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1、生物医学工程在线生物医学位股份有限公司 201110.1186/1475-925X-10-109研究适用于数字，减法Phonocardiography（DSP），心脏杂音的检测和表征穆罕默德阿里 阿克巴里 1 ，卡姆兰哈桑尼 1 ，玛丽亚姆 Sangargir 3 马赫迪 Navidbakhsh ，约翰 D 多伊尔 2 ， 4 ，Kourosh Bajelani 3 和扎赫拉萨达特艾哈迈迪 1 （1） 生物力学系，科学和研究科，德黑兰，伊朗伊斯兰阿扎德大学，（2） 麻醉科，美国凯斯西储大学，俄亥俄州克利夫兰诊所勒纳医学院，（3） ，伊朗德黑兰，伊朗科技大学机械工程学系（4） ，伊朗德黑兰，德黑

2、兰大学医学科学院医学物理与生物医学工程穆罕默德 阿里阿克巴里电子邮件：akbari.mohamadali ，卡姆兰 哈桑尼 （通讯作者）电子邮件： k.hasani srbiau.ac.ir约翰 多伊尔电子邮件：doylejccf.org马赫迪 Navidbakhsh 电子邮件：mnavidiust.ac.ir玛丽亚姆 Sangargir 电子邮件：sangargir.bme kourosh Bajelani 电子邮件：V扎赫拉 萨达特 艾哈迈迪电子邮件：收稿日期： 2011 年 10 月 25 日 接受： 2011 年 12 月 20 日 线上发表于： 2011 年 12 月 20日抽象背景

3、 在心脏周期的运动中，心脏通常会产生重复的生理声音。然而，在病理的情况下，如心脏瓣膜狭窄或室间隔缺损，血液湍流，这样会导致产生更多的声音，这就是所谓的杂音。 杂音在本质上是随机发生的，而潜在心脏底层的心音是不确定的。创新 我们表明一个新的分析技术，我们称之为数字减影心音描记术（数字信号处理器），可以用来分隔随机杂音组件从底层确定性的心音。方法 我们的数字记录心音 http:/ 在 60 个婴儿和成年人中使用高速 USB 接口和程序金浪前胸壁。录音包括个人与心脏结构疾病以及正常的个人和由个人无辜的心脏杂音的录音。使用自定义的计算机程序称为 Murmurgram数字减影的信号进行分析。从本质上讲，

4、这一计划中减去录制的声音从两个相邻心动周期产生一个差分信号，以下简称“murmurgram” 其他软件使用包括频谱图（16 版），GoldWave（5.55 版）以及定制的 MATLAB 代码。结果 我们的初步数据提出了一系列的 8 个例子。这些情况表明，先进的信号处理技术可用于分离心音杂音。请注意，这些只是初步的研究结果并且在正常范围内得到的测试结果尚未确定。结论 心脏杂音不能脱离基本确定性心音，这样我们使用数字信号处理器进行处理。数字信号处理器有潜力成为一个可靠和经济的新的诊断方法来筛选结构性心脏病。然而，数字信号处理器必须进行下一步的评判，以此来确定一个大型系列病人的特点和其潜在的临床病

5、理学。关键词 数字减影- phonocardiography -用 MATLAB - Murmurgram背景在健康的心血管系统中，血液流动一般是在字符层。在某些病理条件下，如心脏瓣膜的狭窄或小孔室间隔，血液流动会变得动荡，并可以作为杂音已知的噪音听到 1 。为难临床医生的一个困难是杂音，这仅是部分的总声发射信号从心脏发出的声音，其中也包含基本正常心音。这一事实是个复杂的聆听过程。聆听从听诊器的心脏（听诊）发出的声音，是一种常见诊断的第一步。随后往往是通过超声心动图来检查听诊时发现的异常。然而，普通听诊和超声心动图的费用和尴尬缺乏可靠性，实用性，以及缺乏物美价廉的定价，非侵入性的方法是一个可取

6、的发展听诊计划，也可以适应连续监测 2 - 6 。为了更好地确定发现的确定性的心音，本研究旨在以申请一个新的（未发表）分析，非专利技术，被称为数字减影心音描记术（数字信号处理器），用来发展成一种非侵入性手段的检测和表征心脏杂音，如引起的心脏瓣膜病变或其他类型的心脏病理学。所提出的方法是根本不同从以前的心音信号处理力度。DSP 技术是建设两个相邻时间的心脏周期，我们在此呼吁“murmurgram”之间的差异信号，启动这些努力，它从根本上不同于以往的技术。此外，基于确定性，加上随机的组件心音模型，我们似乎很有道理，我们表明，通过数学推理和计算机模拟如何 murmurgrams 将有望表现。此外，它

7、是我们的经验（虽然不一定初步）来观察异常情况的方法，如二尖瓣关闭不全或主动脉瓣狭窄患者murmurgrams 同正常情况下有些不同。方法我们收集的心音在儿科门诊 modares 医院进行储存，此医院位于德黑兰，时间为 2010 至 2011。从收集资料上看，共有 59 例，其中 7 例正常，他们的平均年龄在 5 岁至 26 岁的年龄范围内。患者可获得书面知情同意书的出版情况及所附含的图像。书面同意书的副本是本杂志的主编进行行政审查的。患者（正常对照组除外）有心脏杂音的历史，其中包括室间隔缺损（VSD），房间隔缺损（ASD）的法洛氏四联症（TOF）10 ，与主动脉 4 22 狭窄（AS），肺动脉

8、狭窄（PS），进行超声心动图确诊的情况下，一些病历和诊断结果摘要载于表1。表 1 记录一些患者的心音研究。病人的研究数病人的年龄 病人的体重 心脏疾病模拟案例 1 健康模拟案例 2 室间隔缺损模拟 CASE3 房间隔缺损案例 1 23 78 健康案例 2 26 69 健康案例 3 8 22 室间隔缺损案例 4 15 49 房间隔缺损病人的研究数病人的年龄 病人的体重 心脏疾病案例 5 6 16 飞行时间案例 6 18 55 聚苯乙烯案例 7 5 15 议员案例 8 8 20 的 AS记录设置使用一台笔记本电脑基于心音记录在伊斯兰阿扎德大学的科学和研究部开发的系统中，以此来进行数据记录。图 1

9、显示系统框图。连接到胸前一块的，是一个微型驻极体的麦克风，它连接到商业的音频放大器的输出，然后在 44 kHz的 16 位分辨率的数字化中输出。类似的安排，也可用于记录的心电图（ECG ），这种记录，以协助识别从每个心动周期的开始计算。（由于心电图的数字化，使用的声卡是高通在 20 赫兹左右，进行过滤，这个信号是比那些记录全带宽条件下的有所不同。然而，尽管这样，心电图 QRS 波仍然可以被用作每个心动周期的开始进行标记。），此设置被放在一个容易录制心脏病诊所和其他地方的移动车。表 2 显示的是用于记录数据的设备。图 1 系统已用于收集数据充足的示意图。表 2 这是在这个项目中使用的设备清单。设

10、备 备注1 胸前胸件 赫尔麻醉设备 备注2 乳胶管 从听诊器3 微型驻极体麦克风实际型号 33030134 声级校准器，94 分贝艾克斯特型号 4077445 商业音频放大器，音量调节和仪表 6 心电图 BioampliferUFI 的型号 2122i7 USB 音频接口极限特工UA-1EX 型麦克风校准，使用艾克斯特声级校准器进行校准，它的为型号 407744，它在1KHZ 正弦波的条件下能产生 94 分贝的声音强度。任何录制的声音与校准记录进行比较，则有可能获得绝对的声强测量。为了实现高品质的录音，患者会在临床录音环境下保持完全沉默。每个记录被分为五个部分，持续 3 分钟一次。还要提供保健

11、措施，以确保腹鸣音（从胃和肠道）及其他文物是不存在的。所有的声音都使用 Goldwave 软件被记录（5.55 版），其中包括录制工具，筛选和分析声音。使用这个软件，我们还从心电图记录中删除一些电力设施的频率（50 Hz）。虽然 GoldWave 提出了广泛的数字滤波器，进一步过滤在MATLAB 中，包括取消直流漂移和低高通滤波。通过详细的代码可以看出，我们产生的连续两个周期中找到的 R 峰的确切位置的方法，只有在儿童问题的murmurgram 中有所作为。泛汤普金斯算法是一个很好的选择和伟大的采样率，它对录音系统产生很大的帮助。此外，心跳率不会对声音信号产生任何影响，从我们的角度来看，这是由

12、我们在做实验的基础上总结出来的，详细记录数据的方法可以参考6 。技术和分析问题我们使用 MATLAB 结合的信号处理器和实时数据采集系统的计算核心工具箱。两个相邻的时间心音周期，PCG-1 和盈科-2，在获得的每个心动周期的开始标记中使用的心电图 QRS 波。两个盈科周期的区别是一个 murmurgram。图 2说明了盈科的加减法。图 2 减去两个连续的心跳建设“murmurgram”，结果示意图。请注意，这个过程是个复杂的事实，由于生理变异，并非所有的心脏周期是相同的长度。因此，任何数据在收集之前的数据分析关于 murmurgrams 的建设必须首先受到初步分析，以确定目前持续时间最长的心脏

13、周期。首先，在一个法律周期找到原料 murmurgram，然后形成盈科之间的差异（周期）和盈科（周期 i +1）。正如之前的 QRS 波和第一心音（可能主要是由于呼吸）的发病时间较早，在自然变化的调整过程中必须根据使用上的任何两个盈科周期之间的交叉相关的对齐减去形成 murmurgram。图 3 显示的交叉相关的对齐和减法步骤。图 3 交叉相关路线和连续两次心跳的减法，建设“murmurgram” 。PCG1 和 PCG2 是连续两个心音周期。继 murmurgram 建设后，我们应用彩色光谱补充时间域 murmurgram 进行分析。信号强度颜色映射如下：红色橙色 黄色绿色蓝色黑色。这些彩色

14、光谱图使用颜色来表示在特定的时间和频率信号强度。我们的初步建议是，在正常murmurgram 相当“扁平化”（统一的字符）和“低强度”的时间和频率域内进行，而这种预期并非是患者出现心脏杂音的情况下发生的。最后，它往往是重要的是能够描述他们分布在心动周期中的杂音，例如，收缩压或舒张压。例如，几乎所有的杂音，舒张过程中都会发生异常。结果模拟案例 1图 4 显示了模拟 PCGS 中模拟心脏健康（第一和第二小组）的样本。murmurgram 和相应的颜色频谱显示在底部的两个小组。每个模拟盈科是 1 心脏占用 0.7 秒的运行时间周期。请注意，murmurgram 是“扁平化”，主要是根据200 赫兹的

15、频率成分来判定。图 4 模拟正常 PCGS（第一和第二小组） 。murmurgram 和相应的颜色频谱显示在第三和底部面板。（模拟案例 1）。模拟案例 2在两个连续心跳模拟 VSD 的情况下，数据显示在图 5 的第一和第二小组。光谱图在图中最底部显示，表明杂音有扩大到 700 赫兹的频率成分。图 5 模拟病人的 VSD（第一及第二板）PCGS 。可以看出杂音，有扩大到 700 赫兹左右（模拟案例 2）的频率成分。模拟案例 3图 6 显示了从模拟房间隔缺损情况下的 PCGS。murmurgram 和相应的颜色频谱显示在底部的两个小组中。模拟盈科是 1 占用 0.7 秒的运行时间周期。请注意，mu

16、rmurgram 是不是“平”之间 S1and S2 的。在这种情况下 murmurgram在收缩中期杂音延伸约 600 赫兹的频率成分。图 6 从模拟房间隔缺损病人的样本 PCGS（第一和第二小组）。S1 和 S2 之间的murmurgram（图三）是不是 “扁平化” 。杂音延伸超过 600 赫兹的频率成分。第二心音明显分成两个盈科轨迹（模拟案例 3）。临床病例 1 和 2图 7 和 8 盈科展示样品（第一和第二小组）是以一个健康的 23 岁女孩和一个健康的 26 岁男子为样本，不管他是否有心脏杂音。murmurgrams 和相应的颜色频谱图显示的是第三组和第四组的情况。在图 7 中的 PC

17、GS 1 心脏覆盖图为0.8 秒，而经过时间周期 8 PCGS 1 的心脏占用 0.9 秒的运行时间周期。请注意，这两个数字的 murmurgram 是平坦的，很大程度上受到杂音频率为 150 赫兹的影响。图 7 此图片显示了从一个健康的 23 年的岁女孩无辜的心脏杂音，心音样本（第一及第二图）。murmurgram 和相应的颜色频谱显示在第三个和第四个面板。在这种情况下 murmurgram 是相对“扁平化” ，和频率的杂音内容主要是在 150 赫兹（临床病例 1）。图 8 显示了从一个健康的 26 年老汉一个无辜的心脏杂音诺特尔样品图标题盈科样本（第一和第二小组）。murmurgram 和

18、相应的颜色频谱显示面板中的三，四。murmurgram 是相对“扁平化”，很大程度上受到杂音的频率是 150 赫兹（临床病例 2）。临床病例 3图 9 给出了室间隔缺损情况下的盈科样本（第一和第二小组），根据 7 岁的女孩，显示的是 1 个心动周期。 S1 和 S2 之间的 murmurgram（第三小组）是不是“扁平化 ”进行说明。在光谱图的底部，表明杂音有扩大到 600 赫兹的频率成分。在我们谈到的 murmurgram 中的 S1 和 S2 之间，如图，它是一个holosystolic 杂音，杂音的位置是 10。图 9 样品 PCGS（第一和第二小组）从病人的 VSD。请注意， S1 和

19、 S2 之间的murmurgram（图三）不行为 “扁平化” （统一的字符）。杂音有扩大到 600 赫兹左右（临床病例 3）的频率成分。图 10 比较收缩中期 holosystolic 的杂音示意图。临床案例 4下面是两个 15 岁男孩连续心跳的建筑署的数据，如图 11 所示。请注意，murmurgram 是不是“平”之间的 S1 和 S2。杂音有延伸约 400 赫兹的频率成分。自闭症声学特性的生理解释如下：杂音的特点主要是在收缩中期发生，因此在离开右心室时血液会明显增加，这样的增加会导致右心室的负荷，从而使收缩期的时间延长，这是与一个 S2 分裂（见红圈）。图 11 样品从自闭症患者 PCG

20、S（第一和第二小组）。S1 和 S2 之间的 murmurgram（第三小组）是不是“扁平化”。杂音有延伸约 400 赫兹的频率成分。第二心音明显分为两个盈科波形（临床病例 4）。临床案例 5图示为 8 岁男孩的数据图 12，S1 和 S2 之间的 murmurgram（第三小组）是不是“扁平化 ”，相当于一个频率扩展到 400 赫兹左右的组件的收缩期杂音。请注意，在飞行时间下（室间隔缺损，右心室肥厚，聚苯乙烯，和压倒一切的主动脉），两个 VSD 和 PS 有收缩期杂音。其结果是从两个来源中（图 12）收缩期杂音。图 12 从法洛氏四联 8 岁患者四部曲的记录。该 murmurgram 表明有

21、收缩期杂音，并延伸到400 赫兹左右（临床病例 5）的频率成分。临床案例 6图 13 显示的是 18 岁男孩的数据及数据列。是不是 “平”之间的 S1and S2 的murmurgram（图三）。收缩期杂音的频率分量会超过 500 赫兹。在肺动脉瓣狭窄下（PS ），血液会艰难的进入肺动脉。这种情况的特点是一个严酷的收缩期杂音现象（图 13）。图 13 中 18 岁的患者的肺动脉瓣狭窄。杂音是在时间和频率成分的收缩，扩展到 500 赫兹以上（临床案例 6）。临床案例 7图 14 显示的是一个 5 岁女孩的数据及 MR。S1 和 S2 之间的murmurgram（第三小组）是不是“扁平化”，与延长

22、至 400 Hz 的频率元件的收缩期杂音有着相关的联系。必须引起注意的是一个 holosystolic 杂音会存在一个明显的舒张早期组件（可能是由于快速通过二尖瓣口前向血流）。图 14 在一个 5 岁的患者的二尖瓣关闭不全。murmurgram 显示与频率扩展到 400 赫兹（临床病例 7）组件的收缩期杂音。临床案例 8图 15 给出的是一个 8 岁男孩的数据。录音由 1 秒的心脏周期和 0.7 秒的心脏周期提供。杂音是 S1 和 S2 和 S1 和 S2 之间的 murmurgram（图三）是不是“扁平化” 有关。频率扩展到 400 赫兹时，主动脉瓣狭窄（AS）是与恶劣的主动脉面积的收缩中期

23、杂音有关。在这种情况下，杂音开始后 S1 会显示并会达到最大值，到 350400 Hz 的频率之间，随后缩小到最小前的 S2。图 15 在 8 岁的病人的主动脉瓣狭窄。杂音是 S1 和 S2，并在这一地区的 murmurgram 是不是“扁平化” 的频率扩展到约 400 赫兹（临床病例 8）组件，。讨论在这项研究中的心电图同步数字减影和光谱分析是用来研究心音和杂音的一种全新的方式。虽然旧 phonocardiograph 设计仍然是有用的，但新的方法更加实用，它以研究心脏疾病为准，该系统提供了两个新的尺寸，分别是传统的图形和听诊方法。它们是：（1）数字减影杂音心音分开的确定性成分的能力; （2

24、）申请光谱分析提取的杂音信号的能力。在这个系统中，我们使用的数字信号处理技术，会构建一个的“murmurgram”，从盈科周期中减去盈科周期 i +1，我们定义为由此产生的信号。因此，一个murmurgram 是简单的两个连续的心脏跳动声发射之间的差异。在实践中，心电图 QRS 波被用作每个心动周期的开始标记，可以使任何两个连续的的PCGS 对齐，并减去产生的 murmurgram。也请注意，这样还可以得到另一系列的 murmurgrams 减去盈科循环周期从等于 I +2。例如。现在我们正在集中使用的“近邻”盈科周期。基于这一模型，一个正常的 murmurgram 应该或多或少持平，而在整个

25、心动周期（系统噪声的影响和生物变异范围内）增加在 murmurgram的信号下，预计将会发生在心动周期与心内的动荡地区的血流量增加，导致心脏结构病变。我们的做法是在改善国家的技术，也就是关于杂音，无底层确定性心音信号。通过这种方式心音及心脏杂音会隔离，系统将会指引医生检测到信号及表现特征，这个可能是相当困难的可靠性检测，我们会使用听传统手段-听诊器。例如当心脏跳动迅速，或当心脏的心脏杂音出现微弱的情况时。结论心脏杂音是可以用数字减影分析技术把底层确定性的心音进行分离。数字减影Phonocardiography 有潜力成为一个可靠和经济的新的结构性心脏病筛查诊断方法。电子辅助材料附加文件 1：

26、MATLAB 代码。最后提出的杂音对齐的代码。（DOCX 14 KB）参考文献1。 wierwille 长：小儿心脏杂音：在初级保健的评估和管理。 护士 Pract 2011，36 （3 ） ：22-8。2。 rangayyan 马币，莱纳的 RJ： 心音信号分析：回顾与展望。 在生物医学工程 CRC 的文学评论 1988 年，15： 3。3。 杜兰德 LG 电子，布兰查德男，克劳蒂尔 ，萨巴赫 HN，斯坦因的 PD：猪阀bioprosthetic 植入二尖瓣地位的患者计算机辅助心音光谱分类的模式识别方法的比较。IEEE 跨生物医学工程 1990 年，37（12） ： 1121 年至 1129

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