專利名稱：基于智能手機(jī)平臺(tái)的心音分類方法及心音的圖形化顯示方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在智能手機(jī)平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)心音分類及心音的圖形化顯示方法。
背景技術(shù)：
心音信號(hào)是人體中一種重要的生理信號(hào)，它蘊(yùn)含著大量關(guān)于心臟功能狀態(tài)以及大血管機(jī)械運(yùn)動(dòng)狀況等重要生理信息。電子聽診器通過心音傳感器來采集心音，然后利用放大電路將采集到的微弱的心音信號(hào)放大十幾倍，同時(shí)可以通過連接到個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC)上利用信號(hào)處理軟件顯示心音信號(hào)波形并進(jìn)行分析處理。目前，利用電子聽診器檢測(cè)心音的普遍方法是用心音傳感器采集心音信號(hào)，并經(jīng)過電路放大處理后在液晶顯示器上顯示出波形，或者將心音信號(hào)通過聲卡存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)中，利用計(jì)算機(jī)中的音頻播放軟件播放心音并實(shí)時(shí)顯示心音的包絡(luò)波形。這類方法，相對(duì)而言需要的器件多，成本高，普及率不高，攜帶不方便，不利于隨時(shí)隨地檢測(cè)心音，最重要的是用電子聽診器檢測(cè)的心音實(shí)時(shí)顯示在屏幕上時(shí)，其波形不直觀， 對(duì)非專業(yè)人士來說顯得尤為復(fù)雜難懂。隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，手機(jī)已經(jīng)從單一的通話工具發(fā)展到集語音、數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)和多媒體處理功能于一體的智能終端。所以，如果能在普及率高且便攜性好的手機(jī)平臺(tái)上開發(fā)出一種用于對(duì)人體心音信號(hào)的圖形顯示方式和分類的技術(shù)，將有利于大眾對(duì)心音的認(rèn)識(shí)，使大多數(shù)人都能隨時(shí)隨地了解自己的心臟信息。因此，我們提出一種基于智能手機(jī)平臺(tái)的心音分類器，將心音信號(hào)分為常規(guī)與非常規(guī)兩類，這不但對(duì)開拓手機(jī)在人們?nèi)粘Ｉ钪械膽?yīng)用，推動(dòng)新一代智能手機(jī)的發(fā)展具有積極的現(xiàn)實(shí)意義，而且給普通民眾提供了一種掌握自己心臟信息的途徑?，F(xiàn)今手機(jī)已經(jīng)成為人們隨身攜帶的必備品，利用手機(jī)作為平臺(tái)開發(fā)心音分類系統(tǒng)，讓人們隨時(shí)隨地掌握自己的心臟狀況，將會(huì)大大降低心臟疾病對(duì)人體的危害。其中關(guān)鍵的技術(shù)問題有心音波形的智能顯示方法和心音特征參數(shù)的提取以及心音直觀分類技術(shù)的實(shí)現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明基于電子科學(xué)技術(shù)和智能手機(jī)編程技術(shù)，提出了一種在智能手機(jī)平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)對(duì)人體心音信號(hào)進(jìn)行分類和智能顯示的技術(shù)。技術(shù)方案本發(fā)明是一種基于智能手機(jī)平臺(tái)的心音分類技術(shù)，主要包括心音采集、 心音分類器、圖形顯示方式。心音采集部分包括錄音軟件和無線電子聽診器首先由電子聽診器采集人體心音信號(hào)，手機(jī)利用藍(lán)牙技術(shù)無線接收并利用手機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換設(shè)備將模擬心音信號(hào)轉(zhuǎn)換為離散數(shù)字心音信號(hào)，然后利用心音分類器中設(shè)置的錄音軟件將數(shù)字心音以WAV格式音頻文件的形式錄下來，并存儲(chǔ)到心音數(shù)據(jù)庫的實(shí)時(shí)心音庫中。心音分類器包括分段定位、特征提取和分類識(shí)別三個(gè)階段，最終將心音信號(hào)分成常規(guī)和非常規(guī)兩大類。首先對(duì)經(jīng)過預(yù)處理的信號(hào)分段定位，確定Sl信號(hào)和S2信號(hào)，然后求出心音信號(hào)時(shí)域上的特征參數(shù)，最后對(duì)提取的時(shí)頻特征參數(shù)應(yīng)用心音的分類策略進(jìn)行心音的識(shí)別分類。心音圖形顯示方式包括兩個(gè)部分一部分是實(shí)現(xiàn)心音的智能播放，即播放心音的同時(shí)顯示心音圖，用戶不但可通過放大、縮小、定位等功能來獲得需要的效果，還能獲得心音圖的簡單信息，比如讀取心音的采樣頻率等。另一部分是分類結(jié)果的圖形化表示，主要考慮的用直觀簡單的圖形化方式顯示出常規(guī)與非常規(guī)兩類信息。心音分段是建立決策系統(tǒng)的基礎(chǔ)和前提，首先定位心音的主要成分第一心音 Si、第二心音S2，為特征提取和和模式識(shí)別提供定位基準(zhǔn)。心音的定位方法
1、計(jì)算心音信號(hào)的能量譜。2、對(duì)獲取的心音能量譜提取其包絡(luò)。以包絡(luò)線均值為閾值，對(duì)連續(xù)時(shí)間間隔小于 20ms的變化不予考慮，以獲得歸一化的能量包絡(luò)線。3、由歸一化的能量包絡(luò)線可準(zhǔn)確獲得第一心音Si、第二心音S2的起點(diǎn)和終點(diǎn)。通過取3個(gè)周期的心音信號(hào)求平均心跳周期，然后計(jì)算出心率。心音的特征參數(shù)用Si、S2的時(shí)寬Slh、S2h，兩個(gè)相鄰的Sl的時(shí)間間隔Sll, Sl 和S2之間的時(shí)間間隔S12，以及心率f作為心音分類的特征參數(shù)。心音的分類策略將一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)心音的[Slh, S2h]、[Sll, S12]和[f/100, f/100]作為二維坐標(biāo)系中的三個(gè)圓心點(diǎn)，以rl、r2、r3為半徑畫三個(gè)園，如果一個(gè)新的心音信號(hào)的特征參數(shù)[Slh, S2h], [S11，S12]和[f/100, f/100]所表示的三點(diǎn)中，至少有兩點(diǎn)分別落在對(duì)應(yīng)的圓內(nèi)，就是常規(guī)心音，否則就是可能是非常規(guī)心音；rl、r2、r3的值依據(jù)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)心音的分析和大量實(shí)驗(yàn)結(jié)果來確定。分類結(jié)果的圖形化表示在手機(jī)屏幕上繪出一個(gè)心臟形狀的心型卡通圖案，心型區(qū)域內(nèi)代表常規(guī)心音，心型區(qū)域外代表非常規(guī)心音。如果分類結(jié)果是常規(guī)心音，一顆小的紅心就落入心型區(qū)域內(nèi)，如果分類結(jié)果是非常規(guī)心音，這顆紅心就落入心型區(qū)域外的某一個(gè)位置。有益效果利用智能手機(jī)實(shí)現(xiàn)心音的采集、分類、顯示，使用者可以隨時(shí)隨地的對(duì)自己的心臟狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，從而有利于使用者隨時(shí)隨地記錄和掌握自己的心臟信息。此外， 在廣泛使用的智能手機(jī)平臺(tái)上開發(fā)這種心音監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，不但能開拓智能手機(jī)的新功能，推動(dòng)新一代智能手機(jī)的發(fā)展，并且還與物聯(lián)網(wǎng)的運(yùn)用密切相關(guān)。


圖1為本發(fā)明的原理示意圖； 圖2為心音分類流程圖3為心音分類結(jié)果的圖形化表示。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的涉及到硬件和軟件兩個(gè)部分。參閱附圖1，硬件部分主要是智能手機(jī)終端和電子聽診器。其中，電子聽診器中集成了濾波器，用于采集心音和對(duì)心音進(jìn)行去噪預(yù)處理，智能手機(jī)選用的是Android平臺(tái)。軟件部分就是基于Android的心音分類系統(tǒng)，主要包括采集模塊、I/O模塊、顯示模塊和用戶界面。其中，采集模塊配合電子聽診器采集心音，將采集的心音信號(hào)以WAV格式保存到心音數(shù)據(jù)庫；顯示模塊依賴于采集模塊和I/O模塊，它又分為兩個(gè)小模塊，分別是心音顯示模塊和分類結(jié)果顯示模塊。心音顯示模塊不但能播放心音，且在播放的同時(shí)顯示心音圖，并提供放大、縮小、定位等簡單的分析功能。分類結(jié)果顯示模塊是以易于理解的圖形化方式向用戶報(bào)告分類結(jié)果；用戶界面就是所有功能最終實(shí)現(xiàn)的面向用戶的可操作的圖形化界面，本應(yīng)用程序主要包括主界面、錄音界面、發(fā)送界面、選擇界面、顯示界面。本發(fā)明的具體實(shí)現(xiàn)其實(shí)就是這些用戶界面的最終實(shí)現(xiàn)。主界面是心音分類系統(tǒng)的歡迎界面，本軟件的所有功能選項(xiàng)都被鏈接到MENU菜單下，主要包括錄音、播放、分類和幫助四大菜單項(xiàng)，菜單項(xiàng)下面還有子菜單。需要說明的是，界面之間是通過intent來切換的，如主界面進(jìn)入錄音界面的代碼如下所示
Intent intent6 = new Intent ()； intent6.setClass (StartActivity. this, RecordActivity. class)； startActivity(intent6)； 錄音界面安置了兩個(gè)按鈕，分別代表“開始”和“停止”，通過給這兩個(gè)按鈕設(shè)置偵聽器來調(diào)用recordO或stop ()實(shí)現(xiàn)錄音。Android系統(tǒng)提供了實(shí)現(xiàn)錄音的類MediaRecorder， 而recordO和stop ()正是調(diào)用了 MediaRecorder中的成員方法來實(shí)現(xiàn)錄音的。錄取的心音將被存儲(chǔ)到心音庫中。發(fā)送界面是根據(jù)不同的發(fā)送方式調(diào)用不同的發(fā)送界面，這里提供三種發(fā)送方式 彩信、郵件和藍(lán)牙。涉及到界面切換自然還是通過intent來實(shí)現(xiàn)。選擇界面繼承了 ListActivity，將心音庫中的WAV文件全部以規(guī)定的格式list出來，同時(shí)提供了 search功能以幫助快速定位，單擊選擇心音文件就會(huì)切換到被選中的心音文件的顯示界面。顯示界面一基于心音顯示模塊。實(shí)現(xiàn)的具體方法是波形音頻文件是Microsoft 為Windows設(shè)計(jì)的多媒體格式RIFF中的一種，RIFF是有文件頭、數(shù)據(jù)類型標(biāo)識(shí)和若干塊組成。首先按照WAV格式將音頻文件讀出來，放入緩存，然后按照每幀20ms將其分割成幀，并通過數(shù)幀和取得每幀的最大值來畫一條豎線以獲得波形輪廓逼近，最后輸出波形；由于添加了橫坐標(biāo)縮放功能，在幀的密度大于1的地方畫兩條直線，這樣可以避免放大功能可能造成的空白。部分代碼如下
protectedvoid drawWaveformLine(Canvas canvas,
int χ, int y0, int yl, Paint paint) {
if (mDensity > 1. 0 && (x % 2) == 1) {
canvas. drawLine (x + 0. 5f, y0, χ + 0. 5f, yl, paint)；
ι
canvas. drawLine (x, y0, x, yl, paint)；
ι
顯示界面二基于分類結(jié)果顯示模塊，這個(gè)界面是通過顯示界面一中的分類按鈕進(jìn)入的。實(shí)現(xiàn)的具體方法是剛進(jìn)入界面顯示的是數(shù)據(jù)處理中的狀態(tài)，后臺(tái)進(jìn)行的首先是心音的定位
1、計(jì)算心音信號(hào)的能量譜。2、對(duì)獲取的心音能量譜提取其包絡(luò)。以包絡(luò)線均值為閾值，對(duì)連續(xù)時(shí)間間隔小于 20ms的變化不予考慮，以獲得歸一化的能量包絡(luò)線。3、由歸一化的能量包絡(luò)線可準(zhǔn)確獲得第一心音、第二心音的起點(diǎn)和終點(diǎn)。通過取 3個(gè)周期的心音信號(hào)求平均心跳周期，并計(jì)算出心率。其次是心音的特征參數(shù)提取用Si、S2的時(shí)寬Slh、S2h，兩個(gè)相鄰的Sl的時(shí)間間隔Sll，Sl和S2之間的時(shí)間間隔S12，以及心率f作為心音分類的特征參數(shù)。然后對(duì)心音進(jìn)行分類將一個(gè)人正常時(shí)的心音信號(hào)作為標(biāo)準(zhǔn)心音的特征參數(shù) [Slh，S2h]、[Sll, S12]和[f/100, f/100]，比如其值分別為
,
和
，并將其作為二維坐標(biāo)系中的三個(gè)圓心點(diǎn)，以rl=0. 02、r2=0. 1、r3=0. 2為半徑畫三個(gè)園；在今后的檢測(cè)中，如果同一個(gè)人的一個(gè)新的心音信號(hào)的特征參數(shù)[Slh，S2h]、 [S11，S12]和[f/100，f/100]所表示的三點(diǎn)中，至少有兩點(diǎn)分別落在對(duì)應(yīng)的圓內(nèi)，就是常規(guī)心音，否則就可能是非常規(guī)心音，參閱附圖2。分類結(jié)果生成后觸發(fā)界面顯示狀態(tài)，使其轉(zhuǎn)換為分類結(jié)果報(bào)告狀態(tài)。分類結(jié)果報(bào)告界面的設(shè)置為首先在手機(jī)屏幕上繪出一個(gè)心臟形狀的心型卡通圖案，心型區(qū)域內(nèi)代表常規(guī)心音，心型區(qū)域外代表非常規(guī)心音。如果分類結(jié)果是常規(guī)心音，一顆小的紅心就落入心型區(qū)域內(nèi)，如果分類結(jié)果是非常規(guī)心音，這顆紅心就落入心型區(qū)域外的一個(gè)位置，參閱附圖 3。這種圖形化表示的結(jié)果對(duì)一般用戶而言是一目了然的。
權(quán)利要求
1. 一種基于智能手機(jī)平臺(tái)的心音分類方法及心音的圖形化顯示方法，其特征在于該心音分類方法及心音的圖形化顯示方法包括心音的特征參數(shù)用第一心音Si、第二心音S2的第一時(shí)寬Slh、第二時(shí)寬S2h，兩個(gè)相鄰的第一心音Sl的第一時(shí)間間隔Sll，Sl和S2之間的時(shí)間間隔S12，以及心率f作為心音分類的特征參數(shù)；心音的分類策略將一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)心音的[Slh，S2h]、[S11，S12]和[f/100，f/100]作為二維坐標(biāo)系中的三個(gè)圓心點(diǎn)，分別以rl、r2、r3為半徑畫三個(gè)圓，如果一個(gè)新的心音信號(hào)的特征參數(shù)[Slh, S2h], [S11，S12]和[f/100, f/100]所表示的三點(diǎn)中，至少有兩點(diǎn)分別落在對(duì)應(yīng)的圓內(nèi)，就是常規(guī)心音，否則就可能是非常規(guī)心音；分類結(jié)果的圖形化表示在手機(jī)屏幕上繪出一個(gè)心臟形狀的心型卡通圖案，心型區(qū)域內(nèi)代表常規(guī)心音，心型區(qū)域外代表非常規(guī)心音；如果分類結(jié)果是常規(guī)心音，一顆小的紅心就落入心型區(qū)域內(nèi)，如果分類結(jié)果是非常規(guī)心音，這顆紅心就落入心型區(qū)域外的某一個(gè)位置。
全文摘要
本發(fā)明公開了基于智能手機(jī)平臺(tái)的心音分類方法及心音的圖形化顯示方法，在智能手機(jī)平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)對(duì)心音信號(hào)采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、分類和圖形顯示。利用第一心音、第二心音的時(shí)寬和它們之間的時(shí)間間隔、以及心率作為心音的分類特征參數(shù)，通過判斷特征參數(shù)在二維坐標(biāo)圖中的位置，對(duì)常規(guī)心音和非常規(guī)心音進(jìn)行分類，并且對(duì)分類結(jié)果進(jìn)行圖形化顯示；其效果是在手機(jī)屏幕上先顯示一個(gè)心臟形狀的心型卡通圖案，心型區(qū)域內(nèi)代表常規(guī)心音，心型區(qū)域外代表非常規(guī)心音。如果分類結(jié)果是常規(guī)心音，一顆小的紅心就落入心型區(qū)域內(nèi)，如果分類結(jié)果是非常規(guī)心音，這顆紅心就落入心型區(qū)域外的某一個(gè)位置。這種圖形化表示的結(jié)果對(duì)一般用戶而言是一目了然的。
文檔編號(hào)A61B7/04GK102551790SQ20121003693
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2012年2月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月17日
發(fā)明者何海琴, 成謝鋒, 曹剛, 朱冬梅, 王路飛, 趙青 申請(qǐng)人:南京郵電大學(xué)