基于DSP的数字心音信号检测系统设计

　　由于现代社会生活水平的改善和提高,心血管疾病的发病率和死亡率已越来越高,心脏病已成为危害人类健康的多发病和常见病。心音是心脏及心血管系统机械运动状况的反映,其中包含着心脏各个部分及相互之间作用的生理和病理信息,基于心音的心血管疾病无创诊断方法具有无创、快速、方便、经济等特点,而心音的准确检测是实现心血管疾病无创诊断的前提和基础[1]。

　　1　心音检测及其意义

　　心音是人体的一种重要的生理信号,它含有大量关于心脏病理状况的相关信息,反映了心脏各个部分及相互之间作用的生理和病理信息。心音信号分析处理对心血管系统疾病的诊断具有重要意义,心音检测的准确性和可靠性将直接影响心脏病患者的临床诊断与愈后效果评价。

　　1. 1　心音的产生及成分

　　人与自然界中的其他生物一样,体内的各器官都在按照特定的规律进行物理运动,运动时的振动会产生相应的声音信息,不同的声音信息携带了各相关器官不同的生理和病理特征。心音是在心动周期中,由于心肌收缩和舒张、瓣膜启闭、血流冲击心室壁和大动脉等因素引起的机械振动,通过周围组织传到胸壁而产生的微弱信号。心音信号属于强噪声背景下的人体微弱生物信号,由于心音信号是由复杂的生命体发出的不稳定的自然信号,容易受到人体诸多因素的影响[2]。心音的改变和杂音的出现往往是心脏产生器质性病变的早期症状[3]。心脏内部的物理结构发生变化将直接影响和改变心音信号,因此心音检测与分析是了解心脏和大血管状态的一种重要手段。心音各成分主要包括[4]:第一心音(S1)、第二心音(S2),有些情况下,还可监测到第三心音(S3)和第四心音(S4)。

　　1. 2　心音检测的意义及诊断方法

　　自从Laennec发明听诊器以来,人们广泛采用听诊器进行心音分析诊断,但这一方法具有较大的局限性。而心音在心血管疾病的诊断中具有重要价值,是心血管疾病无创性检测的重要方法,具有心电图、超声心动图等方法不可取代的优势。

　　上世纪80年代末以来,国内外研究人员通过理论建模、仿真、临床实验等各种途径对冠状动脉疾病心音诊断方法进行了较长时间的研究,并取得了一定的成果。心音主要由心脏瓣膜关闭、心肌伸缩、心脏中血液流动的声音及血管音组成,心血管狭窄造成血液湍流并诱发血管振动,尽管信号十分微弱,但在舒张期,心肌对冠状动脉的压力最小,此时冠状动脉中血流最大,心音改变相对明显,因而可检测到这种信号,并可用于诊断心脏病,这一点在大量的临床实践中已得到了证明[1]。M.Akay等人的研究表明,冠状动脉的阻塞率在25% ~95%之间时,将会改变心音信号。