基于决策树的便携式心音诊断仪

　　1引言

　　心脏听诊仍是心脏检查的基本方法。心脏听诊靠听觉凭经验判断心音类型，需要专业训练、长期的工作经验及良好的听觉能力。一种使用方便、成本低的便携式心音诊断仪就成为医务人员和心脏病患者的梦想。

　　文献[1]分析了心音的生成机理和物理特性，列举了常见异常心音信号的波形及其特征，文献[2]给出了心音信号特征的分类依据。

　　2心音分类算法

　　心音信号的声学特性与其某些波形参数之间很强的相关性为计算机辅助诊断提供了一条路径。通过改进文献[2]给出的心音信号分类参数，进行三级分类，将心音划分为14种类别，如表1所示。心音信号中，杂音频率较高，非杂音频率较低。短时平均过零率是频率量的度量，短时超限率是幅值的度量，两者结合可以反映信号频率及幅度变化。N点长信号的短时平均过零率及短时超限率分别定义[3]为式(1),(2):

　　当Tn或Pn超过门限或的连续长度T1或P1达到一定长度时，就认为含杂音。N点长信号的平均时间、持续时间及短时能盆分别定义[3]为式(3),(4),(5):

　　信号的平均时间和持续时间是度量信号在时间轴上的位置和持续时间长短。短时能量描述整个心动周期幅度的变化。心音分类流程主要包括:心音分段、第二心音定位及计算上述5个信号参数。心音分段、第二心音定位是利用心电信号对心音信号进行分段，查找出第二心音的位置。每一段是从第一心音开始，在下一心动周期第一心音前结束。短时平均过零率和短时超限率计算采用矩形窗函数，窗长N为100个点，重叠50个点，门限0. 1;当T1、F;超过心动周期长度的20%时，认为有杂音。平均时间小于0. 6时认为是中前期杂音，大于0. 6时是全期或中后期杂音。全期杂音和中后期杂音利用持续时间划分，持续时间小于0. 5是中后期杂音，大于0. 5是全期杂音。短时能量的计算也采用矩形窗，窗长100个点，重叠20个点。

3心音诊断仪设计

　　3. 1硬件结构

　　系统硬件结构如图1所示。信号放大电路分别由传感器、A/D转换器、差分放大及数控增益放大器等组成，液晶显示采用SG12864-25图形模块。

　　3. 2系统软件

　　心音心电信号的采样率分别为8000 Hz和200Hz,　DMAO和DMAl分别设置为和串口0和串口1同步工作，搬移数据的缓冲区长度分别为2000点((0. 25s,　8000 Hz)和50点(0. 25s, 200 Hz)。液晶显示心音心电信号的波形，可根据波形判断其幅度是否满足系统要求，并可通过放大缩小按钮进行调节。采集7s(存储空间决定)数据后，若为心音心电信号，即调用分类算法进行分类;否则提示信号采集错误。分类完成后，液晶循环显示心音分类结果。