心音信号的分析和研究对心脏储备能力的评估有重要意义。大多数心力衰竭病人的主要问题是心肌收缩力的降低。先天心脏瓣膜受损,心电传导组织病变化引起的心脏机械活动障碍也能由心音反映出来,而且心血管系统的病变在导致ECG信号出现异常前,往往会首先出现心脏杂音和心音变异。因此心音在心脏储备能力的评估方面具有心电不可替代的诊断信息。本论文对基于心音信号检测和公用电话网络传输的无创心脏储备测试方法及技术进行了研究,深入分析了S1/S2的变异性特征并将其应用于心脏储备能力的评估。论文所涉及的研究课题对心血管疾病的临床诊断、运动员心脏功能监测、健康人体质评估具有重要的理论价值和应用前景。论文具体研究内容和主要工作包括以下方面:1、研制了基于心力-心音关系的心脏储备无创监测系统。研制出基本达到临床实用水平的试验样机。在硬件开发上,完成了前端信号采集、通信网络模块(接口)的设计与制作。在软件开发上,进行了基于串口控件的心音数据采集程序的设计。性能测试表明该心脏储备无创监测系统能够满足在临床医学和运动医学等领域开展心肌变力性和变时性研究的需求。2、心音信号分析方法研究。通过对心音信号的直观分析,从复杂性这一角度本论文创新性地提出了一种基于动态系统理论的非线性时间序列心音信号分析方法,采用“简单性”这一概念作为心音信号分析的一个指标进行量化分析,并实现了基于心音信号“简单性”曲线包络的心音成分自动识别算法,并将该算法应用到心脏储备指标的评估系统中。这种方法在很大程度上克服了基于能量分割方法的无法解决的困难,对于提取心音信号主要成分具有很好的效果。另外该方法可以精确地检测出杂音信号的起始点,从而得到杂音信号的持续时间,这一点对于临床诊断具有重要意义。论文阐述了该方法的研究思路,算法实现步骤、MATLAB仿真实验以及实际心音数据验证实验。3、结合心力-心音关系的人群心脏状态检测和评估,提出了评价心脏储备能力的综合评价指标体系;进行了心脏状态变化检测和评估中新方法的探索,即S1/S2比值变异性及其变化趋势的研究。利用课题研发系统,对大学生、中老年、公务员等不同人群、不同年龄组人员,进行了大量心脏储备数据的调研和评估分析,提出了评价心脏储备能力的综合评价指标体系(心率、心力变化趋势(cardiac contract- ility change trend, CCCT)、舒张期时间/收缩期时间(D/S)、S1/S2及其变异性等指标),结果论证了设计系统及方法的可行性和有效性。在此基础上,进行了心脏状态变化检测和评估中新方法的探索,即进行S1/S2比值的变异性研究,设计了静息状态和屏气状态心音图试验(breath-holding phonocardiogram test, BHPCGT)。发现了心脏状态变化的一个新现象,即S1/S2比值的倒置现象(reversal of S1/S2 ratio, RS1/S2R)。为了进一步了解S1/S2比值的倒置现象的细节,提出了S1/S2比值变化趋势,S1/S2比值倒置频率,S1/S2比值倒置时间等有关新指标。综上,本论文研究了一种无创而有广泛应用前景的心音检测、传输技术并进行了实验测试;利用非线性时间序列理论对心音信号特征进行了分析研究,提出了评价心脏储备能力的综合评价指标体系;将S1/S2比值变异性及其变化趋势等特征应用于的心脏储备的测试,并通过大学生、中老年人、公务员等人群心脏储备的调研和评估分析验证了心音检测技术及心脏储备评估系统的可行性和有效性。