基于LabVIEW的心音信号分析系统设计

基于LabVIEW的心音信号分析系统设计

班级学号：0708112 27

学生姓名：沈鑫

学院：生命科学技术学院

摘要:研究了基于LabVIEW开发平台的心音信号分析系统。该系统首先使用

HKY06A型心音传感器采集和记录心音信号,然后计算归一化平均香农能(NASE)

来提取心音信号的时域特征和利用短时傅立叶变换(STFT),Wigner-Ville分布(WVD)与小波变换(WT)三种时频分析方法来提取心音信号的时频特征。这些特征为心血管疾病的诊断提供了一些重要信息, 帮助初学医师更准确可靠的诊断。通过对44 例心音信号进行测试, 证明该系统在各种心血管疾病的诊断中相当有

效和稳健。

关键词:音信号、LabVIEW、归一化平均香农能、短时傅立叶变换、Wigner-Ville 分布、小波变换。

Abstract: A system of heart sound analysis based on platform of LabVIEW

is designed. The heart sounds arc first acquired and recorded using FIKY06A-type heart sound sensor in this system. Then, the signals time-domain features are extracted by calculating the normalized average Shannon energy, and time-frequency features are extracted separately utilizing three kinds of time-frequency analysis method-STFT, WVD and WT. These features can provide some important information for diagnosis of cardiovascular diseases and assist general physicians to come up with more accurate and reliable diagnosis at early stages. Tested with 44 cases of heart sounds, the system have been proved to be quite efficient and robust while diagnosing of a variety of cardiovascular diseases.

Key words：heart sounds、LabVIEW normalized average Shannon energy、

short-time Fourier transform 、Wigner-Ville distribution、wavelet transform.

1 引言

心脏的听诊是心脏病诊断以及治疗中不可缺少的一部分, 而且对于初学者或经验不多的人来说, 也是较难掌握的一种技术。目前我国医院部门对心脏疾病的诊断和疗效的评价很大程度上仍依赖于听诊器, 听诊噪声干扰比较严重, 对过于微弱或过于复杂的声音响应不佳, 它一般只被用于初步的、粗略的诊断, 仅凭自己的感觉和经验来判断是远远不够的, 即使是很有经验的医生, 也受主观因素的影响, 可能会发生误诊。

心音是在体表获取声频范围内源于心脏的一种机械性振动。有规律的、时限较短的振动为心音；较长的、不规律的振动为杂音。心音能够反映心脏活动及血液流动的状况, 它含有关于心脏各个部分如心房、心室、大血管、心血管及各个瓣膜功能状态的大量病理信息, 是临床评估心脏功能状态的最基本参数, 是心脏及大血管机械运动的反映。

心音图具有心脏听诊所没有的特点, 从而心音图检查提高了心音和心脏杂音的识别能力, 丰富了听诊, 对心血管疾病的诊断、鉴别、治疗、功能研究、机理探讨、血液动力学改变等多方面提供了相当有价值的资料。心音图的时频分布展示了其在某一特定时间的谱成分, 它通常被看作信号能量在时域和频域中的

分布, 如短时傅立叶变换(STFT)、Wigner-Ville 分布(WVD)和小波变换(WT) 。

本文研究了心音信号的时域特征和时频特征,并在LabVIEW 环境下开发出一种心音信号分析系统。该系统能对心音信号进行采集和分析其时域特征与时频特征, 给临床诊断提供重要的信息。

2 心音信号采集

心音是心脏跳动过程中对胸壁的冲击振动, 如何有效的获取这些振动信号, 尽可能的降低运动伪迹的干扰是信号提取技术的关键。合肥华科电子技术研究所研制的HKY06型心音传感器采用新型高分子聚合材料微音传感元件采集心脏搏动和其他体表搏动信号,在经过高度集成化信号处理电路。输出低阻抗功率信号, 可直接驱动耳机, 也可以连接计算机进行录音, 并以.mp3或.wav 格式存储。通过录音软件可以记录心音信号并且看到心音图谱, 进行图谱分析。可用于临床听诊、心音分析、心音图谱分析等领域。HKY06A 型心音传感器技术参数如下:电源5V/DC ；输出功率最大值1W ；功耗小于30mA ； 频率响应10Hz —600Hz ； 灵敏度大于4mV/Pa 。

心音信号采集的原理图如图 1所示, 主要由心音传感器、声卡模块、微计算机系统等组成。在Windows XP 操作系统环境下采用HKY06A 型心音传感器通过微计算机的声卡直接在

LabVIEW 8.6开发平台

上进行心音信号采集和

分析。 3 心音信号分析

系统软件开发

心音信号分析系统是在LabVIEW

图形化编程语言环境下开发设计的。

主要包括两个部分:心音数据的获取

和分析。其主界面及程序流程图如图

2和图 3所示 。

读取信号模块有两种选择, 一种是直

接读取已存储的心音信号文件；另一种是

使用心音传感器,

通过声卡实时采集心音信号。

将读取的心音信号截取一段长度进行

预处理。预处理模块是对心音传感器采集

到的信号进行消噪。由于各种干扰的存在,

图 1心音信号采集原理图

图 2心音信号分析系统主界面

图 3心音信号分析系统的程序流程图