用于處理針對聽診的心音的設(shè)備與方法
【專利摘要】一種用于獨(dú)立地且可控地放大心音信號的分量而無需通過濾波去除所述信號的任意分量的設(shè)備。利用這種設(shè)備，承載信息的所有信號分量均仍可用，并且能夠?qū)τ脩粲杏?。然而，濾波可以被應(yīng)用于與心音完全無關(guān)的相比于感興趣信號而言非常高頻率的信號。
【專利說明】用于處理針對聽診的心音的設(shè)備與方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]以下屬于針對聽診的輔助的領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]聽診形成臨床檢查的重要部分，以用于篩查患有或疑似患有心臟病的患者。對心音中的模式的自動識別對于輔助的診斷是有用的。心搏周期的逐次搏動持續(xù)時間隨著每個個體而變化，并且周期含量也是這樣，例如收縮期持續(xù)時間以及相應(yīng)的雜音。心音常常疊加有噪聲，包括例如環(huán)境噪聲和呼吸噪聲。為了更有效的聽診或為了心音的自動分析，重要的是識別非周期性噪聲和周期性信號，以用于更好的診斷。呼吸噪聲自身可能在實(shí)現(xiàn)更準(zhǔn)確的診斷中是有用的，并且足量環(huán)境噪聲的存在可以增強(qiáng)醫(yī)師的信號感知。
[0003]對心音信號的電子處理取決于特定形式的濾波，以減少整體信號中噪聲的能量。即使心音信號基本上位于200Hz以下，例如，一些分量也會位于該頻率以上。因此，使用低通濾波器以改善心音的信噪比(SNR)可能不是理想的方式。
[0004]文檔US2008/0273709-A1描述了一種處理心音信號的設(shè)備，其中，分析工具包括交互調(diào)諧器、處理調(diào)諧器和輸出調(diào)諧器。所述交互調(diào)諧器包括預(yù)設(shè)調(diào)諧選擇器和動態(tài)范圍調(diào)諧選擇器。所述處理調(diào)諧器包括帶通濾波器和算法提取引擎，所述算法提取引擎向電子心信號應(yīng)用提取算法、分割它們并提取感興趣信號。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]期望具有一種設(shè)備與方法，來獨(dú)立地且可控地放大或衰減心音信號的分量，而不通過濾波去除所述信號的任意分量。利用這種設(shè)備，承載信息的全部信號分量仍是可用的并且能夠?qū)τ脩粲杏谩Ｈ欢?，濾波也可以被應(yīng)用于與心音完全無關(guān)的相比于感興趣信號而
言非常高頻率的信號。
[0006]這種用于處理表不心音的信號的設(shè)備包括:分割器，其用于將表不心音的信號分割成個體心音周期；選擇器，其用于選擇一周期作為模板，所述選擇基于所述周期的信噪比；差生成器，其用于從周期減去所述模板，以獲得提取的分量；放大器，其具有放大器件，所述放大器件具有獨(dú)立的放大控制器件以獨(dú)立地控制其增益，所述放大器用于放大所述提取的信號的級聯(lián)的反傅里葉變換和所述模板的反傅里葉變換；以及組合器，其用于組合所放大的信號，以輸出組合信號。
[0007]這種設(shè)備將所述信號的兩個分量分開。所述兩個分量之后可以被獨(dú)立地放大或衰減，并且被同步回放。根據(jù)需要，所述分量中的任一個可以被完全消除，并且另一個被放大至針對進(jìn)一步使用所要求的水平。這樣處理的信號可以由臨床醫(yī)師用于診斷，或者被路由到自動設(shè)備以用于自動診斷。
[0008]必須注意，上文描述的設(shè)備可以被配置為根據(jù)應(yīng)用或需要處理實(shí)時信號，或被存儲在存儲器中的信號，或兩者。還必須注意，術(shù)語放大也能夠意指衰減，因為當(dāng)信號被衰減時，其可以視為利用小于一的放大因數(shù)被放大。[0009]本文還公開了一種處理受試者的心音信號的方法。所述方法包括以下步驟:分割心跳信號的單個周期的分割步驟；執(zhí)行對所述周期的傅里葉變換的傅里葉變換步驟；確定所述周期的信噪比的信噪比確定步驟；選擇具有最大信噪比的信號作為模板的選擇步驟；從單個周期信號減去所述模板以獲得所述周期的噪聲分量的減法步驟；獲得個體周期和所述模板的反傅里葉變換的恢復(fù)步驟；可控地各自放大每個分量的放大步驟；以及相加所述分量以輸出組合信號的加和步驟。
[0010]后文參考以下附圖詳細(xì)描述了所述設(shè)備的不同實(shí)施例和所述方法的變型，其中:【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]后文參考以下附圖詳細(xì)描述了所述設(shè)備的不同實(shí)施例和所述方法的變型，其中:
[0012]圖1為所公開的設(shè)備的實(shí)施例的示意性框圖。
[0013]圖2為所公開的設(shè)備的實(shí)施例的示意性框圖，其中，可以額外地采集ecg信號。
[0014]圖3為所公開的設(shè)備的實(shí)施例的方法的示意性表示。
【具體實(shí)施方式】
[0015]圖1示出所公開的設(shè)備的實(shí)施例的示意性框圖。心音傳感器101從受試者的胸廓的表面感測心音。模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC) 103將信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。心音被分割器105分割成個體心動周期。每個個體心動周期的離散傅里葉變換(DFT)可以被生成并被存儲在存儲器(未示出)中。模板選擇器107選擇具有最大SNR的周期作為模板。
[0016]應(yīng)注意，出于本公開的目的，所述周期的在預(yù)定頻率以下包括所述預(yù)定頻率的能量含量與所述周期的在所述預(yù)定頻率以上的能量含量的比率被視為所述SNR。即使心音主要在0-200HZ的范圍，一些心音，像是咔噠聲和雜音處于較高的頻率范圍中。然而，出于本描述的目的，可以將例如200Hz指定為閾值頻率。也可以選擇任意其他預(yù)定頻率作為閾值，因為不像在濾波的情況中，在閾值任一`側(cè)的信號都不會丟失。還有可能閾值頻率也是用戶可選的。
[0017]一旦選擇了模板，差生成器109從剩余周期中的每個的DFT減去該模板的DFT。減法得到每個周期的分量(后文稱作提取的分量)的DFT。因此，每個周期的信號均為模板的DFT與提取的分量的DFT的和。
[0018]反傅里葉變換生成器IllA生成所述模板的DFT的反傅里葉變換，并且反傅里葉變換生成器IllB生成所述提取的分量的DFT的反傅里葉變換。與每個周期的所述提取的分量的DFT的級聯(lián)的反傅里葉變換同步地，逐個周期重復(fù)地重放所述模板的DFT的反傅里葉變換。分別通過放大器113A和113B放大這些信號。所述兩個放大器具有單獨(dú)的、獨(dú)立的用戶可控的放大控制。這些允許用戶在重放期間，設(shè)置分量中的每個的放大或衰減。
[0019]組合器115輸出組合輸出116,以由用戶使用?？梢杂晒β史糯笃?未不出)功率放大所述組合信號，以驅(qū)動一對耳機(jī)等，以由用戶聽到聲音。用戶之后可以改變分量中的每個的放大，直到適合他的需要?；蛘?，所重放的信號可以被傳送到輔助的診斷設(shè)備，所述輔助的診斷設(shè)備分析所述信號并確定心臟的病理學(xué)，如果存在的話。
[0020]應(yīng)理解，獨(dú)立的放大器IllA和IllB以及合并器115在示意圖和描述中被示為中的不同的框，但它們的全部均可以被并入諸如加合放大器的單個框中，所述加合放大器具有連接到輸入端的獨(dú)立可變的阻抗，或者在所述加合放大器處，輸入信號的幅度由可變分壓器改變，并且由加合放大器與恒定增益加合。所有這些變型均被視為上述設(shè)備的變型。
[0021]為了以任意方式無論怎樣從該信號中消除與心音無關(guān)的高頻噪聲，還可以使用低傾斜濾波器(傾斜型濾波器)。這僅用于切掉處于這樣的頻率中的信號:超過該頻率沒有對聽診或輔助的診斷有用的信號，而是具有與心音無關(guān)的純粹隨機(jī)性質(zhì)。這些可以包括來自家具或門的合頁的刺耳噪聲，或患者監(jiān)測設(shè)備的蜂鳴聲。
[0022]到目前為止的描述一直面向離線或非實(shí)時設(shè)備，其中，心音首先被記錄或存儲，之后如上所述被處理。然而，心音也可以被實(shí)時處理，這將在下面簡要描述。
[0023]在操作事先記錄或存儲的心音的設(shè)備中，計算所述周期中的每個的SNR，之后將其用于操作剩余周期。在實(shí)時設(shè)備的情況中，當(dāng)遇到具有大于預(yù)定閾值的SNR的周期時，該周期被指定為模板，并且在實(shí)時采集的后續(xù)周期上執(zhí)行減法的過程。然而，也計算所采集的周期中每個的SNR。每當(dāng)遇到具有大于當(dāng)前模板的SNR的周期，則丟棄當(dāng)前模板，并將新的周期用作模板。這可以具有以下優(yōu)點(diǎn):可以在診斷醫(yī)師將傳感器放置在受試者的胸廓上時，馬上開始聽診，而不需要等待要記錄的預(yù)定數(shù)目的周期。此外，隨著時間推進(jìn)，輸出的信號品質(zhì)有可能因遇到具有更高SNR的更加新的周期而改善。也可以具有以下優(yōu)點(diǎn):不再需要存儲心音的預(yù)定數(shù)目的周期所要求的存儲器。
[0024]在所公開設(shè)備的實(shí)施例200中，心電圖(ecg)電極(共同示作219)感測受試者的ecg信號，并且也同時由ecg接收器204采集心音。ecg信號用于將心音分割成個體周期。盡管能夠無需ecg信號的輔助分割周期，但利用ecg信號更容易這么做。這可以具有以下優(yōu)點(diǎn):需要較少的用于分割的處理時間，并且在信號正被實(shí)時處理時可以是有利的。
[0025]在所述實(shí)施例中的任一個中，能夠處理實(shí)時的信號或先前存儲的信號并將結(jié)果存儲在存儲器中以用于隨后回放，例如，回放給另一專家以獲得第二種意見，回放給自動診斷輔助設(shè)備，或作為教具來回放心音以進(jìn)行聽診教學(xué)。
[0026]額外的特征在于，所述設(shè)備通過完全抑制節(jié)律心跳的聲音，允許用戶僅聽到像呼吸音、咔噠聲和雜音的聲音。
[0027]應(yīng)理解，僅描述了所述設(shè)備的新穎特征，以保持描述清晰且簡明。本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識到并將能夠補(bǔ)充要構(gòu)建所公開的設(shè)備所需要的其他細(xì)節(jié)。然而，為了完整性，下文描述其他細(xì)節(jié)。
[0028]針對心音的傳感器能夠為任意類型，亦即，任意類型的麥克風(fēng)、壓電傳感器等。分割器105可以使用任意方法將心音信號分割成個體周期。使用額外感測的ecg信號來分割心音可以是有利的，因為ecg信號為在心音信號之前并且引起心音信號的信號。已知心動周期的長度在各周期上不同。因此，所選擇的模板和所述個體心搏周期具有不同的周期長度。這使得對模板或每個周期的信號進(jìn)行重新采樣成為必須，以使得差生成器能夠做減法。此外，在重放級聯(lián)的提取的信號以及重復(fù)播放的模板之前，提取的信號必須恢復(fù)到原始周期持續(xù)時間，并且必須通過適 當(dāng)?shù)刂匦虏蓸?，將模板的持續(xù)時間匹配到提取的信號的持續(xù)時間。這些步驟以及實(shí)現(xiàn)它們所需要的設(shè)備框尚未得到詳細(xì)描述，因為這些是已知技術(shù)，一旦與所公開的本發(fā)明的其他細(xì)節(jié)一起提供時，本領(lǐng)域技術(shù)人員將知道如何實(shí)施這些已知技術(shù)。
[0029]此外，本文中公開了處理心動信號的方法300。所述方法包括在以已知方式(例如通過使用麥克風(fēng)或壓電換能器等)采集心音之后的以下步驟。在所述方法的一個變型中，在采樣之后，將所采集的信號以數(shù)字形式存儲在存儲器中，或作為高保真模擬記錄。
[0030]在分割步驟321中，分割心音信號的單個周期。之后在傅里葉變換步驟323中，獲得并存儲每個分割的DFT。在信噪比確定步驟325中，分析DFT以確定周期中的每個的SNR。由于在頻率范圍0-200Hz中的聲音具有最大心音能量，出于本公開的目的，認(rèn)為在該范圍中的聲音是“信號”，并認(rèn)為其余的是“噪聲”。然而，可以選擇不同閾值，并且本發(fā)明獨(dú)立于所選擇的閾值。因此，SNR為頻譜在200Hz以下的能量與200Hz以上能量的比率。在選擇步驟中，選擇具有最大SNR的周期作為模板。這里必須清除，術(shù)語SNR用于指信號的在閾值以上和以下的但沒有消除噪聲的分量。心音信號(“撲通撲通”聲)主要在0-200HZ的頻率范圍中，并且其他心音以及其他相關(guān)的和不相關(guān)的聲音可以在200Hz以上的范圍中。這些其他聲音能夠為心臟的咔嗒聲、震顫聲和雜音(它們也是心音)，以及諸如呼吸音和外部噪聲的聲音，所述外部噪聲例如是來自家具的刺耳噪聲以及來自門合頁的嘎吱噪聲以及醫(yī)院里正常出現(xiàn)的監(jiān)測儀器的蜂鳴聲。
[0031]在提取步驟327中，從每個周期的DFT減去模板的DFT。這將心音分成兩個部分，亦即模板和提取的分量，所述提取的分量具有不匹配所述模板的頻率分量并因此具有更高的噪聲。應(yīng)注意，如果將所述模板的DFT和任意周期的所述提取的分量的DFT相加，則得到原始周期。因此，每個周期均為所述模板的DFT與所述提取的信號的和。
[0032]在恢復(fù)步驟329中，獲得所述提取的分量和所述模板中的每個的反傅里葉變換。因此，從傅里葉變換步驟323到恢復(fù)步驟329，在頻率域中執(zhí)行所述方法。此外，在恢復(fù)步驟329中，所述提取的信號的反傅里葉變換被級聯(lián)，并且所述模板與其自身重復(fù)地被級聯(lián)。這在同步重放它們兩個時，得到原始心音信號。在放大步驟331中，以用戶可控或用戶可選的放大因數(shù)放大兩個級聯(lián)的信號。在加和步驟333中將兩個放大的信號加到一起，以向用戶或傾聽者輸出從而進(jìn)行診斷。
[0033]在所述方法的有利變型400中，通過在ecg信號處理步驟435中處理的ecg信號，輔助對個體心搏周期的分割。在該變型中，依賴于作為參考的ecg信號，分割心跳音信號的周期。`
[0034]應(yīng)注意，描述中排除了特定步驟的細(xì)節(jié)，以凸顯所公開的方法的突出特征。然而，下面簡要地描述要實(shí)施所公開的實(shí)施例所需要執(zhí)行的步驟。
[0035]在分割步驟321中，可以使用將心音信號分割成個體周期的任意已知方法。使用ecg信號分割聲音可以是有利的，因為ecg信號是在心跳之前并引起心跳(以及因此引起心音)的信號。已知心動周期的長度在各周期上不同。因此所選擇的模板和個體心搏周期具有不同的周期長度。這可以使重新采樣所述模板或每個周期的信號成為必須，以執(zhí)行提取步驟327。此外，在恢復(fù)步驟(提取的信號和模板信號的反傅里葉變換)中，必須將提取的信號恢復(fù)到原始周期持續(xù)時間，并且必須通過合適的重采樣，使所述模板的持續(xù)時間具有與提取的信號的持續(xù)時間相同的周期持續(xù)時間。實(shí)現(xiàn)它們所需要的這些步驟尚未得以詳細(xì)描述，因為這些是已知技術(shù)，一旦與所公開的本發(fā)明的其他細(xì)節(jié)一起提供時，本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識到如何實(shí)施這些已知技術(shù)。
[0036]通過研究附圖、說明書和權(quán)利要求書，本領(lǐng)域技術(shù)人員在實(shí)施要求保護(hù)的本發(fā)明時，能夠想到對所公開實(shí)施例的其他變型。所有這樣的變型均被視為是所公開的設(shè)備和方法的變體。在權(quán)利要求書中，詞語“包括”不排除所提及的那些以外的元件或步驟，并且量詞“一”或“一個”不排除多個。單個電路框或其他單元可以履行權(quán)利要求書中記載的幾個項目的功能?；ゲ幌嗤膹膶贆?quán)利要求書中記載了特定措施并不指示不能有利地使用這些措施 的組合。
【權(quán)利要求】
1.一種用于處理表不心音的信號的設(shè)備(100),所述設(shè)備包括: 分割器(105),其用于將表不心音的信號分割成個體心音周期； 選擇器(107)，其用于選擇一周期作為模板，所述選擇基于所述周期的信噪比； 差生成器(109)，其用于從周期減去所述模板，以獲得提取的分量； 放大器(113)，其具有放大器件(113AU13B)，所述放大器件具有獨(dú)立的放大控制器件以獨(dú)立地控制其增益，所述放大器用于放大所述提取的信號的級聯(lián)的反傅里葉變換和所述模板的反傅里葉變換；以及 組合器(115),其用于組合所放大的信號，以輸出組合信號(117)。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，包括心電圖信號接收器(204)，所述心電圖信號接收器用于輔助所述分割器(105)將表示心音的所述信號分割成個體心音周期。
3.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述選擇器(105)從存儲器中存儲的全部的所述周期中，選擇具有所述周期中的最大信噪比的并且具有大于預(yù)定閾值的信噪比的周期。
4.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述選擇器(107)從連續(xù)接收的信號中，選擇具有在預(yù)定閾值信噪比以上的信噪比的第一周期作為當(dāng)前模板，并利用新的當(dāng)前模板代替所述當(dāng)前模板，所述新的當(dāng)前模板為相比所述當(dāng)前模板具有更大信噪比的后續(xù)周期。
5.一種處理受試者的心音信號的方法(300)，所述方法包括以下步驟: 分割心跳信號的單個周期的分割步驟(321)； 執(zhí)行對所述周期的傅里葉變換的傅里葉變換步驟(323)； 確定所述周期的信噪比的信噪比確定步驟(319)； 選擇具有最大信噪比的信號作為模板的選擇步驟(325)； 從單個周期信號減去所述模板以獲得所述周期的噪聲分量的減法步驟(327)； 獲得所述個體周期和所述模板的反傅里葉變換的恢復(fù)步驟(329)； 可控地各自放大每個分量的放大步驟(331);以及 相加所述分量以輸出組合信號的加和步驟(333)。
6.如權(quán)利要求7所述的方法(300)，其中，所述單個心跳周期是基于心電圖信號確定的。
7.如權(quán)利要求7所述的方法(300)，其中，所述信噪比是由所述周期的低于預(yù)定頻率的能量與所述周期的高于所述預(yù)定頻率的能量的比率確定的。
8.如權(quán)利要求7所述的方法(300)，其中，所述心音信號已從存儲器中被檢索到，或者已實(shí)時地從所述受試者連續(xù)地被采集到。
9.如權(quán)利要求7所述的方法(300)，其中，如果所述心跳音信號是從存儲器檢索到的，則所述心跳音信號的單個周期在放大之前為級聯(lián)的，并且在連續(xù)循環(huán)中被輸出。
【文檔編號】A61B7/04GK103889335SQ201280052632
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2012年10月19日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月28日
【發(fā)明者】C·米塔爾 申請人:皇家飛利浦有限公司