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心音是指在心动周期中,由于心脏肌肉的收缩和舒张,心脏瓣膜的开启与关闭,血流冲击心室内壁和动脉血管等因素引起的一系列机械振动,经过体表组织传到胸壁表面的音频信号。心音信号蕴含了心脏内部结构与发声过程的关系,心音的特征与心脏内部形状特征也存在着一定的内在联系。因此,研究心音产生模型的主要目的是通过对心音产生模型的研究,提出一种能够体现心音产生过程的模型,有助于进一步理解心音产生机理;将心音模型应用在对异常心音的研究中,为诊断异常心音并对其进行病理分析提供了可靠的理论基础。本文提出了一种基于级联无损声管的心音产生模型,并将心音产生模型应用于分类识别和异常心音分析领域。首先,从声学角度出发,结合行波理论,提出了一种基于级联无损声管的心音产生模型,它包含S1级联无损声管模型和S2级联无损声管模型。将心室及动脉血管抽象为一系列长度相同,内半径不等的多级声管,通过控制声管内半径的大小去模拟一个心动周期中心房、心室以及动脉血管的舒张与收缩状态,并以共振峰频率作为目标参数来仿真心音的产生过程。该模型具有以下三个特征:第一,心音是一种声学信号,本文从声学角度出发,以共振峰频率作为模型的目标参数直接体现心音的声学特性;第二,将心脏内部的心室和动脉血管抽象为长度相等,内半径不等的多级声管,将心音产生模型与心脏内部的形状及尺寸特征联系起来,凸显了心音产生模型与心音产生机理之间的联系,对于探索心音产生原理具有积极的作用;第三,模型参数为9级内半径{Rm}(m取1,2,3...,9),模型简单直观,模型参数易于控制,目标参数为S1和S2的共振峰频率,具有维度低、物理意义明确等特点。其次,利用该心音产生模型对异常心音进行了仿真,对比异常心音与正常心音的模型参数,对异常心音进行病理分析,分析结果与临床医学的表现基本一致。最后,基于共振峰理论,提出了以S1和S2共振峰频率作为特征的心音分类识别方法。该特征能够很好的表征心音的能量分布特征,将其作为心音的一种识别特征具有较高的识别率。本文提出的心音产生模型不仅可以模拟正常心音,而且可以模拟异常心音,仿真结果表明,该模型对于从声学角度了解心音的产生过程,探寻异常心音的病理原因,拓展心音信号的应用范围,具有积极的意义。