四通道同步心音信号采集装置设计及特征识别

为了实现先天性心脏病的快速筛查,文中设计制作了四通道同步心音信号采集装置,并对四通道先心病心音信号的分析提出了新的表征方法。首先讨论四通道同步心音传感器和先心病筛查设备的设计,然后根据心音的特点提出多通道心音信号并行特征的表征方法。在分析单路心音能量熵的基础上,重点讨论4路心音的能量熵特征集和互信息特征集,并且对能量熵特征集进行主成分分析,用相关系数作为互信息特征集的权重参数,最终获得多元优化融合特征数据集,这不仅实现了特征数据的压缩,而且给出分类识别所需的关键特征。分类实验结果表明,多路心音的并行特征表征效果明显优于单通道心音的特征表征效果,运用针对性强的特征融合策略对于提高先天性心脏病筛查速度和准确率具有积极的意义。

基于PCA串并融合的多路心音特征表征方法

多路心音信号不仅比单路心音信号涵盖更多关于总体的特征,而且能够弥补单路心音数据携带的信息量可能不充分的缺陷。利用笔者自主设计的4路心音传感器,初步建立一个小型4路心音数据库。基于这个数据库,首先阐明多路心音信号的特点,论述心杂音与听诊位置的关系;然后分别提取心音的单路和4路能量熵系数、4路心音互信息作为有效特征数据集,利用PCA对能量熵特征进行降维处理,获得串行特征;将相关性特征和互信息特征从实向量空间拓展到复向量空间,进行并行融合,获得并行特征;最后将串行并行特征再次融合成为多元优化组合特征。这种融合策略,具有针对性强,凸显差异性的优点。仿真实验结果表明,由多路心音信号获取的多元优化组合特征表征效果明显优于单路心音信号的特征表征效果,不仅有益于分类模型的构建,而且对实现先心病的快速筛查,提高分类识别率具有积极的意义。