術(shù)，不再寶述。再采用基于MA化AB軟件工具開發(fā)制作胃腸音自動(dòng)識(shí)別 與分析軟件的操作平臺(tái)進(jìn)行信號(hào)處理和分析，其軟件平臺(tái)的功能分區(qū)如表1所示：
[0038] 表1自動(dòng)識(shí)別與分析軟件操作平臺(tái)功能分區(qū)
[0039]
[0041] 胃腸音自動(dòng)識(shí)別與分析軟件的總體技術(shù)路線，包括:信號(hào)分割、信號(hào)去噪、特征提 取、分類器學(xué)習(xí)和識(shí)別結(jié)果，如圖4所示。
[0042] 由于原始信號(hào)含有較多的背景噪聲等干擾信息，所W先對(duì)原始信號(hào)分割根據(jù)事先 設(shè)置的窗口（window)進(jìn)行長(zhǎng)度掃描：
[0044]其中，Lw是窗口長(zhǎng)度，Iength(X)是原始信號(hào)長(zhǎng)度，xm(i)為第i個(gè)分割出的信號(hào)，分 割出的胃腸音典型樣本。
[004引胃腸音常受到呼吸、摩擦、動(dòng)脈搏動(dòng)及環(huán)境背景聲音的干擾，出現(xiàn)下面的波形如： 上下包絡(luò)(上包絡(luò):極大值點(diǎn)的連線，下包絡(luò):極小值點(diǎn)的連線)0基線不對(duì)稱、平緩或大幅雜 亂無規(guī)律的波形，為非胃腸音等。
[0046]由于分割出的信號(hào)仍然含有一定噪聲，為了提高后續(xù)胃腸音識(shí)別效果，對(duì)分割出 信號(hào)進(jìn)一步去噪。采取Savitzky-Golay(S-G)平滑算法，S-G平滑算法主要用于信號(hào)去噪，利 用在多項(xiàng)式局部窗口中擬合信號(hào)，達(dá)到濾波的效果。該算法在濾波的同時(shí)可W保持信號(hào)形 狀、寬度不變，具體實(shí)現(xiàn)方式如圖5所示。
[0047] 為了更好的識(shí)別胃腸音樣本，需要對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行特征提取。其中，特征值提取包 括:物理參數(shù)特征提取和統(tǒng)計(jì)參數(shù)特征提取。
[0048] 物理參數(shù)特征提取包括:一維信號(hào)信息賭，是對(duì)信息的一個(gè)量化度量，信息賭反映 了胃腸信號(hào)的不確定度;快速傅里葉變換，可W實(shí)現(xiàn)胃腸音信號(hào)時(shí)域和頻域之間的相互轉(zhuǎn) 換，通常在時(shí)域不易觀察到的特征可W將其變換到頻域上，將原時(shí)域信號(hào)的研究轉(zhuǎn)換為頻 域上對(duì)應(yīng)信號(hào);功率譜估計(jì)，將幅度隨時(shí)間變化的胃腸音變換為功率隨頻率變化的譜圖，可 直觀地觀察到胃腸音信號(hào)的能量分布和變化情況。
[0049] 統(tǒng)計(jì)參數(shù)特征提取包括:主成分分析和線性判別分析。其中，主成分分析，是一種 代數(shù)特征提取方法，通過構(gòu)造一組正交基來分解原始信號(hào)，該正交基反映了信號(hào)方差變化 較大的幾個(gè)方向。例如:采集胃腸音信號(hào)數(shù)據(jù)較長(zhǎng)(特征較多)時(shí)，利用主成分分析可W降低 空間的維數(shù)并去除冗余。
[0050] 線性判別分析，是通過尋找一個(gè)投影方向，將高維問題降低到低維問題來解決，并 且要求變換后的低維數(shù)據(jù)具有如下性質(zhì)：同類樣本盡可能聚集在一起，不同類的樣本盡可 能地遠(yuǎn)。
[0051] 分類器學(xué)習(xí)：基于監(jiān)督模式識(shí)別方法，通過人工聽診選取一定數(shù)量的胃腸音訓(xùn)練 樣本，通過上述特征提取后，建立分類器模型。
[0052] 當(dāng)胃腸音訓(xùn)練樣本較為完備時(shí)，可W利用線性判別分析和貝葉斯分類器對(duì)待測(cè)胃 腸音樣本進(jìn)行預(yù)測(cè)分析。在軟件系統(tǒng)中，記錄原始信號(hào)中被識(shí)別出的胃腸音區(qū)域，并用相應(yīng) 顏色標(biāo)記。同時(shí)增加人工調(diào)節(jié)功能:對(duì)計(jì)算機(jī)識(shí)別錯(cuò)誤的樣本，手動(dòng)將該樣本添加到訓(xùn)練樣 本集，豐富訓(xùn)練樣本庫(kù)。
[0053] 識(shí)別結(jié)果:為了便于臨床使用，對(duì)識(shí)別出的胃腸音樣本進(jìn)行相關(guān)特征分析與統(tǒng)計(jì)， 具體指標(biāo)如下表2所示：
[0054] 表2胃腸音監(jiān)測(cè)指標(biāo)

[0057] 為了驗(yàn)證胃腸音自動(dòng)識(shí)別的準(zhǔn)確性和可靠性，對(duì)胃腸音樣本庫(kù)中的胃腸音樣本和 非胃腸音樣本，隨機(jī)挑選總數(shù)的75%，作為訓(xùn)練集。對(duì)訓(xùn)練集內(nèi)的樣本進(jìn)行特征提取，利用 支持向量機(jī)方法建立分類模型。將樣本庫(kù)中余下的25%的胃腸音和非胃腸音樣本作為測(cè)試 集，并對(duì)測(cè)試集也進(jìn)行特征提取。根據(jù)訓(xùn)練集中建立的分類器模型對(duì)特征提取后的測(cè)試集 樣本做出是否是胃腸音的預(yù)測(cè)，并對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果與真實(shí)結(jié)果進(jìn)行比對(duì)，從而驗(yàn)證自動(dòng)識(shí)別的 準(zhǔn)確性。
[0058] 根據(jù)上述軟件分析處理流程，在健康老年人及健康青壯年試驗(yàn)數(shù)據(jù)中，分別選取 各通道的兩類樣本：胃腸音樣本，非胃腸音樣本，見表3，4所示。
[0059] 表3健康老年人胃腸音和非胃腸音數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)
[0061] 表4健康青壯年胃腸音和非胃腸音數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)
[0062]
[0063] 試驗(yàn)中隨機(jī)10次選取每類樣本中75%作為訓(xùn)練集，通過S-G平滑、一維信號(hào)賭，快 速傅里葉變換、功率譜估計(jì)、主成分分析等方法進(jìn)行特征提取，同時(shí)利用線性判別分析及貝 葉斯方法構(gòu)建分類器模型，余下25%作為測(cè)試集。分類效果如圖6~10和圖11~15所示。
[0064] 最終自動(dòng)識(shí)別與分析的正確率，見表5:
[0065] 表5健康老年人及健康青壯年不同通道胃腸音自動(dòng)識(shí)別的正確率（％ )
[0067] 本實(shí)用新型實(shí)施例通過選用性能參數(shù)涵蓋胃腸音特征值指標(biāo)的元器件，結(jié)合藍(lán)牙 無線傳輸技術(shù)，研發(fā)便攜式胃腸音信號(hào)采集裝置;再聯(lián)合運(yùn)用頻譜分析、功率譜估計(jì)、平滑 濾波、主成分分析等幾種信號(hào)處理方法W及監(jiān)督模式識(shí)別方法，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化胃腸音的自 動(dòng)識(shí)別與分析。
[0068] W上對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例所提供的一種便捷式胃腸音檢測(cè)裝置，進(jìn)行了詳細(xì)介 紹，本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，W上實(shí)施 例的說明只是用于幫助理解本實(shí)用新型實(shí)施例的方法及其核屯、思想；同時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域的 一般技術(shù)人員，依據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的思想，在【具體實(shí)施方式】及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變 之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例的限制。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種便攜式胃腸音檢測(cè)裝置，其特征在于，包括:連接各個(gè)模塊的PCB板； 信號(hào)采集模塊，用于采集多個(gè)胃腸音檢測(cè)位置的音頻； 信號(hào)處理分析模塊，與所述信號(hào)采集模塊相連接，將采集到的信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換輸出； 信號(hào)存儲(chǔ)及顯示模塊，將信號(hào)處理分析模塊輸出的胃腸音數(shù)據(jù)信號(hào)存儲(chǔ)并顯示于上位 機(jī)的屏幕上； 藍(lán)牙模塊，與所述信號(hào)處理分析模塊相連，將信號(hào)傳輸?shù)斤@示裝置； 所述藍(lán)牙模塊包括:封裝于PCB板上的天線、濾波器、CSR1000藍(lán)牙芯片、電源管理模塊 以及兩個(gè)時(shí)鐘，所述PCB板上設(shè)置有SPI接口、PIOs接口、UART接口以及電源接口； 電源管理模塊，與所述信號(hào)采集模塊、所述信號(hào)處理分析模塊連接； 所述電源管理模塊包括：內(nèi)置的鋰離子電池和USB充電接口。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測(cè)裝置，其特征在于，所述信號(hào)采集模塊包括:若干聽診頭 和與所述聽診頭數(shù)量對(duì)應(yīng)的麥克風(fēng)。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的檢測(cè)裝置，其特征在于，所述聽診頭的數(shù)量為用于檢測(cè)胃部、 回盲部、乙狀結(jié)腸部、空腸部和回腸部的五個(gè)聽診頭。4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的檢測(cè)裝置，其特征在于，所述信號(hào)采集模塊還包括連接管； 所述連接管的長(zhǎng)度為12cm。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測(cè)裝置，其特征在于，所述信號(hào)處理分析模塊包括濾波電 路、放大電路和單片機(jī)； 所述濾波電路的輸入端與所述麥克風(fēng)的輸出端相連，所述濾波電路的輸出端與所述放 大電路的輸入端相連； 所述單片機(jī)，包括:A/D轉(zhuǎn)換、CPU、存儲(chǔ)器和輸入/輸出端口； 所述單片機(jī)，輸入端口與所述放大電路的輸出端相連接。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的檢測(cè)裝置，其特征在于，所述濾波電路為二階有源低通電路。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的檢測(cè)裝置，其特征在于，所述的放大電路為兩級(jí)放大器，包括： 前置放大器和主放大器。
【專利摘要】本實(shí)用新型提供了一種便攜式胃腸音檢測(cè)裝置，涉及醫(yī)療機(jī)械領(lǐng)域。根據(jù)胃腸音信號(hào)特征，并結(jié)合臨床對(duì)胃腸音監(jiān)測(cè)技術(shù)的需求，該胃腸音檢測(cè)裝置采用藍(lán)牙模塊實(shí)現(xiàn)無線數(shù)據(jù)傳輸,其電源管理模塊包括：內(nèi)置的鋰離子電池和USB充電接口，方便易攜帶；信號(hào)采集裝置為多通道系統(tǒng)，可同時(shí)采集多個(gè)胃腸監(jiān)測(cè)部位聲音的采集裝置，實(shí)現(xiàn)了直觀、有效地獲取并監(jiān)測(cè)胃腸音信號(hào)。
【IPC分類】A61B7/04
【公開號(hào)】CN205163106
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520932817
【發(fā)明人】王建榮, 馬燕蘭, 王衛(wèi)東, 徐巍, 王國(guó)靜
【申請(qǐng)人】中國(guó)人民解放軍總醫(yī)院
【公開日】2016年4月20日
【申請(qǐng)日】2015年11月20日