一種基于改進(jìn)譜減法的心音增強(qiáng)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于改進(jìn)譜減法的心音增強(qiáng)方法，主要涉及生物信號(hào)處理技術(shù)領(lǐng)域。包括以下步驟：步驟1，利用希爾伯特黃變換提取心音包絡(luò)，然后再基于心音包絡(luò)進(jìn)行分段，獲得一個(gè)完整的含有舒張期和收縮期的帶噪心音信號(hào)；步驟2，對(duì)提取的帶噪心音信號(hào)進(jìn)行FFT變換，獲得帶噪心音信號(hào)的頻譜；步驟3，對(duì)帶噪心音信號(hào)的頻譜進(jìn)行處理；步驟4，對(duì)得到的純凈心音信號(hào)的頻譜進(jìn)行傅立葉反變換，獲得純凈心音信號(hào)。本發(fā)明的有益效果在于：它采用不同的噪聲譜功率值，能夠有效去除噪聲，能夠提高信噪比。
【專利說(shuō)明】
一種基于改進(jìn)譜減法的心音増強(qiáng)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及生物信號(hào)處理技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種基于改進(jìn)譜減法的心音增強(qiáng)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]心音的檢測(cè)和分析是了解心臟和血管狀態(tài)的一種必不可少的手段，它能夠提供大量具有臨床意義的診斷信息。隨著新技術(shù)的發(fā)展，目前錄制心音的儀器和方法有了很大的改進(jìn)，但在記錄的過(guò)程中，干擾噪聲的引入仍然是不可避免的，例如心音傳感器與皮膚的摩檫音，呼吸噪音，人體的干擾信號(hào)與記錄儀器所產(chǎn)生的干擾等。這些干擾噪音對(duì)記錄的心音波形產(chǎn)生不利因素，如果不作一定的處理，會(huì)影響心音分析的結(jié)果。
[0003]傳統(tǒng)的譜減法認(rèn)為噪聲為平穩(wěn)噪聲，但在整個(gè)心音段噪聲也可能是非平穩(wěn)噪聲，同時(shí)由于心音能量分布的不均勻性，如果對(duì)整個(gè)心音段采用相同的噪聲譜功率值是不能滿足實(shí)際要求的。因此，要有效地增強(qiáng)心音，必須對(duì)帶噪聲心音信號(hào)有清楚的認(rèn)識(shí)，從而掌握帶噪心音信號(hào)中噪聲的分布特性，依據(jù)此特性對(duì)噪聲功率逐幀逐次更新，達(dá)到自適應(yīng)譜減法語(yǔ)音增強(qiáng)的目的。通過(guò)短時(shí)傅里葉變換分析心音信號(hào)，發(fā)現(xiàn)第一心音Si的頻率成分主要集中在50Hz?150Hz范圍內(nèi)，而第二心音s2的頻率成分主要集中在50Hz?200Hz范圍內(nèi)，在250Hz?300Hz范圍內(nèi)出現(xiàn)第二個(gè)小峰值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種基于改進(jìn)譜減法的心音增強(qiáng)方法，它采用不同的噪聲譜功率值，能夠有效去除噪聲，能夠提高信噪比。
[0005]本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的，通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0006]—種基于改進(jìn)譜減法的心音增強(qiáng)方法，包括以下步驟:
[0007]步驟I，利用希爾伯特黃變換提取心音包絡(luò)，然后再基于心音包絡(luò)進(jìn)行分段，獲得一個(gè)完整的含有舒張期和收縮期的帶噪心音信號(hào)y(n)=x(n)+u(n)，其中，x(n)表示純凈心音信號(hào)，u(n)表不噪聲信號(hào)；
[0008]步驟2，對(duì)提取的帶噪心音信號(hào)進(jìn)行FFT變換，獲得帶噪心音信號(hào)的頻譜Yk= Xk+Uk，其中，Xk是純凈心音信號(hào)的頻譜，Uk是噪聲信號(hào)的頻譜；
[0009]步驟3，對(duì)帶噪心音信號(hào)的頻譜進(jìn)行處理，
[0010]當(dāng)帶噪心音信號(hào)的頻率<50Hz時(shí)，|Xk|2=|Yk|2，
[0011]當(dāng)50Hz彡帶噪心音信號(hào)的頻率彡200Hz時(shí)，Xk 12= I Yk 12_aUk |2，
[0012]當(dāng)200Hz〈帶噪心音信號(hào)的頻率<250Hz時(shí)，Xk|2= |Yk|2,
[0013]當(dāng)250Hz彡帶噪心音信號(hào)的頻率彡300Hz時(shí)，Xk 12= I Yk 12-a | Uk 12,
[0014]當(dāng)帶噪心音信號(hào)的頻率>300Hz時(shí)，Xkl2=|Yk|2,
[0015]其中，O彡a彡I;
[0016]步驟4，對(duì)得到的純凈心音信號(hào)的頻譜進(jìn)行傅立葉反變換，獲得純凈心音信號(hào)。
[0017]所述步驟3中，
[0018]當(dāng)50Hz彡帶噪心音信號(hào)的頻率彡200Hz時(shí)，α = I，
[0019]當(dāng)250Hz彡帶噪心音信號(hào)的頻率彡300Hz時(shí)，α = 0.8。
[0020]對(duì)比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果在于:
[0021]1、本發(fā)明利用希爾伯特黃變換能夠?qū)^(guò)長(zhǎng)的心音進(jìn)行包絡(luò)提取，能夠得到一段完整的心音信號(hào)，能夠便于對(duì)心音信號(hào)的分析與處理，對(duì)提取的帶噪心音信號(hào)進(jìn)行FFT變換，獲得帶噪心音信號(hào)的頻譜，能夠清楚的觀察到心音信號(hào)的頻譜分布情況，對(duì)傳統(tǒng)的譜減法進(jìn)行修改，引入α，采用不同的噪聲譜功率值，能夠有效去除噪聲，提高信噪比。
[0022]2、所述步驟3中，當(dāng)50Hz彡帶噪心音信號(hào)的頻率彡200Hz時(shí)，α = I，當(dāng)250Hz彡帶噪心音信號(hào)的頻率<300Hz時(shí)，α = 0.8，通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)獲得α的最佳取值范圍，能夠獲得較高的信噪比。
【附圖說(shuō)明】
[0023]附圖1是本發(fā)明的流程圖；
[0024]附圖2是待提取的帶噪心音信號(hào)圖；
[0025]附圖3是提取的帶噪心音信號(hào)圖；
[0026]附圖4是帶噪心音信號(hào)的頻譜圖；
[0027]附圖5是去噪心音信號(hào)的頻譜圖；
[0028]附圖6是去噪心首彳目號(hào)圖；
[0029]附圖7是本發(fā)明與傳統(tǒng)譜減法所得結(jié)果的對(duì)比表。
【具體實(shí)施方式】
[0030]下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書(shū)所限定的范圍。
[0031]本發(fā)明所述是一種基于改進(jìn)譜減法的心音增強(qiáng)方法，包括以下步驟:
[0032]步驟I，利用希爾伯特黃變換提取心音包絡(luò)，然后再基于心音包絡(luò)進(jìn)行分段，獲得一個(gè)完整的含有舒張期和收縮期的帶噪心音信號(hào)y(n)=x(n)+u(n)，其中，χ(η)表示純凈心音信號(hào)，u(n)表示噪聲信號(hào)。附圖2是待提取的帶噪心音信號(hào)，它包含若干個(gè)完整的心音，利用希爾伯特黃變換，能夠提取到一個(gè)如附圖3所示的一個(gè)完整的含有舒張期和收縮期的帶噪心音信號(hào)。
[0033]步驟2，對(duì)提取的帶噪心音信號(hào)進(jìn)行FFT變換，獲得帶噪心音信號(hào)的頻譜Yk= Xk+Uk，其中，Xk是純凈心音信號(hào)的頻譜，Uk是噪聲信號(hào)的頻譜。對(duì)提取的帶噪心音信號(hào)進(jìn)行FFT變換，獲得如附圖4所示的帶噪心音信號(hào)的頻譜，通過(guò)附圖4可以清楚的觀察到心音信號(hào)的頻譜分布情況在50-200HZ，分布著大量的信息，這就是第一心音Si以及部分的第二心音s2;而在250-300HZ時(shí)也有少量分布即是s2的第二個(gè)小峰值。
[0034]步驟3，對(duì)帶噪心音信號(hào)的頻譜進(jìn)行處理，
[0035]當(dāng)帶噪心音信號(hào)的頻率<50Hz時(shí)，|Xk|2=|Yk|2，
[0036]當(dāng)50Hz彡帶噪心音信號(hào)的頻率彡200Hz時(shí)，Xk 12= I Yk 12-a | Uk 12,
[0037]當(dāng)200Hz〈帶噪心音信號(hào)的頻率<250Ηζ時(shí)，|Xk|2= |Yk|2，
[0038]當(dāng)250Hz彡帶噪心音信號(hào)的頻率彡300Hz時(shí)，Xk 12= I Yk 12-a | Uk 12,
[0039]當(dāng)帶噪心音信號(hào)的頻率>300Ηζ時(shí)，Xkl2=|Yk|2,
[0040]其中，O彡α<1。
[0041 ]進(jìn)一步的，所述步驟3中，
[0042 ] 當(dāng)50Hz彡帶噪心音信號(hào)的頻率彡200Hz時(shí)，α = I，
[0043]當(dāng)250Hz彡帶噪心音信號(hào)的頻率彡300Hz時(shí)，α = 0.8。
[0044]經(jīng)過(guò)步驟3獲得如附圖5所示的去噪以后的心音頻譜圖，對(duì)比附圖4，在50-200ΗΖ時(shí)，要減去整個(gè)噪聲，所以幅度明顯變??；而250-300ΗΖ時(shí)，減去的是噪聲的一部分，幅度變小但是相對(duì)變化不大，而在其他的頻率段，則基本沒(méi)有變化。
[0045]步驟4，對(duì)得到的純凈心音信號(hào)的頻譜進(jìn)行傅立葉反變換，獲得純凈心音信號(hào)。
[0046]經(jīng)過(guò)步驟4獲得如附圖6所示的去噪后的心音信號(hào)，比對(duì)附圖3可以發(fā)現(xiàn)去噪后的心音信號(hào)，明顯變得平滑。
[0047]本發(fā)明利用希爾伯特黃變換能夠?qū)^(guò)長(zhǎng)的心音進(jìn)行包絡(luò)提取，能夠得到一段完整的心音信號(hào)，能夠便于對(duì)心音信號(hào)的分析與處理，對(duì)提取的帶噪心音信號(hào)進(jìn)行FFT變換，獲得帶噪心音信號(hào)的頻譜，能夠清楚的觀察到心音信號(hào)的頻譜分布情況，對(duì)傳統(tǒng)的譜減法進(jìn)行修改，引入α，采用不同的噪聲譜功率值，能夠有效去除噪聲，增強(qiáng)純凈心音信號(hào)，能夠提高信噪比。
[0048]利用MATLAB仿真，在純凈心音信號(hào)中添加已知噪聲信號(hào)得到一個(gè)帶噪心音信號(hào)，然后采用傳統(tǒng)的譜減法和本發(fā)明分別對(duì)上述生成的帶噪心音信號(hào)進(jìn)處理，得到原始信號(hào)，將傳統(tǒng)譜減法和本發(fā)明所得到的信噪比進(jìn)行比較，得到如附圖7所述的對(duì)比結(jié)果，由附圖7可知本發(fā)明所獲得的信噪比要高于傳統(tǒng)的譜減法所獲得的信噪比。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于改進(jìn)譜減法的心音增強(qiáng)方法，其特征是:包括以下步驟: 步驟I，利用希爾伯特黃變換提取心音包絡(luò)，然后再基于心音包絡(luò)進(jìn)行分段，獲得一個(gè)完整的含有舒張期和收縮期的帶噪心音信號(hào)y(n)=x(n)+u(n)，其中，x(n)表示純凈心音信號(hào)，u(n)表不噪聲信號(hào)； 步驟2，對(duì)提取的帶噪心音信號(hào)進(jìn)行FFT變換，獲得帶噪心音信號(hào)的頻譜Yk = Xk+Uk，其中，Xk是純凈心音信號(hào)的頻譜，Uk是噪聲信號(hào)的頻譜； 步驟3，對(duì)帶噪心音信號(hào)的頻譜進(jìn)行處理， 當(dāng)帶噪心音信號(hào)的頻率<50Hz時(shí)，Xkl2= Ykl2, 當(dāng)50Hz彡帶噪心音信號(hào)的頻率彡200Hz時(shí)，I Xk 12= I Yk 12-a | Uk 12， 當(dāng)200Hz〈帶噪心音信號(hào)的頻率<250Ηζ時(shí)，Xk 12= Yk|2, 當(dāng)250Hz彡帶噪心音信號(hào)的頻率彡300Hz時(shí)，| Xk 12= I Yk 12-a | Uk |2， 當(dāng)帶噪心音信號(hào)的頻率>300Ηζ時(shí)，Xkl2= Ykl2, 其中，O彡α彡I; 步驟4，對(duì)得到的純凈心音信號(hào)的頻譜進(jìn)行傅立葉反變換，獲得純凈心音信號(hào)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于改進(jìn)譜減法的心音增強(qiáng)方法，其特征是:所述步驟3中， 當(dāng)50Hz彡帶噪心音信號(hào)的頻率彡200Hz時(shí)，α = I， 當(dāng)250Hz彡帶噪心音信號(hào)的頻率彡300Hz時(shí)，α = 0.8。
【文檔編號(hào)】A61B5/00GK105877706SQ201610202205
【公開(kāi)日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年3月31日
【發(fā)明人】張魯, 王磊, 楊星海, 李念強(qiáng), 張樂(lè)娟
【申請(qǐng)人】濟(jì)南大學(xué)