心音是心脏血流动力作用于心室壁、心脏瓣膜和大血管等相关组织而产生的机械振动。当心脏血流动力发生改变后,心音特征也会产生相应的改变。本文研究了第一心音(S1)的幅度、定时特征与心脏血流动力之间的关系,并给出了定量的数学模型。这样,人们就可以利用第一心音的特征预测心脏血流动力,从而为无创地监测或评估心脏功能提供了技术途径。本文工作分为以下2部分。(1)研究了第一心音幅度特征与左心室血压上升速率之间的关系。在动物实验中,利用肾上腺素改变狗的心脏血流动力。对狗注射不同剂量的肾上腺素后,同步采集心电、心音和左心室血压信号。对采集信号进行预处理,提取第一心音的幅度和左心室血压上升速率,并使用标准化残差和杠杆率去除数据异常点。为定量研究第一心音最大幅度与左心室血压最大上升速率之间的关系,提出采用线性模型、二次多项式模型、三次多项式模型和指数模型拟合它们之间的关系。通过分析拟合优度和数学模型的扩展性发现：第一心音最大幅度与左心室血压最大上升速率之间的关系更符合指数模型。进一步地,提取第一心音中前两个主要波峰/波谷的幅度与相应的左心室血压上升速率,数据分析结果显示它们之间的关系仍然符合指数模型。(2)研究了第一心音定时特征(TDRMP, Timing Delay from R-wave to Maximum Peak of S1)与呼吸相位(RP, Respiratory Phase)之间的关系。前人的研究发现,呼吸会改变心脏血流动力,进而引发第一心音延迟或提前。在自然呼吸状态下,同步采集志愿者的心电、心音和呼吸波信号。研究发现TDRMP与RP之间是非线性的关系,具体表现为TDRMP在呼气过程中减小,在吸气过程中增大。对于TDRMP和RP之间表现出的非线性关系,提出采用Hammerstein-Wiener模型来研究。将关键变量分离原理应用于Hammerstein-Wiener模型,简化其输入输出方程。提出使用迭代法求解模型参数。根据上述方法对12次实验数据进行分析,结果显示：TDRMP的预测值与观测值能很好地吻合,且拟合优度与均方误差的均值分别为94.56%和1.11%。本文研究表明：在时域中,Hammerstein-Wiener模型能有效地描述TDRMP和RP之间的关系。