术，不再寶述。再采用基于MA化AB软件工具开发制作胃肠音自动识别 与分析软件的操作平台进行信号处理和分析，其软件平台的功能分区如表1所示：
[0038] 表1自动识别与分析软件操作平台功能分区
[0039]
[0041] 胃肠音自动识别与分析软件的总体技术路线，包括:信号分割、信号去噪、特征提 取、分类器学习和识别结果，如图4所示。
[0042] 由于原始信号含有较多的背景噪声等干扰信息，所W先对原始信号分割根据事先 设置的窗口（window)进行长度扫描：
[0044]其中，Lw是窗口长度，Iength(X)是原始信号长度，xm(i)为第i个分割出的信号，分 割出的胃肠音典型样本。
[004引胃肠音常受到呼吸、摩擦、动脉搏动及环境背景声音的干扰，出现下面的波形如： 上下包络(上包络:极大值点的连线，下包络:极小值点的连线)0基线不对称、平缓或大幅杂 乱无规律的波形，为非胃肠音等。
[0046]由于分割出的信号仍然含有一定噪声，为了提高后续胃肠音识别效果，对分割出 信号进一步去噪。采取Savitzky-Golay(S-G)平滑算法，S-G平滑算法主要用于信号去噪，利 用在多项式局部窗口中拟合信号，达到滤波的效果。该算法在滤波的同时可W保持信号形 状、宽度不变，具体实现方式如图5所示。
[0047] 为了更好的识别胃肠音样本，需要对原始数据进行特征提取。其中，特征值提取包 括:物理参数特征提取和统计参数特征提取。
[0048] 物理参数特征提取包括:一维信号信息赌，是对信息的一个量化度量，信息赌反映 了胃肠信号的不确定度;快速傅里叶变换，可W实现胃肠音信号时域和频域之间的相互转 换，通常在时域不易观察到的特征可W将其变换到频域上，将原时域信号的研究转换为频 域上对应信号;功率谱估计，将幅度随时间变化的胃肠音变换为功率随频率变化的谱图，可 直观地观察到胃肠音信号的能量分布和变化情况。
[0049] 统计参数特征提取包括:主成分分析和线性判别分析。其中，主成分分析，是一种 代数特征提取方法，通过构造一组正交基来分解原始信号，该正交基反映了信号方差变化 较大的几个方向。例如:采集胃肠音信号数据较长(特征较多)时，利用主成分分析可W降低 空间的维数并去除冗余。
[0050] 线性判别分析，是通过寻找一个投影方向，将高维问题降低到低维问题来解决，并 且要求变换后的低维数据具有如下性质：同类样本尽可能聚集在一起，不同类的样本尽可 能地远。
[0051] 分类器学习：基于监督模式识别方法，通过人工听诊选取一定数量的胃肠音训练 样本，通过上述特征提取后，建立分类器模型。
[0052] 当胃肠音训练样本较为完备时，可W利用线性判别分析和贝叶斯分类器对待测胃 肠音样本进行预测分析。在软件系统中，记录原始信号中被识别出的胃肠音区域，并用相应 颜色标记。同时增加人工调节功能:对计算机识别错误的样本，手动将该样本添加到训练样 本集，丰富训练样本库。
[0053] 识别结果:为了便于临床使用，对识别出的胃肠音样本进行相关特征分析与统计， 具体指标如下表2所示：
[0054] 表2胃肠音监测指标
[0057] 为了验证胃肠音自动识别的准确性和可靠性，对胃肠音样本库中的胃肠音样本和 非胃肠音样本，随机挑选总数的75%，作为训练集。对训练集内的样本进行特征提取，利用 支持向量机方法建立分类模型。将样本库中余下的25%的胃肠音和非胃肠音样本作为测试 集，并对测试集也进行特征提取。根据训练集中建立的分类器模型对特征提取后的测试集 样本做出是否是胃肠音的预测，并对预测结果与真实结果进行比对，从而验证自动识别的 准确性。
[0058] 根据上述软件分析处理流程，在健康老年人及健康青壮年试验数据中，分别选取 各通道的两类样本：胃肠音样本，非胃肠音样本，见表3，4所示。
[0059] 表3健康老年人胃肠音和非胃肠音数据统计
[0061] 表4健康青壮年胃肠音和非胃肠音数据统计
[0062]
[0063] 试验中随机10次选取每类样本中75%作为训练集，通过S-G平滑、一维信号赌，快 速傅里叶变换、功率谱估计、主成分分析等方法进行特征提取，同时利用线性判别分析及贝 叶斯方法构建分类器模型，余下25%作为测试集。分类效果如图6~10和图11~15所示。
[0064] 最终自动识别与分析的正确率，见表5:
[0065] 表5健康老年人及健康青壮年不同通道胃肠音自动识别的正确率（％ )
[0067] 本实用新型实施例通过选用性能参数涵盖胃肠音特征值指标的元器件，结合蓝牙 无线传输技术，研发便携式胃肠音信号采集装置;再联合运用频谱分析、功率谱估计、平滑 滤波、主成分分析等几种信号处理方法W及监督模式识别方法，实现了数字化胃肠音的自 动识别与分析。
[0068] W上对本实用新型实施例所提供的一种便捷式胃肠音检测装置，进行了详细介 绍，本文中应用了具体个例对本实用新型实施例的原理及实施方式进行了阐述，W上实施 例的说明只是用于帮助理解本实用新型实施例的方法及其核屯、思想；同时，对于本领域的 一般技术人员，依据本实用新型实施例的思想，在【具体实施方式】及应用范围上均会有改变 之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型实施例的限制。
【主权项】
1. 一种便携式胃肠音检测装置，其特征在于，包括:连接各个模块的PCB板； 信号采集模块，用于采集多个胃肠音检测位置的音频； 信号处理分析模块，与所述信号采集模块相连接，将采集到的信号模数转换输出； 信号存储及显示模块，将信号处理分析模块输出的胃肠音数据信号存储并显示于上位 机的屏幕上； 蓝牙模块，与所述信号处理分析模块相连，将信号传输到显示装置； 所述蓝牙模块包括:封装于PCB板上的天线、滤波器、CSR1000蓝牙芯片、电源管理模块 以及两个时钟，所述PCB板上设置有SPI接口、PIOs接口、UART接口以及电源接口； 电源管理模块，与所述信号采集模块、所述信号处理分析模块连接； 所述电源管理模块包括：内置的锂离子电池和USB充电接口。2. 根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述信号采集模块包括:若干听诊头 和与所述听诊头数量对应的麦克风。3. 根据权利要求2所述的检测装置，其特征在于，所述听诊头的数量为用于检测胃部、 回盲部、乙状结肠部、空肠部和回肠部的五个听诊头。4. 根据权利要求2所述的检测装置，其特征在于，所述信号采集模块还包括连接管； 所述连接管的长度为12cm。5. 根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述信号处理分析模块包括滤波电 路、放大电路和单片机； 所述滤波电路的输入端与所述麦克风的输出端相连，所述滤波电路的输出端与所述放 大电路的输入端相连； 所述单片机，包括:A/D转换、CPU、存储器和输入/输出端口； 所述单片机，输入端口与所述放大电路的输出端相连接。6. 根据权利要求5所述的检测装置，其特征在于，所述滤波电路为二阶有源低通电路。7. 根据权利要求6所述的检测装置，其特征在于，所述的放大电路为两级放大器，包括： 前置放大器和主放大器。
【专利摘要】本实用新型提供了一种便携式胃肠音检测装置，涉及医疗机械领域。根据胃肠音信号特征，并结合临床对胃肠音监测技术的需求，该胃肠音检测装置采用蓝牙模块实现无线数据传输,其电源管理模块包括：内置的锂离子电池和USB充电接口，方便易携带；信号采集装置为多通道系统，可同时采集多个胃肠监测部位声音的采集装置，实现了直观、有效地获取并监测胃肠音信号。
【IPC分类】A61B7/04
【公开号】CN205163106
【申请号】CN201520932817
【发明人】王建荣, 马燕兰, 王卫东, 徐巍, 王国静
【申请人】中国人民解放军总医院
【公开日】2016年4月20日
【申请日】2015年11月20日