S Transform needs to be defined.The length is set after the performance comparison of spectrogram and envelope from various window lengths.Then,physiological parameters of heart feature and threshold method are used to locate the first heart sound.Experiments show that this method is efficient and accurate.The algorithm is implemented in standard C++,and the graphic result representation is implemented in Java.Firstly,the sound file processing class is implemented.Then,the waveshrink denoise method is implemented with the help of forward decimation and backward interpolation filter.The algorithm provided in C++ standard library is utilized to shorten the time of median finding process.The FFTW library is exploited to implement the FFT and IFFT operation in S Transform,as a result, the performance of S Transform is improved.Precise timing and portability are alsotaken into consideration in the implementation of this algorithm.Keywords:Heart Sound,Time-Frequency Analysis,Wavelet denoising,S Transform Phonocardiogram Recognition1绪论1.1心音生理心动周期中,心肌收缩、瓣膜启闭、血液加速度和减速度对心血管壁的加压和减压作用以及形成的涡流等因素引起的机械振动,可通过周围组织传递到胸壁;如果将听诊器放在胸壁某些部位,就可以听到声音,称为心音。
心音信号的分析及其特征提取方法的研究
周静;杨永明;何为
【期刊名称】《中国生物医学工程学报》
【年(卷),期】2005(024)006
【摘要】心音的改变和心脏杂音的出现,往往是器质性心脏病的最早体征.本研究讨论了一种全面的、综合性的心音信号分析方法,从多个角度对方法进行了探讨,提取心音的特征值,区分不同的心音.分析和仿真结果证明该方法能有效地区分不同的心音,有助于器质性心脏病的辅助诊断.
【总页数】5页(P685-689)
【作者】周静;杨永明;何为
【作者单位】重庆大学高电压与电工新技术教育部重点实验室,重庆,400044;重庆大学高电压与电工新技术教育部重点实验室,重庆,400044;重庆大学高电压与电工新技术教育部重点实验室,重庆,400044
【正文语种】中文
【中图分类】R318.04
【相关文献】
1.心音信号包络提取识别别方法的比较分析研究 [J], 吴玉春
2.心音信号时频分析方法研究 [J], 李战明;韩阳;韦哲
3.心音信号分析方法及应用性研究 [J], 陈天华;韩力群;唐海滔;郑若金
4.心音信号特征分析与识别方法研究 [J], 周克良;王亚光;叶岑
5.两种时频分析方法在心音信号处理上的比较研究 [J], 陈新华;成谢锋
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第23卷 第3期2004年 9月北京生物医学工程Beijing Biomedical Engineering V ol 123 N o 13Sep. 2004基于数学形态学的心音包络提取与识别方法研究姚晓帅 郭兴明 陈剑 肖守中 摘 要 心音包络比原始心音可以更好地显示心音的特征,是进行心音独立识别的基础。
本文把数学形态学应用于心音包络的提取和识别的研究。
首先利用形态学滤波和全波整流对原始心音进行预处理;然后利用形态学闭运算提取心音包络;最后应用形态学开运算来消除噪声包络。
在数学形态学提取的心音包络基础上,对50例心音样本进行了第一心音、第二心音识别,全部20例正常心音的第一心音和第二心音被正确识别,27例包含心杂音的异常心音的第一心音、第二心音也被正确识别。
为进一步的心音分析及心音诊断奠定了基础。
关键词 心音 数学形态学 包络提取 数学形态学滤波中图分类号 R318104文献标识码A文章编号100223208(2004)0320201204E nvelope Extraction and R ecognition of H eart Sounds B ased on Mathem atical Morphology Y AO Xiaoshuai ,G UO Xingming ,CHEN Jian ,XIAO Shouzhong College o f Bioengineering ,K ey Laboratory for Biomechanics &Tissue Engineering(Chongqing Univer sity ),Ministry o f Education ,Chongqing 400044【Abstract 】 In this paper ,a new method was put forward for envelope extraction and recognition of heart s ounds based on mathematical m orphology.Firstly ,the original heart s ounds signal was preprocessed by mathematical m orphology filter and full 2wave rectification ;Secondly ,the envelope of heart s ounds was extracted by closing operation of mathematical m orphology ;Finally ,the envelope of noise included in the heart s ounds was elim inated by opening operation of mathematical m orphology.And based on the envelope extracted the first and second heart s ounds of 50sam ples of heart s ounds were recognized.The result showed that all of 20sam ples of normal heart s ounds were recognized and 27sam ples of heart s ounds ,including murmurs ,were recognized correctly.The foundation for further analysis and diagnosis of heart s ounds was established.【K ey w ords 】 Heart s ounds M athematical m orphology Envelope extraction M athematical m orphology filter作者单位:重庆大学生物工程学院、生物力学与组织工程教育部重点实验室(400044)作者简介:姚晓帅(1979—),男,硕士研究生,主要从事生物医学信号处理的研究。
种有效的心音信号分析方法引言在医学领域中,心音信号是评估心脏健康状况的重要指标之一。
对于初学者或非专业医学人员,心音信号的处理与分析可能是一项艰巨的任务。
尤其是在大量心音信号采集和处理过程中,处理方法的选择直接决定了结果的质量和研究成果的可靠性。
常见的心音信号分析方法在过去的几十年中,对于心音信号的处理与分析已经有了多种多样的方法。
下面将介绍几种常见的方法。
主成分分析 (PCA)主成分分析是一种数据分析方法,主要用于降维和数据可视化。
对于心音信号而言,PCA分析可以将复杂信号变换成具有更好可视化和比较性的低维度数据集。
PCA 的应用可不仅仅局限于降维和可视化,相反机器学习领域中也常用 PCA 进行特征提取,加速训练过程。
傅里叶分析傅里叶分析是另一种常见的信号分析方法,也是一种经典算法,可以通过将信号分解为频率以了解其特征。
在心音信号处理中,傅里叶分析可以通过将信号转换为频域查看峰值、频率分布等信息。
傅里叶变换后的频谱可以与其他信号进行比较,这对于进行心脏病音测量非常有用。
小波分析小波分析是一种比傅里叶分析更高级别的信号处理方法。
相对于傅里叶变换,小波变换能够更好地揭示信号的时间和频率特征。
因此,在处理噪音或包含多种频率组成的心音信号时,小波分析是一种优越的选择。
时频分析时频分析兼顾了时间域和频率域,能够更好地揭示信号的时频特征。
时频分析可以更好地解决心音信号可变性、多信号源和噪声干扰等问题。
机器学习算法机器学习算法是近年来快速发展的一种算法,利用数学模型或统计技术进行预测、分类、识别等。
在心音信号处理中,机器学习可以通过特征提取、模型训练和预测实现智能分析。
选用心音信号处理方法的建议不同的心音信号处理方法都有其优缺点,如傅里叶变换可以检查顺序和频率,但不适用于时间刻度的可变性;主成分分析可降维,但容易产生丢失数据的风险;机器学习算法可以缓解噪声和多信号源的问题,但需要大量的数据样本。
在选择方法时,需考虑具体的研究目标和数据特点,并合理结合各类算法,综合分析。
心音信号采集及自动识别系统艾炜华;汤建明;巫昌霖;肖森源;黄彬;曾庆宁【摘要】心音含有大量与心脏病理状况相关的信息,反映了心脏以及心血管结构的生理和病理信息。
传统的心音诊断是医生根据自身的临床经验通过听诊器来实现的,当然这一过程具有一定的主观和不稳定性,准确率也不高。
近年来,随着人工智能技术的兴起,对心音信号进行采集以及自动识别的研究越来越受到人们的青睐。
%Heart sound contains a lot of information about the status of cardiac pathology, reflecting the heart, cardiovascular structure as well as physiological and pathological information. In traditional heart sound identification, doctors judged based on their experience. Obviously, the process has a certain subjectivity and instability. With the development of artificial intelligence, the classification and acquisition of heart sound gradually become the focus of people's study.【期刊名称】《科技视界》【年(卷),期】2015(000)034【总页数】2页(P27-28)【关键词】心脏病理;心音诊断;自动识别;SVM【作者】艾炜华;汤建明;巫昌霖;肖森源;黄彬;曾庆宁【作者单位】桂林电子科技大学,广西桂林541004;桂林电子科技大学,广西桂林541004;桂林电子科技大学,广西桂林541004;桂林电子科技大学,广西桂林541004;桂林电子科技大学,广西桂林541004;桂林电子科技大学,广西桂林541004【正文语种】中文0 引言随着我国经济的掘起,我们的生活方式同时也发生了翻天覆地的变化。
音频信号的特征提取与识别技术研究在现代数字化社会中,音频信号的应用越来越广泛,例如语音识别、音乐分类、智能家居语音交互等领域。
而音频信号的特征提取与识别技术则是实现这些应用的核心基础。
本文将介绍音频信号的特征提取与识别技术的研究现状,包括常用的特征提取算法、分类器设计、以及相关应用领域的案例分析。
一、音频信号的基本特征在进行音频信号的特征提取之前,我们需要了解音频信号的基本特征。
音频信号通常被表示为时域波形,即在一段时间内声源产生的声波振动状态。
而在数字化后,则可以表示为一系列采样点的数值。
要从中提取有用的特征,需要考虑以下几个方面:1.语音特征:音频信号是语音或其他声音的传播方式,因此需要考虑语音的基本特征,例如声调、语速、音高、语调等。
2.频谱特征:音频信号可以分解为频域信号,即通过傅里叶变换将时域信号转换为频域信号,从中提取振幅、相位等参数。
3.时域特征:时域特征包括信号的幅度、波形、持续时间、相邻采样点之间的时差等。
4.能量特征:能量特征是指信号在一段时间内的功率和能量分布。
二、音频信号的特征提取算法针对上述特征,研究者提出了多种音频信号的特征提取算法,以下是几种常见的方法:1.短时傅里叶变换:对于一段时域信号,可以将其分解为若干个长度相等的时段(也称为时间窗口),然后对每个时段进行傅里叶变换,得到该时段的频谱。
将每个时段得到的频谱按照时间顺序排列,即可得到整段音频信号的时频谱图。
这种方法可以提取信号在时间和频率上的变化。
2.梅尔倒谱系数:将频谱按照人类听觉特性进行转换,即更注重人们对不同频率的感知能力。
通过梅尔倒谱系数,可以有效地提取语音的基本特征,例如音高、发音位置等。
3.小波变换:通过对时间域信号进行小波分析,可以获取更多的时域和频域特征,例如信号的瞬时频率、包络线等。
三、分类器的设计与优化在进行特征提取之后,需要将其输入到分类器中进行判断和识别。
常见的分类器包括决策树、支持向量机、朴素贝叶斯、神经网络等。
基于数学形态学的心音信号识别方法3郭兴明∃ 陈 剑 肖守中(重庆大学生物工程学院生物力学与组织工程教育部重点实验室,重庆 400044) 摘要 为实现对第一心音(S1)和第二心音(S2)的自动识别提出了一种新方法。
首先对原始心音信号进行预处理;然后利用数学形态学方法提取心音信号的包络;最后使用差分法并结合心音的医学知识对其进行识别。
利用该方法对80例心音信号进行了分析测试,结果显示对S1与S2识别的准确率达到了86%,其中对于正常心音信号的识别准确率达到了100%。
试验结果表明,文中提出的方法对S1与S2的识别准确率较高,为进一步的心音信号分析奠定了良好的基础。
关键词 心音 心音识别 数学形态学 心音包络Heart Sound Recogn ition A lgor ithm Ba sed on M a thema tica l M orphologyGuo X i ng m i ng∃ Chen J i an X i ao Shouzhong(K ey L abora tory f or B io m echan ics&T issue E ng ineering,M in istry of E d uca tion,Colleg e ofB ioeng ineering,Chong qing U n iversity,Chong qing 400044,Ch ina) Abstract In th is paper,a new m ethod w as put fo r w ard fo r autom atic recogniti on of the first heart sounds (S1)and the second heart sounds(S2).A fter the o riginal heart sound signal w as p rep rocessed,the heart sound envelope w as extracted by using the m athem atical mo rpho logy.T hen on the heart sound envelope,S1and S2w ere recognized.E igh ty heart sound samp les co llected w ere used fo r testing the algo rithm.T he accuracy of recogniti on w as86%,and w as100%fo r the no r m al heart sound.T he result show ed that the algo rithm p ropo sed in th is paper had h igh perfo r m ance,w h ich could be used as a basis fo r further analysis of heart sound. Key words H eart sound R ecogniti on of heart sound M athem atical mo rpho logy H eart sound envelope1 引 言心血管疾病是严重威胁人类健康的疾病之一。
心音信号分类识别算法综述
丁思吉;丁皓;阚孟菲;庄逸;夏冬阳;盛诗梦;徐欣茹
【期刊名称】《软件导刊》
【年(卷),期】2022(21)12
【摘要】心脏听诊相较于心脏超声、磁共振成像等诊断方式,具有快速、低成本的特点。
通过心音对心脏瓣膜病进行诊断需要丰富的临床经验,学习周期长,且主观性较强。
随着计算机技术以及机器学习算法的发展,利用机器学习模型对心脏瓣膜病进行诊断受到了越来越多关注。
利用机器学习模型分类心音信号的4个主要步骤是:心音信号数据收集、信号预处理、特征提取和模型训练。
对主流心音数据库以及心音信号分类步骤进行介绍,阐述分类算法的效果及优缺点,并对未来进行展望。
【总页数】7页(P272-278)
【作者】丁思吉;丁皓;阚孟菲;庄逸;夏冬阳;盛诗梦;徐欣茹
【作者单位】上海理工大学健康科学与工程学院;上海健康医学院医疗器械学院【正文语种】中文
【中图分类】TP301.6
【相关文献】
1.改进的高斯混合模型在心音信号分类识别中应用
2.心音信号的特征分析及分类识别
3.IMF复杂度特征在心音信号分类识别中的应用
4.经验模式分解及关联维数在心音信号分类识别中的应用
5.基于信噪比分类网络的调制信号分类识别算法
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心音图自动识别算法的设计研究
纪建鹏;郑柏盛;吴效明
【期刊名称】《医疗卫生装备》
【年(卷),期】2011(032)010
【摘要】目的:开发出实现心音自识别的算法.方法:采用Matlab平台设计,通过小波分解、短时平均能量等方法获取心音包络,并对所取得的包络进行双阈值定位,找出心音特征点,并计算相关参数.结果:算法可以获取平滑的心音包络,并由此进行高精度的心音定位,获取心音持续时间,计算心率、心音时限比等参数.结论:算法可实现对心音的自动定量分析,相比于传统心音听诊,具有可观性强、频带宽等特点,并可记录患者的病理特征,通过治疗前后的对比为诊疗过程提供评估依据.
【总页数】4页(P24-26,29)
【作者】纪建鹏;郑柏盛;吴效明
【作者单位】510006广州华南理工大学生物科学与工程学院生物医学工程
系;510006广州华南理工大学生物科学与工程学院生物医学工程系;510006广州华南理工大学生物科学与工程学院生物医学工程系
【正文语种】中文
【中图分类】R540.4+4
【相关文献】
1.基于虚拟仪器的数字心音图分析仪的设计研究 [J], 赵虎;宋晓栋;何为
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3.基于相对风暴径向速度场的辐合区自动识别算法 [J], 竹利;康岚
4.基于DBSCAN的港口泊位自动识别算法设计 [J], 刘鑫鑫;韩懿
5.磁层顶穿越事件自动识别算法 [J], 宋小健;左平兵;周梓露
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心音中医学指标的提取郭兴明1林辉杰1肖守中1,2GUO Xing-ming1,LIN Hui-jie1 , XIAO Shou-zhong1,21.重庆大学生物工程学院重庆市医疗电子技术工程研究中心重庆 4000302.重庆博精医学信息研究所重庆 4000301.College of Bioengineering,Chongqing University,Chongqing 400030,China1.Chongqing Engineering Research Center for Medical Electronics Technology ,Chongqing 400030,China2 .BoJing Medical Information Institute, Chongqing 400030,ChinaE-mail:guoxm@Medical parameters extraction of heart soundsAbstract: In this article, a method for medical parameters extraction from heart sounds is proposed based on the intrinsic property of heart sounds and empirical mode decomposition. First, the original signal is pre-processed, then Huang transform is applied to the pre-processed signal. Kinds of order of intrinsic mode functions (IMFs) are acquired from Huang transform. The envelop of heart sounds is extracted from the Hilbert transform of first and second order of the IMFs. Finally ,the location of the first and second heart sound is identified by explicit double threshold. In addition, heart rate, the amplitude ratio of the first and second heart sound(S1/S2) and the duration ratio of the diastolic and systolic(D/S) are detected which benefit the evaluation of cardiac reserve in clinics.Keywords:empirical mode decomposition;double threshold;heart rate;S1/S2;D/S摘要:本文根据心音信号自身的特点,结合经验模式分解,提出了一种从心音信号中提取医学指标的方法。
心音信号识别研究方法进展吴玉春【摘要】Efficient extraction of the first and the second heart sounds ( SI and S2 ) is the key point of the heart sound research. The current research status of heart sound recognition is introduced. This paper compares the research methods such as spectrum analysis, Wavelet transform, neural network and mathematical morphology. The research emphases and the development direction of heart sound recognition are discussed, and the basis for further study of heart sound research is established.%有效提取心音信号中的第1、2心音(S1和S2)是心音信号研究的关键点.本文介绍了心音信号识别的研究现状,通过比较谱分析、小波变换、神经网络以及数学形态学方法等几种心音研究方法,讨论了心音信号识别的研究重点和发展方向,为进一步的心音研究奠定基础.【期刊名称】《北京生物医学工程》【年(卷),期】2012(031)003【总页数】6页(P325-330)【关键词】心音;小波变换;神经网络;自动识别【作者】吴玉春【作者单位】西安航空技术高等专科学校,西安,710077【正文语种】中文【中图分类】R318.040 引言心音是包含有重要生理、病理信息的医学信号之一,是临床上一种评估心脏功能状态的基本方法。
但是,由于目前心音研究中存在以下几个问题,使其不能得到很好的临床应用。