心音图（PCG）长期以来一直被作为一种无创的心脏评估方法进行研究，数字信号处理的进步使得使用电子和便携式设备获取的心音可以进行计算机化分析。最近的综述总结了各种数字心音图系统，包括电子听诊器、移动记录器和基于智能手机的平台，主要关注信号处理流程和自动心音分析方法。[1]
智能手机因其广泛可用性、低成本和集成传感能力而成为心音图的有吸引力的平台。现代智能手机配备了麦克风，当设备贴在胸部时可以捕捉心音，从而无需专用医疗硬件即可进行心音图记录。Chen [2] 的先前研究总结指出，基于智能手机的PCG可以在适当的信号预处理和质量评估下支持心率估计、S1和S2等心脏事件的时间分析以及初步的疾病筛查任务。临床和大规模的实际研究进一步证实，智能手机麦克风具有足够带宽和灵敏度来进行心脏听诊，因为大部分心音能量位于250 Hz以下。[3],[4]
尽管具有这些潜力，基于智能手机的心音图仍然对环境噪声、设备放置和用户依赖因素非常敏感。依赖直接皮肤接触的研究一致报告称，记录质量强烈依赖于手动稳定、放置精度和接触压力[5],[6],[7]。非医疗用户的大规模部署也表明，记录成功主要受用户互动、声学接触和环境噪声的限制，而不是麦克风硬件性能[4]。这些发现表明，声学耦合和机械边界条件主导了通过纺织品接口进行的心音获取的可靠性，而服装引入了一个需要解决的额外柔性屏障。
心音图从根本上依赖于心脏振动从身体表面到传感元件的机械传输。先前的综述描述了实际使用中的几种耦合方法，包括传感器与皮肤之间的直接接触以及采用膜片将声能传递到换能器的听诊器启发式接口[8]。虽然有效的耦合被认为是可靠获取心音的必要条件，但耦合配置通常作为实验设置的一部分进行报告，而不是作为可控制的测量参数进行系统评估[8]。
大多数基于智能手机的心音图研究依赖于直接皮肤接触、控制定位和最小化服装，记录通常在监督或半控制条件下进行[3],[4],[5],[6],[7]。对纺织品介导的声学传输和柔性中间层的系统研究相对有限。在可穿戴和机械声学传感方面的研究表明，中间材料的属性、接口的柔顺性和几何形状显著影响信号传输效率和重复性[9],[10]。智能纺织传感器和柔性压力传感材料的最新发展进一步强调了工程化纺织接口如何增强可穿戴健康监测系统中的机械耦合和生理信号获取[11],[12],[13]。然而，这些原理尚未系统地应用于通过服装屏障进行基于智能手机的声学获取。
可穿戴声学监测系统已经证明了使用集成电子模块进行连续心音获取的可行性，尽管这样的系统通常需要专用硬件集成和传感器制造[14]。关于多模态传感纺织品和柔性电子织物的最新研究表明，可穿戴材料可以与身体实现贴合接触，同时能够在智能服装中同时监测机械或生理信号[15],[16]。许多可穿戴心率监测系统依赖于光学或电学传感模式，这些模式需要直接皮肤接触，并且对运动伪影或表面条件敏感[17]。提出了替代的可拉伸声学系统以改善贴合度并实现覆盖服装的记录，但这些方法通常需要专门的制造策略。
现有的基于听诊器的或腔室式耦合接口证实，改进的声学耦合可以提升信号质量并抑制环境噪声[18]。然而，这些方法引入了额外的结构复杂性，并不直接适用于日常智能手机测量。因此，仍然缺乏对使用未经修改的消费级硬件进行纺织品介导的声学传感的简单、低成本柔性接口层的系统实验评估。
在这项工作中，我们研究了在纺织品界面条件下基于智能手机的心音图的低成本柔性声学耦合。具体来说，我们评估了在智能手机和服装之间插入的被动硅层对声学信号传输的影响。该研究系统地比较了垫片辅助和直接接触配置，检查了柔性接口的几何变化，并使用一致的信号处理和可重复的质量指标量化了测量性能。通过将接口柔顺性作为一个可控的设计参数，这项工作表明，可以在不修改传感硬件或增加额外结构复杂性的情况下显著改善纺织品介导的声学获取，为通过多层服装接口进行低成本声学传感提供了实用的设计指导。
心音振动从胸腔表面传输到外部麦克风的过程受到传感界面处的声学和机械边界条件的控制。当在服装上进行记录时，传播路径包括多层（皮肤/组织、纺织品和设备接触表面），有效耦合可能受到阻抗不连续性和微尺度空气间隙的限制。空气间隙对结构耦合的声学传输特别不利，因为它们的声学阻抗远低于软组织和弹性材料，从而增加了界面处的反射损失和衰减。从声学传输的角度来看，提高贴合度可以减少连续纺织品和界面层之间的阻抗不连续性，促进结构传播的振动更有效地传递到传感设备。
一个柔性的中间层可以通过改善设备-纺织品接口处的贴合度、减少微尺度空气间隙以及在微小运动期间稳定有效接触来修改这些边界条件。先前的可穿戴听诊研究报道，在曲面皮肤上，刚性传感接口可能会出现部分分层和空气间隙变化，而柔软的贴合结构可以减少运动引起的变化并提高连续监测期间的信噪比[19]。类似的基于柔顺性的设计原则已应用于柔性传感材料和集成纺织品的压力传感器，其中使用软聚合物复合材料和可变形结构来改善传感元件与生物组织之间的机械贴合性和信号转换[13],[20]。
在本研究中，硅垫被视为一种被动接口元件，旨在在不修改传感硬件的情况下提高接触稳定性和声学传输效率。实验场景旨在隔离并量化接口柔顺性、垫片几何形状、设备方向和纺织品硬度对可测量心音图信号质量指标的影响。
