一种医学声信号的双麦克风消噪方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及医疗器械的数字信号处理领域，特别涉及一种医学声信号的双麦克风消噪方法及装置。
【背景技术】
[0002]心血管疾病和呼吸系统疾病是危害人类健康的常见病和多发病，随着人们保健医疗意识的增强，带来了对于心肺健康监测的需求。
[0003]对心脏疾病常用诊断方法有心电图、超声心动图、听诊等。心电图反映心脏的电活动特性，可用于鉴别心率失常、心房心室功能缺陷。但心电图没有准确的与心室收缩和舒张相关联，由正常的心电图不能完全断定心脏功能正常。超声心动图产生高频声波脉冲，利用回波来定位和研究各种心脏结构的运动和切面。超声波对人体组织有一定热效应和声学效应，对人体健康可能存在潜在危害。呼吸系统疾病使用的检查方法有胸部影像学检查、支气管镜、听诊等。胸部影像学检查能很好的显示肺脏病变情况，支气管镜伸入支气管能直接窥视气管内情况，二者在临床治疗上有重要应用。听诊作为一种操作简单的方法，无创伤且有良好的舒适度，在临床医疗和保健方面有普遍地适用性。
[0004]心肺音检测为基于听诊的被动式监测方法，记录心肺音，操作简单且无创。更优地，心音检测可以在心血管疾病早期，心电图未表现异常前，通过心音中出现的杂音进行诊断，尽早采取对应的治疗措施；肺音监测可以记录睡眠时的呼吸暂停现象、哮喘患者的支气管痉挛，并辅助治疗。
[0005]心脏疾病在情绪紧张、体力活动、吸烟、饮酒等情况下容易诱发，而心音信号为非平稳随机过程，只在短时间内具有平稳的统计特性，这使得在医院检查的过程中无法确保准确诊断疾病。通过便携式的监测系统，随时随地采集心音信号，方便数据记录和重现，对保健、协助医学诊断大有助益。
[0006]肺音信号同样表现为非平稳随机过程，在医院中，肺音听诊应用于重症监护室监护病人呼吸状况、手术室监测麻醉后患者肺部变化等；在日常应用中，可以用于记录睡眠时的呼吸暂停，哮喘患者的支气管痉挛。因此，采用便携式的监测系统，随时随地采集肺音信号，对医疗、保健有重大帮助。
[0007]另一项应用背景为胎心音检测。在孕妇怀孕期间，尤其是怀孕中晚期，对胎儿的各项指标进行监护，能够了解胎儿在子宫内的健康状况，及早发现胎儿的异常。监测胎心主要是为了获得胎儿的实时心率，胎儿心率是否正常，是判断胎儿在母体内是否缺氧的重要指标。因此胎心监测是孕期检查的一个重要项目。胎心音监测常用多普勒超声监测，使用能发射超声波的探头，向胎儿心脏位置发射超声波，超声波遇到搏动的心脏而产生回波，利用多普勒效应对回波信号进行计算，得到胎儿心率。多普勒超声监测能主动发射超声波进行探测，能够有效探测胎儿微弱的心脏跳动，分析准确率高。但超声波对胎儿健康可能有潜在危害，超声波剂量需要严格的测试和监控。
[0008]而基于听诊的被动式监测方法对胎儿安全无损。使用声学传感器收集母体腹部表面的声音信号的监测系统，操作简单无创。孕妇和家属可以使用便携式监测系统，随时采集胎心音数据，记录胎心音以便重现和辅助医疗。
[0009]在典型的医学声信号监测系统中，声音采集装置监测医学声信号的同时，也采集到了周围的环境噪声。环境噪声严重影响了所采集到的信号质量，不利于后期的生理与病理诊断。
[0010]在临床中，听诊需要医护人员通过长期训练，积累临床经验，以区分噪声和有用的医学声信号。医学声信号的频率都比较低，如:心音的频率范围在IkHz以下，肺音频率范围在60?1000Hz，胎心音频率主要在170Hz以内，而人们的最佳听觉范围在Ik?2kHz，这使得低频的医学声信号不易听到。同时，医学声信号微弱，容易被噪声掩盖。这些都导致听诊很容易受到周围环境噪声的影响，需要安静的听诊环境。在医学声信号监测系统中，医学声信号经过放大、采集、存储之后，可以应用数字信号处理的方法，对采集到的信号进行噪声消除，对听诊环境的要求大大降低，方便随时随地检测健康状况。
[0011]在医学声信号的消噪方法中，常用方法有直接采用低通滤波器滤除带外噪声，谱减法和自适应滤波器。低通滤波器最为简单，但无法消除通带内噪声。谱减法使用短时傅里叶变换，算法比低通滤波器复杂，使用谱减法会产生较强音乐噪声。自适应滤波器应用最广泛，但存在收敛时间和精度的折中问题。
【发明内容】
[0012](一)要解决的技术问题
[0013]本发明要解决的技术问题是:针对医学声信号监测系统中环境噪声的干扰，如何实现一种有效消除环境噪声的消噪方法及装置。
[0014](二)技术方案
[0015]为解决上述问题，本发明提供一种医学声信号的双麦克风消噪方法，包括:获取带噪声的医学声信号数据和环境噪声数据，对所述医学声信号数据和所述环境噪声数据分别进行处理，得到时频单元；对所述时频单元计算特征值；根据所述特征值与掩蔽阈值的关系，生成掩蔽值，标记所述时频单元中医学声信号为主的部分；根据生成的掩蔽值对所述带噪声的声信号数据的时频单元进行掩蔽，保留医学声信号为主的部分，对掩蔽后的数据进行重构，获得消噪结果。
[0016]优选地，带噪声的声信号数据由处于人体体表放置的声学传感器获得。
[0017]优选地，将所述声信号数据和所述环境噪声数据划分子带，并按时间划分时间帧，得到所述时频单元。
[0018]优选地，还包括:根据人耳听觉特性，使用不均匀划分子带的滤波器组，将频带划分为呈指数分布的子带，对低频划分的细致而高频相对粗糙，能够有利于分辨低频声音；
[0019]优选地，还包括:根据人耳的听觉特性和听诊需要，对获得的双麦克风数据进行滤波，对预定频率范围内的数据进行增强。
[0020]优选地，所述计算特征值是所述双麦克风数据时频单元的能量比。
[0021]优选地，还包括:对所述掩蔽值进行平滑处理，使得消噪结果在时域上保持连续性。
[0022]优选地，将所述掩蔽后的数据按时间叠加各个时间帧，叠加各个子带，得到消噪结果O
[0023]本发明还提供一种声信号的双麦克风消噪装置，包括:外围分析模块，用于获取带噪声的医学声信号数据和环境噪声数据，对所述医学声信号数据和所述环境噪声数据分别进行处理，得到时频单元；特征提取模块，用于对所述时频单元计算特征值；掩蔽分离模块，用于根据所述特征值与掩蔽阈值的关系，生成掩蔽值，标记所述时频单元中声信号为主的部分；信号重构模块，用于根据生成的掩蔽值对所述带噪声的医学声信号数据的时频单元进行掩蔽，保留医学声信号为主的部分，对掩蔽后的数据进行重构，获得消噪结果。
[0024]优选地，所述外围分析模块还包括信号增强模块，用于根据人耳的听觉特性和听诊需要，对获得的双麦克风数据进行滤波，对预定频率范围内的数据进行增强。
[0025]优选地，所述掩蔽分离模块还包括平滑模块，用于对所述掩蔽值进行平滑处理，使得消噪结果在时域上保持连续性。
[0026](三)有益效果
[0027]本发明提出的消噪方法，采用双麦克风分别采集带噪声的医学声信号和环境噪声，有效的将医学声信号和环境噪声分离。使用本方法，被测者可以随时随地进行成人心肺音、胎心音监测，对获得的数据进行消噪处理，为医疗保健提供参考。
【附图说明】
[0028]图1为依照本发明一种实施方式的双麦克风消噪方法流程示意图；
[0029]图2为依照本发明一种实施方式的双麦克风结构示意图；
[0030]图3为依照本发明一种实施方式的优化的双麦克风消噪方法流程示意图；
[0031]图4为依照本发明一种实施方式的划分子带后其中一个子带数据的示意图；
[0032]图5是依照本发明一种实施方式的特征值计算结果的示意图；
[0033]图6是依照本发明一种实施方式的掩蔽值平滑前后的效果示意图。
【具体实施方式】
[0034]下面结合附图和实施例，对本发明的【具体实施方式】作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
[0035]如图1所示，本发明提供的双麦克风消噪方法，包括外围分析、特征提取、掩蔽分离和信号重构四个部分。
[0036]其中，所述外围分析，获取带噪声的医学声信号数据和环境噪声数据，分别对两组数据进行处理，所得结果为时频单元，用于特征提取和信号重构；
[0037]所述特征提取，对所述时频单元计算特征值，用于掩蔽分离；
[0038]所述掩蔽分离，根据所述特征值与掩蔽阈值的关系，生成掩蔽值，标记所述时频单元中医学声信号为主的部分，用于信号重构；
[0039]所述信号重构，根据生成的掩蔽值对所述带噪声的医学声信号数据的时频单元进行掩蔽，保留医