心音與心臟血流動力:心臟、心動周期、心音產生,心音的採集方式及感測器,各種心音信號

通俗地講，“心音（Heart sounds，Cardiac sounds）”是心臟工作過程中發出的聲音，在人體的胸部體表、背部體表均能聽到。關於心音的產生機制，學術界還沒有達成共識。一般地認為，心音是血液在心血管內運動引起的各種機械振動之和。主要振動有：心臟的瓣膜和大血管在血流的衝擊下形成的振動，血流的加速與減速形成的湍流與渦流及其對心臟瓣膜、心房、室壁的作用所產生的振動，還有心肌的剛性迅速增加和減小形成的振動。定性地看，心音是心臟血流動力與心血管系統相互作用的結果，是一種機械振動。正常心音的振動頻率範圍通常在20Hz到200Hz之間，心雜音的頻率一般不超過800Hz，都處於人耳的聽覺範圍之內。鑒於心音的產生機制，心音攜帶了大量關於心血管系統健康狀況的信息，是診斷心臟疾病、評估心臟功能的重要信息來源。歷史上，早在1816年法國醫生雷奈克發明聽診器，用於聽取心音。由於其操作簡單、經濟、有效，聽診器得到了臨床醫學界的認可。經過上百年的套用，醫生們積累了大量的臨床經驗。心臟聽診已經成為內科、兒科、心血管內外科、呼吸科醫生的基本功，尤其在基層醫療單位的臨床診斷和心血管疾病普查中發揮著不可替代的作用，以至於“脖子上掛著聽診器”成為臨床醫生的一個重要標誌。

基本介紹

中文名：心音
外文名：Heart sounds，Cardiac sounds

心臟、心動周期、心音產生,心音的採集方式及感測器,各種心音信號,心音信號分析與處理的幾個方面,分析,預處理,基於心音的輔助診斷,網路資源中可利用的心音資料庫,

心臟、心動周期、心音產生

心臟及相關的主要血管如圖1所示。心臟由左心房、左心室、右心房和右心室四個腔構成，每一側各有上、下兩個腔。其中上面的腔稱為心房，下面的腔稱為心室。全身靜脈血經上下腔靜脈到右心房、右心室，再進入肺動脈，到肺中進行氣體交換；含氧血經肺靜脈到左心房、左心室，再進入主動脈，到全身。在血液循環系統中，左右心室都起泵血作用。在體循環和肺循環，血液都按照“靜脈→心房→心室→動脈”的順序單方向流動。心房與心室、心室與動脈之間有四個瓣膜，類似單向閥門，只能單方向打開，用於防止血液倒流。心房和心室之間的瓣膜稱為房室瓣。左心房和左心室之間的瓣膜有兩片瓣葉，又名二尖瓣；右心房和右心室之間的瓣膜有三片瓣葉，又名三尖瓣。左心室和主動脈之間的瓣膜為主動脈瓣，右心室和肺動脈之間的瓣膜為肺動脈瓣。主動脈瓣和肺動脈瓣分別由三片半月形狀的瓣葉構成，也稱它們為半月瓣。正常的瓣葉是光滑、薄而富有彈性的。心臟是血液循環的動力源。心臟周期性地舒張和收縮，保證了血液在循環系統中持續的流動。心臟收縮時，心內壓力升高，將血液泵出至動脈；心臟舒張時心內壓力降低，靜脈中的血液回流至心臟。心臟每收縮和舒張一次稱為一個心動周期。在一個心動周期中，首先是心房收縮，其中右心房收縮發生在左心房收縮之前。心房收縮時間較短，約占整個心動周期的1/8，接下來約7/8時間進行舒張。心房舒張後，心室開始收縮，左心室收縮發生在右心室收縮之前。心室收縮期約占心動周期的3/8，舒張期占5/8。由於心室對心臟的泵血起主要作用，因此心動周期通常指心室的活動周期。下面以左心室的心動周期為例，說明心音、各心腔血壓等信號之間的時間關係，如圖2所示。

圖1 心臟的結構及相關血管

心房收縮期。心房收縮使心房容積變小，內壓升高，將心房內的剩餘血液排入心室，使舒張的心室進一步得到充盈。此期間可產生第四心音（S4， the fourth heart sound）。

心室收縮期，分為等容收縮期、快速射血期和緩慢射血期。（1）等容收縮期心室開始收縮時心室內壓升高。當心室壓力超過心房內壓時，心室血液將房室關閉，產生第一心音(S1, the first heart sound)。此時，左心室內壓仍然低於主動脈內壓，主動脈瓣尚未打開。左心室的入口和出口均處於關閉狀態。於是，左心室成為一個封閉的腔室。左心室繼續收縮，而血液是幾乎不可壓縮的液體，因而左心室內壓急劇升高到足以打開主動脈瓣的程度。在此期間，左心室不射血，容積不變，故稱為等容收縮期，歷時50毫秒左右。其特點是，左心室血壓大幅度升高，血壓上升率最大。由此，不難理解二尖瓣關閉不全時，心室一開始收縮就會產生血液反流，反流產生的心雜音始於等容收縮期，可遮蓋第一心音，成為全收縮期雜音（Pansystolic murmur, holosystolic murmur）。而主動脈瓣狹窄時，主動脈瓣必然是在等容收縮期之後才打開，故主動脈狹窄的心雜音始於等容收縮期之後，不易遮蓋第一心音，常為收縮期中期雜音（midsystolic murmur）。（2）快速射血期左心室內壓急劇升高，一旦超過主動脈血壓時，主動脈瓣即被打開，血液由左心室迅速射入主動脈，隨著左心室的強烈收縮，左心室內血壓很快升高到最大值，左心室容積迅速減小。這期間射入動脈的血液量最多，占總射血量的70%-80%，而且血流速度很快，故稱為快速射血期，歷時100毫秒左右，約占整個收縮期的1/3。當主、肺動脈瓣狹窄時或主、肺動脈根部擴張時，可產生噴射性雜音。（3）緩慢射血期快速射血期之後，大量血液流入主動脈，使主動脈血壓增高，由於心室內血液減少，心肌收縮力減弱，此時心室容積雖然還在繼續減小，但減小速度緩慢，射血速度也逐漸減慢。此間，射出血液占總射血量的10%-30%，故稱為緩慢射血期，歷時約150毫秒，約占整個收縮期的2/3左右。左心室容積減少到最小時，射血停止。

圖2單個心動周期內，各心腔的血壓關係及瓣膜動作。P_lv，左心室血壓；P_la，左心房血壓；P_aop，主動脈血壓；P_rv，右心室血壓；P_ra，右心房血壓；P_pap，肺動脈血壓。

心室舒張期，分為等容舒張期、快速充盈期和緩慢充盈期。（1）等容舒張期心室開始舒張後，心室內壓下降。當它低於動脈壓時，動脈內血液向心室反流，致使主動脈瓣、肺動脈瓣關閉，產生第二心音（S2， the second heart sound）。此時，心室內壓任然高於心房內壓，三尖瓣、二尖瓣仍然處於關於狀態，心室再次成為封閉的腔室，心室舒張不納血，心室容積恆定，稱為等容舒張期，歷時約60毫秒。其特點是，心室內血壓大幅下降，血壓下降率最大。結合臨床，就能理解主動脈關閉不全和二尖瓣狹窄時的心雜音特點。當心室開始舒張，室內壓下降至於主動脈壓時，若主動脈瓣關閉不全，主動脈內血液向心室方向反流，產生心雜音，與第二心音幾乎同時產生，屬於舒張期早期雜音。而二尖瓣狹窄時，只能發生與等容舒張期之後，二尖瓣開放血液快速向心室充盈時才發生雜音，始於等容舒張期之後，屬於舒張中晚期雜音。（2）快速充盈期等容舒張期後，心室繼續舒張，當心室內壓下降至低於心房內壓是，二尖瓣、三尖瓣開放，心房內血液被快速“抽吸”流入心室，心室容積迅速增大，成為快速充盈期，歷時110毫秒左右。如果二尖瓣、三尖瓣狹窄，瓣膜開放受到阻力而產生開瓣音（open snap）。此期間，心臟處於全心舒張期，心室內壓接近零，甚至出現負壓，心房內血液快速充盈心室，期充盈量占整個充盈量的70%-80%，是心室充盈的主要階段。期間可能會產生第三心音（S3，the third heart sound）。第三心音的產生機制尚不明確，一般認為它與心室快速充盈及血流快速下降有關。（3）緩慢充盈期快速充盈期後，隨著心室內血液不斷增多及壓力升高，心室、心房之間的壓力梯度逐漸減小，血液流入心室的速度逐漸減慢，成為緩慢充盈期，歷時約220毫秒。