專利名稱：基于智能手機平臺的心音分類方法及心音的圖形化顯示方法
技術領域：
本發明涉及一種在智能手機平臺上實現心音分類及心音的圖形化顯示方法。
背景技術：
心音信號是人體中一種重要的生理信號，它蘊含著大量關于心臟功能狀態以及大血管機械運動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放大十幾倍，同時可以通過連接到個人計算機(PC)上利用信號處理軟件顯示心音信號波形并進行分析處理。目前，利用電子聽診器檢測心音的普遍方法是用心音傳感器采集心音信號，并經過電路放大處理后在液晶顯示器上顯示出波形，或者將心音信號通過聲卡存儲到計算機中，利用計算機中的音頻播放軟件播放心音并實時顯示心音的包絡波形。這類方法，相對而言需要的器件多，成本高，普及率不高，攜帶不方便，不利于隨時隨地檢測心音，最重要的是用電子聽診器檢測的心音實時顯示在屏幕上時，其波形不直觀， 對非專業人士來說顯得尤為復雜難懂。隨著移動互聯網技術的發展，手機已經從單一的通話工具發展到集語音、數據、網絡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平臺上開發出一種用于對人體心音信號的圖形顯示方式和分類的技術，將有利于大眾對心音的認識，使大多數人都能隨時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平臺的心音分類器，將心音信號分為常規與非常規兩類，這不但對開拓手機在人們日常生活中的應用，推動新一代智能手機的發展具有積極的現實意義，而且給普通民眾提供了一種掌握自己心臟信息的途徑。現今手機已經成為人們隨身攜帶的必備品，利用手機作為平臺開發心音分類系統，讓人們隨時隨地掌握自己的心臟狀況，將會大大降低心臟疾病對人體的危害。其中關鍵的技術問題有心音波形的智能顯示方法和心音特征參數的提取以及心音直觀分類技術的實現。
發明內容
技術問題本發明基于電子科學技術和智能手機編程技術，提出了一種在智能手機平臺上實現對人體心音信號進行分類和智能顯示的技術。技術方案本發明是一種基于智能手機平臺的心音分類技術，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，手機利用藍牙技術無線接收并利用手機的A/D轉換設備將模擬心音信號轉換為離散數字心音信號，然后利用心音分類器中設置的錄音軟件將數字心音以WAV格式音頻文件的形式錄下來，并存儲到心音數據庫的實時心音庫中。心音分類器包括分段定位、特征提取和分類識別三個階段，最終將心音信號分成常規和非常規兩大類。首先對經過預處理的信號分段定位，確定Sl信號和S2信號，然后求出心音信號時域上的特征參數，最后對提取的時頻特征參數應用心音的分類策略進行心音的識別分類。心音圖形顯示方式包括兩個部分一部分是實現心音的智能播放，即播放心音的同時顯示心音圖，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與非常規兩類信息。心音分段是建立決策系統的基礎和前提，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別提供定位基準。心音的定位方法
1、計算心音信號的能量譜。2、對獲取的心音能量譜提取其包絡。以包絡線均值為閾值，對連續時間間隔小于 20ms的變化不予考慮，以獲得歸一化的能量包絡線。3、由歸一化的能量包絡線可準確獲得第一心音Si、第二心音S2的起點和終點。通過取3個周期的心音信號求平均心跳周期，然后計算出心率。心音的特征參數用Si、S2的時寬Slh、S2h，兩個相鄰的Sl的時間間隔Sll, Sl 和S2之間的時間間隔S12，以及心率f作為心音分類的特征參數。心音的分類策略將一個標準心音的[Slh, S2h]、[Sll, S12]和[f/100, f/100]作為二維坐標系中的三個圓心點，以rl、r2、r3為半徑畫三個園，如果一個新的心音信號的特征參數[Slh, S2h], [S11，S12]和[f/100, f/100]所表示的三點中，至少有兩點分別落在對應的圓內，就是常規心音，否則就是可能是非常規心音；rl、r2、r3的值依據對標準心音的分析和大量實驗結果來確定。分類結果的圖形化表示在手機屏幕上繪出一個心臟形狀的心型卡通圖案，心型區域內代表常規心音，心型區域外代表非常規心音。如果分類結果是常規心音，一顆小的紅心就落入心型區域內，如果分類結果是非常規心音，這顆紅心就落入心型區域外的某一個位置。有益效果利用智能手機實現心音的采集、分類、顯示，使用者可以隨時隨地的對自己的心臟狀況進行監測，從而有利于使用者隨時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平臺上開發這種心音監測系統，不但能開拓智能手機的新功能，推動新一代智能手機的發展，并且還與物聯網的運用密切相關。
圖1為本發明的原理示意圖； 圖2為心音分類流程圖3為心音分類結果的圖形化表示。
具體實施例方式本發明的涉及到硬件和軟件兩個部分。參閱附圖1，硬件部分主要是智能手機終端和電子聽診器。其中，電子聽診器中集成了濾波器，用于采集心音和對心音進行去噪預處理，智能手機選用的是Android平臺。軟件部分就是基于Android的心音分類系統，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，將采集的心音信號以WAV格式保存到心音數據庫；顯示模塊依賴于采集模塊和I/O模塊，它又分為兩個小模塊，分別是心音顯示模塊和分類結果顯示模塊。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。分類結果顯示模塊是以易于理解的圖形化方式向用戶報告分類結果；用戶界面就是所有功能最終實現的面向用戶的可操作的圖形化界面，本應用程序主要包括主界面、錄音界面、發送界面、選擇界面、顯示界面。本發明的具體實現其實就是這些用戶界面的最終實現。主界面是心音分類系統的歡迎界面，本軟件的所有功能選項都被鏈接到MENU菜單下，主要包括錄音、播放、分類和幫助四大菜單項，菜單項下面還有子菜單。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按鈕，分別代表“開始”和“停止”，通過給這兩個按鈕設置偵聽器來調用recordO或stop ()實現錄音。Android系統提供了實現錄音的類MediaRecorder， 而recordO和stop ()正是調用了 MediaRecorder中的成員方法來實現錄音的。錄取的心音將被存儲到心音庫中。發送界面是根據不同的發送方式調用不同的發送界面，這里提供三種發送方式 彩信、郵件和藍牙。涉及到界面切換自然還是通過intent來實現。選擇界面繼承了 ListActivity，將心音庫中的WAV文件全部以規定的格式list出來，同時提供了 search功能以幫助快速定位，單擊選擇心音文件就會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。實現的具體方法是波形音頻文件是Microsoft 為Windows設計的多媒體格式RIFF中的一種，RIFF是有文件頭、數據類型標識和若干塊組成。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果顯示模塊，這個界面是通過顯示界面一中的分類按鈕進入的。實現的具體方法是剛進入界面顯示的是數據處理中的狀態，后臺進行的首先是心音的定位
1、計算心音信號的能量譜。2、對獲取的心音能量譜提取其包絡。以包絡線均值為閾值，對連續時間間隔小于 20ms的變化不予考慮，以獲得歸一化的能量包絡線。3、由歸一化的能量包絡線可準確獲得第一心音、第二心音的起點和終點。通過取 3個周期的心音信號求平均心跳周期，并計算出心率。其次是心音的特征參數提取用Si、S2的時寬Slh、S2h，兩個相鄰的Sl的時間間隔Sll，Sl和S2之間的時間間隔S12，以及心率f作為心音分類的特征參數。然后對心音進行分類將一個人正常時的心音信號作為標準心音的特征參數 [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系中的三個圓心點，以rl=0. 02、r2=0. 1、r3=0. 2為半徑畫三個園；在今后的檢測中，如果同一個人的一個新的心音信號的特征參數[Slh，S2h]、 [S11，S12]和[f/100，f/100]所表示的三點中，至少有兩點分別落在對應的圓內，就是常規心音，否則就可能是非常規心音，參閱附圖2。分類結果生成后觸發界面顯示狀態，使其轉換為分類結果報告狀態。分類結果報告界面的設置為首先在手機屏幕上繪出一個心臟形狀的心型卡通圖案，心型區域內代表常規心音，心型區域外代表非常規心音。如果分類結果是常規心音，一顆小的紅心就落入心型區域內，如果分類結果是非常規心音，這顆紅心就落入心型區域外的一個位置，參閱附圖 3。這種圖形化表示的結果對一般用戶而言是一目了然的。
權利要求
1. 一種基于智能手機平臺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用第一心音Si、第二心音S2的第一時寬Slh、第二時寬S2h，兩個相鄰的第一心音Sl的第一時間間隔Sll，Sl和S2之間的時間間隔S12，以及心率f作為心音分類的特征參數；心音的分類策略將一個標準心音的[Slh，S2h]、[S11，S12]和[f/100，f/100]作為二維坐標系中的三個圓心點，分別以rl、r2、r3為半徑畫三個圓，如果一個新的心音信號的特征參數[Slh, S2h], [S11，S12]和[f/100, f/100]所表示的三點中，至少有兩點分別落在對應的圓內，就是常規心音，否則就可能是非常規心音；分類結果的圖形化表示在手機屏幕上繪出一個心臟形狀的心型卡通圖案，心型區域內代表常規心音，心型區域外代表非常規心音；如果分類結果是常規心音，一顆小的紅心就落入心型區域內，如果分類結果是非常規心音，這顆紅心就落入心型區域外的某一個位置。
全文摘要
本發明公開了基于智能手機平臺的心音分類方法及心音的圖形化顯示方法，在智能手機平臺上實現對心音信號采集、數據存儲、分類和圖形顯示。利用第一心音、第二心音的時寬和它們之間的時間間隔、以及心率作為心音的分類特征參數，通過判斷特征參數在二維坐標圖中的位置，對常規心音和非常規心音進行分類，并且對分類結果進行圖形化顯示；其效果是在手機屏幕上先顯示一個心臟形狀的心型卡通圖案，心型區域內代表常規心音，心型區域外代表非常規心音。如果分類結果是常規心音，一顆小的紅心就落入心型區域內，如果分類結果是非常規心音，這顆紅心就落入心型區域外的某一個位置。這種圖形化表示的結果對一般用戶而言是一目了然的。
文檔編號A61B7/04GK102551790SQ20121003693
公開日2012年7月11日 申請日期2012年2月17日 優先權日2012年2月17日
發明者何海琴, 成謝鋒, 曹剛, 朱冬梅, 王路飛, 趙青 申請人:南京郵電大學