一种基于心音的心脏发声场溯源方法

摘要

本发明公开了一种利用心音信号重构心脏发声场的方法。心音逆问题是从人体胸腔表面上获得的心音信息出发，描述外心音声场能量分布图，然后应用变换技术，获得内心音声场能量分布图，以此计算出内心音发声模型的发声动作参数，并重构出整个心脏发声场的完整信息，实现一种基于心音的心脏发声场溯源方法。通过心脏溯源可以利用心音信号数据逆向分析产生心音的心脏组织结构、传递过程的影响等，为再现该心音的产生过程提供理论研究基础。

主权项

一种基于心音的心脏发声场溯源方法，其特征在于：设由心脏发声腔合成的一个周期的内心音信号描述为：${s_T}^{\prime }\left(n\right)=\underset{i=1}{\overset{T}{\Sigma }}\left(c_{1i}{s}_1\right(n)+c_{2i}{s}_2(n)+c_{3i}{s}_3(n)+c_{4i}{s}_4(n)+c_{5i}{s}_5(n\left)\right)$再经胸腔回声模型V辐射模型R和多路心音传感器模型B所级联为H(Z)的人体心音传输系统所获得的外心音信号描述为：$s_T={s_T}^{\prime }\otimes h\left(n\right)=\underset{j=1}{\overset{N}{\Sigma }}{a}_j{s_T}^{\prime }(n-j)+Gu\left(n\right)$其中Gu(n)是系统的归一化冲击响应及其增益系数的乘积；G控制心音的音量大小；则有为：$H\left(Z\right)=\frac{s\left(Z\right)}{GU\left(Z\right)}=\frac{1}{1-\underset{j=1}{\overset{N}{\Sigma }}{a}_j{Z}^{-j}}$这里H(Z)相当于一个短时稳定的时变滤波器，它的参数a_j是由产生心音的人体器官所决定，实际上是随时间缓慢变化的，但在一个相对稳定短时间内，稳定不变；设心脏发声腔可等效为若干个点声源，每个点源向外发送单一频率的心音声波，那么在胸腔表面任意一点的外心音声场表示为该点所产生的声压的叠加：其中，T_r是心音传感器的表面积，r_T是心脏发声腔点声源的位置，r是r_T到(x,y,z)的距离，c是声速，ds是心脏发声腔点声源的面积；人体心音传输系统H(Z)对心音能量的损失用传播衰减因子D表示；内心音声场z_s面与外心音场z面上的声场变换关系，根据Helmholtz方程，外心音声场上在t时刻任意一点声压强可表示为：$p(x,y,z,t)=\frac{1}{2\pi }\underset{x^{\prime },y^{\prime }=(-\infty ,+\infty )}{\int \int }{\left[p(x^{\prime },y^{\prime },z^{\prime },t)\frac{\partial }{\partial z^{\prime }}g(x,y,z/x^{\prime },y^{\prime },z^{\prime })\right]}_{z^{\prime }=z_s}{\mathrm{dx}}^{\prime }{\mathrm{dy}}^{\prime }$$p(x,y,z,t)=\frac{-1}{2\pi }\underset{x^{\prime },y^{\prime }=(-\infty ,+\infty )}{\int \int }{\left[\frac{\partial p(x^{\prime },y^{\prime },z^{\prime },t)}{\partial z^{\prime }}g(x,y,z/x^{\prime },y^{\prime },z^{\prime })\right]}_{z^{\prime }=z_s}{\mathrm{dx}}^{\prime }{\mathrm{dy}}^{\prime }$根据富氏变化的卷积定理，上述二式的卷积的富氏变化等于该二式富氏变化的乘积，再根据二维富氏变化关系，得到外心音场z面上和内心音声场z_s面上富氏变化关系，并进行反变换，可获得内心音声场z_s面和外心音场z面上的逆变换方程：$p(x,y,z)=\int \underset{K_x{K}_y=-\infty }{\overset{+\infty }{\int }}\tilde{P}(K_x,K_y,z_s)e^{i[K_{x}x+K_{y}y+K_z(z-z_s)]}{\mathrm{dK}}_x{\mathrm{dK}}_y$$p(x,y,z_s)=\int \underset{K_x{K}_y=-\infty }{\overset{+\infty }{\int }}\tilde{P}(K_x,K_y,z_s)e^{i[K_{x}x+K_{y}y-K_z(z_h-z_s)]}{\mathrm{dK}}_x{\mathrm{dK}}_y$其中