基于LabVIEW的心音信号分析系统设计
基于LabVIEW的心电信号检测与分析系统
医疗卫生装备·２００７年第２８卷第８期ＣｈｉｎｅｓｅＭｅｄｉｃａｌＥｑｕｉｐｍｅｎｔＪｏｕｒｎａｌ·２００７Ｖｏｌ．２８Ｎｏ．８图１心电放大器电路原理图基于ＬａｂＶＩＥＷ的心电信号检测与分析系统杨宏丽张庆平（深圳职业技术学院电子工程系广东省深圳市５１８０５５）摘要介绍了一种基于虚拟仪器ＬａｂＶＩＥＷ的心电信号检测处理系统，阐明了虚拟仪器的基本概念、心电信号的放大隔离等电路、ＤＡＱ数据卡的硬件配置以及数据处理的软件设计。
系统可实现心电生理信号实时采集显示、心电信号ＨＲＶ分析等功能。
关键词心电信号；虚拟仪器；ＬａｂＶＩＥＷ；放大器；数据采集ＥＣＧｓｉｇｎａｌｄｅｔｅｃｔｉｎｇａｎｄｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎＬａｂＶＩＥＷＹＡＮＧＨｏｎｇ－ｌｉ，ＺＨＡＧＮＱｉｎｇ－ｐｉｎｇ（ＳｈｅｎｚｈｅｎＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃＣｏｌｌｅｇｅ，Ｓｈｅｎｚｈｅｎ５１８０５５，Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ，Ｃｈｉｎａ）ＡｂｓｔｒａｃｔＡｓｙｓｔｅｍｏｆｄｅｔｅｃｔｉｏｎｆｏｒＥＣＧｓｉｇｎａｌｂａｓｅｄｏｎｖｉｒｔｕａｌｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｎｄＬａｂＶＩＥＷｉｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅｃｏｎｃｅｐｔｉｏｎｏｆｖｉｒｔｕａｌｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ，ＥＣＧａｍｐｌｉｆｉｅｒｄａｔａａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ（ＤＡＱ）ａｎｄｔｈｅｄａｔａｐｒｏｃｅｓｓｉｏｎｓｏｆｔｗａｒｅａｒｅｅｘｐｏｕｎｄｅｄ．Ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｈａｓｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｒｅａｌ－ｔｉｍｅｄｉｓｐｌａｙｉｎｇｔｈｅＥＣＧ，ｄａｔａａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎａｎｄＨｅａｒｔＲａｔｅＶａｒｉａｂｉｌｉｔｙ（ＨＲＶ）ａｎａｌｙｓｉｓ．ＫｅｙｗｏｒｄｓＥＣＧ；ｖｉｒｔｕａｌｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ；ＬａｂＶＩＥＷ；ａｍｐｌｉｆｉｅｒ；ｄａｔａａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ１引言虚拟仪器技术是利用高性能的模块化硬件，结合高效灵活的软件来完成各种测试、测量和自动化的应用。
基于LabVIEW的心音和脉搏信号融合采集系统的设计
本设计在可拆卸的原型面包板上搭建电路，使用
收稿日期：2018-07-29 稿件编号：201807162
NI ELVIE Oscillscope 的 CH0 和 CH1 两个通道，分别接
作者简介：陈培敏（1992—），男，江西上饶人，硕士。研究方向：信号处理。
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《电子设计工程》2019 年第 9 期
号储存在文件夹中。
关键词：LabVIEW；融合采集；传感器；NI ELVIS
中图分类号：TN91019）09-0165-04
Design of heart sound and pulse signal fusion acquisition system based on LabVIEW
根据联合国老龄化社会标准，我国从 2000 年开 降趋势，实践证明开展心血管病预防是可以有效的
始 就 已 经 进 入 了 老 龄 化 社 会 ，据 统 计 ，从 2005 年 开 降低心血管病的发病和死亡[2]，因此，本文设计出一
始我国 60 岁以上的老年人口已达到 1.45 亿，占总人 套 基 于 LabVIEW 的 同 步 采 集 心 音 和 脉 搏 系 统 用 于
入 心 音 、脉 搏 传 感 器 ，实 现 心 音 和 脉 搏 信 号 的 采 集 。 通过 USB 接连 PC，实现心音和脉搏信号的传输。
图 1 NI ELVIS 实验平台上搭建的实物电路
1.2 心音采集模块 通 常 有 效 的 人 体 心 音 信 号 的 频 率 范 围 为 20~
180 Hz[4]，由 于 心 音 信 号 比 较 微 弱 ，以 及 周 围 环 境 的 干扰，常常会对采集产生很大的干扰，直接用麦克风 采集心音效果不是很好，为了较好的隔离干扰信号， 增 强 心 音 采 集 的 强 度 ，特 别 在 电 容 式 驻 极 体 麦 克 风 前 段 加 入 一 个 医 用 听 诊 器 合 金 听 头 ，该 合 金 听 头 带 有膜片，心音产生后也可以引起膜片振动，可以有效 放大心音信号，并且采用合金材料，可以有效隔离外 部杂音。所设计的心音采集模块如图 2 所示。
课题三基于LABVIEW的心电信号分析系统设计与仿真报告
课题一心电信号分析系统的设计一、本课题的目的本设计课题主要研究数字心电信号的初步分析方法及滤波器的应用。
通过完成本课题的设计，拟主要达到以下几个目的：（1）了解基于LabVIEW的虚拟仪器的特点和使用方法，熟悉采用LabVIEW进行仿真的方法。
（2）了解人体心电信号的时域特征和频谱特征。
（3）进一步了解数字信号的分析方法；（4）通过应用具体的滤波器进一步加深对滤波器的理解。
（5）通过本课题的设计，培养学生运用所学知识分析和解决实际问题的能力。
二、课题任务利用labVIEW设计一个基于虚拟仪器的简单的心电信号分析系统。
对输入的原始心电信号，进行一定的数字信号处理，进行频谱分析。
根据具体设计要求完成系统的程序编写、调试及功能测试。
（1）对原始数字心电信号进行读取，由数字信号数据绘制出其时域波形。
（2）对数字信号数据做一次线性插值，使其成为均匀数字信号，以便后面的信号分析。
（3）根据心电信号的频域特征（自己查阅相关资料），设计相应的低通和带通滤波器。
（4）编程绘制实现信号处理前后的频谱，做频谱分析，得出相关结论。
（5）对系统进行综合测试，整理数据，撰写设计报告。
三、主要设备和软件（1）PC机一台。
（2）LabVIEW软件一套，要求最低版本8.20。
四、设计内容、步骤和要求必做部分：1. 利用labVIEW读取MIT-BIH数据库提供的数字心电信号，并还原实际波形美国麻省理工学院提供的MIT-BIH数据库是一个权威性的国际心电图检测标准库，近年来应用广泛，为我国的医学工程界所重视。
MIT-BIH数据库共有48个病例，每个病例数据长30min，总计约有116000多个心拍，包含有正常心拍和各种异常心拍，内容丰富完整。
为了读取简单方便，采用其txt格式的数据文件作为我们的原心电信号数据。
利用labVIEW提供的文件I/O函数，读取txt数据文件中的信号，并且还原实际波形。
2.对原始心电信号做线性插值处理由于原始心电信号数据不是通过等间隔采样得到的，也就是说原始的心电数据并不是均匀的，而用Matlab 中提供的数字滤波器处理数据时，要求数据是等间隔的。
LabVIEW在心音信号研究中的应用
LabVIEW在心音信号研究中的应用马中武【期刊名称】《广东科技》【年(卷),期】2013(000)018【摘要】心音信号是人体重要的生理信号之一，它可以直接反应人体的生理病理信息。
在本文中利用LabVIEW对心音信号进行采集、去噪，并利用功率谱估计对心音信号进行分析处理，可以明显的区分出正常与异常的心音信号，为正确诊断心血管疾病提供一定的帮助。
%Heart sound signal is one of the most important human physiological signal,it can be the direct reaction of physiological and patho-logical information of the human body.In this paper,using LabVIEW is collected,the heart sounds signal denoising,and using the power spec-tral estimation of heart sound signal analysis and processing,can be a clear distinction between normal and abnormal heart sound signal,pro-vides certain help for the correct diagnosis of cardiovascular diseases.【总页数】2页(P174-174,178)【作者】马中武【作者单位】河西学院物理与机电工程学院，甘肃张掖 734000【正文语种】中文【相关文献】1.ICA在心音信号预处理中的应用研究 [J], 赵治栋;潘敏;李光;陈裕泉2.三种时频表示方法在心音信号分析中的研究应用 [J], 吴延军;徐泾平bVIEW和NI OPC在C#程序控制PLC中的应用研究 [J], 樊明亮; 陈传好; 唐民军; 马芳bVIEW在通信原理课程教学中的应用研究 [J], 刘丹;杨达国bVIEW软件在电液比例阀测试系统中的应用研究 [J], 彭婧;孙希科;李胜利;李若冰因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于LabVIEW的心音多功能分析仪
Ｖ０ ｜ ２ Ｎｏ ４ Ｉ３ ． Ａｕ ｇ． ２ ２ ０１
基 于 Ｌ ｂ Ｉ Ｗ 的 心 音 多 功 能 分 析 仪 ａＶＥ
陶冶薇 张会 香 成谢锋 ， ，
／１南京 邮电大学 理学院 ， ． 江苏 南京 ２０ ４工程学院， 江苏 南京 ２０４ ］ １０６
的 心 音 信 号 并播 放 。 关键 词 ： 音分析仪 ； 线心音采集装置 ； 心 无 心音 信 号 发 生 器 ； 时频 域 分析 ；ａ Ｖ Ｅ Ｌｂ ＩＷ 中 图分 类 号 ：Ｐ ９ ．７ Ｔ ３ １７ 文 献标 识码 ： Ａ 文 章 编 号 ：６ ３５ ３ （ ０ ２ ０ －０ ７０ １７ －４ ９ ２ １ ）４０ ７ －６
Ｃ ｌ ｇ ｆ ｃ ｎ ｅ Ｎ ｎｉｇ Ｕ ｉ ｒｉ ｆ ｏｔ ａ ｄ Ｔ ｌ ｏ ｕ ｉａ ｏ ｓ Ｎ ｍｉｇ２ ０ ４ Ｃ ｉａ ｏ ｅｅ ｏ ｉ ｃ ， ａ ｊ ｎｖ ｓ ｙｏ ｓ ｎ ｅｅ ｍｍ ｎｃ ｔ ｎ ， ａ ｎ １ ０ ６， ｈ ｎ ｌ Ｓｅ ｎ ｅ ｔ Ｐ ｓ ｃ ｉ
ｓｓｓ ｂ ｙ ｔｍ ， ｑ ｅ ｃ ｏ ｉ ｎ ｌ ｓｓｓ ｂ ｙ ｔ ｍ ｎ ｅ ｒ ｏ ｎ ｅ ｅ ａｉｎ ｓ ｂ ｙ ｔ ｍ． ｅ ｉ ｓｒ ｍｅ ｔ ｉ ｕ ｓ ｓｅ ￣ｅ ｕ ｎ ｙ ｄ ｍａ ｎ ａ ａｙ ｉ ｕ ｓ ｓｅ ａ ｄ ｈ ａ ｓ ｕ ｄ ｇ ｎ ｒ ｔｏ ｕ ｓ ｓｅ Ｔｈ ｎ ｔ ｔ ｕ ｎ ｉ ｅ ｅｏ ｅ ｎ ＰＣ． ｔｕ ｅ ｏ ｍａ ｅ ｗｉｅｅ ｓ ｈ ａ ｔｓ ｕ ｄｓ ｃ ｌ ｃｉ ｇ ｄ ｖｃ ｎ ｅ ｒ ｏ ｎ ｓ ｓｇ ａ ｓ ｄ ｖ ｌ ｐ ｄ ｉ Ｉ ｓ ｓ ａ ｈ ｍｅ ｄ ｒｌ ｓ ｅ ｒ ｏ ｎ ｏ ｌ ｔ ｅ ｉｅ ａ ｄ ｈ ａ ｓ ｕ ｄ ｉ ｎ ｌ ｅ ｎ ｔ ｃ ｌｅ ｔｎ ｕ ｓ ｓｅ ｔ ｅ ｅ ｒ ｏ ｄ ｓｇ ｌｓ，ｈ ｎ ｕ ｅ ｖ ｌｔｄ － ｏｓｎ ｕ ｓ ｓｅ ｔ ｅ ｖ ａ ｋ ｏｌｃ ｉ ｇ ｓ ｂ ｙ ｔｍ ｏ ｇ ｔｈ ａ ｓ ｕｎ ｉｎａ ｔ ｅ ｓ ｓｗａ ｅｅ ｅ ｎ ｉｉ ｇ ｓ ｂ ｙ ｔ ｍ ｏ ｒ ｍｏ ｅ ｂ ｃ — ｔ
基于LabVIEW的音频信号分析仪设计
基于LabVIEW 的音频信号分析仪设计马骁，张广中国矿业大学信息与电气工程学院，江苏徐州（221008）E-mail ：max05283091@摘要：本文基于“硬件的软件化”思想，在对信号分析、虚拟仪器技术和声卡的实用性进行理论分析的基础上，利用虚拟仪器专用语言LabVIEW 开发环境，设计了基于虚拟仪器技术的语音信号分析仪。
用普通的计算机声卡代替商用数据采集卡，利用声卡的DSP 技术和LabVIEW 的多线程技术实现音频信号的数据采集，开发基于PC 机声卡的虚拟音频信号分析仪。
该系统实现了数据采集，信号分析（时域分析和频域分析）等多种功能。
其中时域分析包括实时显示波形，测量信号电压、频率、周期等参数；频域分析包括幅值谱、相位谱、功率谱和FFT 变换等。
这类系统性价比高、通用性强、扩展性好、界面简单，在工程测量与实验室应用中具有广阔的前景。
关键词：声卡;LabVIEW;数据采集;信号分析中图分类号：TP3911.引言音频信号分析仪的发展是随着一般信号分析仪器的发展而不断改进的。
信号分析设备发展至今已经历了三个阶段，50年代发展的是以波的干涉、谐振和滤波原理制成的模拟式分析仪，它们功能少，分析速度慢，目前已经很少用了。
但是这类仪器分析时能量集中，分析精度高，其分析方法有特色。
因此，许多数字化仪器保留了模拟式分析仪的部分功能。
60年代，随着计算机技术的发展，信号处理由模拟式向数字式转化，发展的是以FFT 计算原理制成的数字式信号分析仪。
这类仪器功能多，分析速度快，是使用中的主流，第二代仪器的缺点是功能恒定，不能满足用户的特殊要求，同时分析功能无法更新换代。
近年来虚拟仪器的出现，为以通用计算机为主体的智能信号分析仪的产生和发展奠定了基础。
智能仪器分析功能由软件设定，可以不断的升级换代，用户也能自行修改，同时还能与人工智能技术和数据库技术等计算机技术相结合，使用起来十分方便[1]。
2.系统介绍2.1虚拟仪器概述虚拟仪器以PC 机为仪器统一的硬件平台，将测试仪器的功能和形象逼真的仪器面板控件均形成相应的软件并以文件形式存放于机内的软件库中，同时在计算机的总线槽内插入对应的、可实现数据交换的模块化硬件接口卡，若使库内仪器测试功能、仪器控件的软件和由中国科技论文在线接口卡输入至机内的数据，在计算机系统管理器的统一指挥和协调下运行，便构成了一类全新概念的仪器——虚拟仪器。
基于LabVIEW的心电信号采集系统的设计
・基础研究・基于LabVIEW的心电信号采集系统的设计于 杰,李川勇,贾林壮摘 要:目的 设计一套基于LabVIEW的心电信号采集系统。
方法 在插入式信号采集板DAQ的硬件支持下,利用LabVIEW编程软件,设计了一套双通道心电信号采集系统,本系统用传统的心电图机采集心电信号,经过调解后,输入计算机采集并显示,同时,为了能够对心电信号作进一步的研究,利用小波变换对心电信号进行了处理。
结果 成功采集到心电信号,并计算了心率的大小。
关键词:LabVIEW;心电信号;采集系统中图分类号:R540.41;TP311.52 文献标识码:A文章编号:1009-7090(2001)03-0131-0003The Design of ECG Aquiring System on LabVIEW Y U Jie,LI Chuan-y ong,J I A Ling-zhuang Department o f Bio2 physics,Nankai Univer sityAbstract:Objective T o design the ECG acquiring system on LabVIEW.Methods With a DAQ board,we design an ECG acquisi2tion system based on LabVIEW.The electrocardiographic signal is conditioned by a traditional ECG machine and acquired by a DAQboard on a com puter.A wavelet trans formation was used to process the acquired signal.R esults The ECG signals were acquired success fully and the heartbeat rate was calculated.K ey w ords:LabVIEW;ECG;collecting system1 前言生物电是生命的特征,心电是生物电的一种。
基于LabVIEW的心音信号检测系统设计
基于LabVIEW的心音信号检测系统设计心音信号是人体最重要的生理信号之一，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，是心脏及大血管机械运动状况的反映，具有非线性、非平稳的特点[1-2]。
心音来自于人体内部，不容易被复制或模仿，同时还具有独特性，个体的不同，心音信号的表现形式也不相同。
对其进行检测分析，可以达到对身份进行识别和验证的目的[3]。
此外，通过听取心音，也可以获得用以判断心脏疾病的相关信息[4]。
本文设计、实现一套心音信号采集与分析系统，并研究利用心音进行被测试者的身份识别。
因为传统的密码、口令等验证方法存在容易被忘记或破解的缺陷，而利用人体生物特征进行身份识别具有独特的优势，如指纹、虹膜、手形和面部特征等识别技术已经较为成熟，相关产品已经进入市场。
但是利用人体生理信号，如心音、脉搏等，进行身份识别的研究才刚刚兴起，有着很大的研究价值和发展空间。
随着计算机技术的迅速发展，基于单片机、DSP 等核心控制器采集心音信号，利用PC 机进行定量分析，已成为心音检测系统的研究趋势[5-6]。
因此，本系统利用STC12C5A 单片机采集HKY-06B 型PVDF 薄膜式心音传感器输出的心音信号，并通过RS232 总线发送到上位机，实现了检测终端与上位机之间的数据通信，同时在上位机采用虚拟仪器软件LabVIEW 设计开发了一套集数据管理、采集和分析于一体的虚拟心音检测系统。
1 系统设计系统的硬件结构框图如图1 所示，包括以下几个部分：(1)心音传感器模块。
能将心脏搏动信号转化为低阻抗音频信号;(2)信号预处理模块。
负责对微弱的心音信号进行前置放大、低通滤波、高通滤波和功率放大;(3)单片机模块。
负责将预处理后的心音信号进行A/D 采样以及通过键盘执行数据存储、液晶显示。
基于LabVIEW的心电信号分析系统设计
电子设计工程Electronic Design Engineering第27卷Vol.27第3期No.32019年2月Feb.2019收稿日期：2018-03-21稿件编号：201803182作者简介：杨妮（1993—），女，陕西西安人，硕士研究生。
研究方向：通信与信息系统。
虚拟仪器技术（Virtual Instrument ，VI ）是利用高性能的模块化硬件和灵活高效的软件来完成各种测量、测试以及自动化的应用。
如今，传统仪器依然广泛应用于测量测试领域，但是也存在着诸多问题，如精度不够高，不够灵活、方便。
而虚拟仪器具有灵活性，同时性能和精度较高，甚至解决了传统仪器无法实现的测量。
目前，采用LabVIEW 软件开发的虚拟仪器系统可应用于生物医学中，如：手术监护中的研究、心血管病学以及临床应用等。
文中利用LabVIEW 软件平台实现信号读取、分析处理、存储和心电诊断等，并将结果显示给用户；采用LabVIEW 与MATLAB 混合编程，通过调用小波变换算法对其进行滤波检测，最终实现心电信号的监测与显示，对心脏病的监护和预防具有重要意义。
1系统总体设计本系统采用LabVIEW 软件平台设计心电信号读取和数据存储、心电信号滤波、QRSPT 波检测以及诊断等程序框图，系统总体框图如图1所示。
图1系统总框图基于LabVIEW 的心电信号分析系统设计杨妮，尚宇（西安工业大学电子信息工程学院，陕西西安710021）摘要：为了高效迅速地实现信号分析处理功能，本系统以NI 公司的LabVIEW 为开发平台，设计了虚拟心电信号分析系统，通过LabVIEW 软件读取MIT-BIH 数据库中的心电信号；采用Matlab scrip 调用小波变换算法对心电信号进行滤波以及QRS 波的检测，针对目前心电分析系统不具备对低频率、形态多样的P 、T 波检测这一缺陷，本文设计了P 、T 波检测功能，实现了对人体心脏状况的监测与显示。
基于LabVIEW的心音信号采集与分析平台构建
基于LabVIEW的心音信号采集与分析平台构建孙科学;杨雨诺;周依娜;成谢锋;刘芫健;刘艳【摘要】利用LabVIEW软件构建了一个心音信号分析平台,可以实现心音的采集、去噪、分析,通过模块化实现深度学习和身份识别等前沿技术的实验.该平台综合了模拟电路设计、数字电路设计、信号处理以及虚拟实验等内容,有益于训练学生综合运用知识的能力,激发学生的积极性和创造力.【期刊名称】《实验技术与管理》【年(卷),期】2018(035)008【总页数】5页(P144-147,152)【关键词】心音信号采集;信号分析;实验平台;LabVIEW【作者】孙科学;杨雨诺;周依娜;成谢锋;刘芫健;刘艳【作者单位】南京邮电大学电子与光学工程学院 ,江苏南京 210023;信息电子技术国家级虚拟仿真实验教学中心 ,江苏南京 210023;射频集成与微组装技术国家地方联合工程实验室 ,江苏南京 210023;南京邮电大学电子与光学工程学院 ,江苏南京210023;南京邮电大学电子与光学工程学院 ,江苏南京 210023;南京邮电大学电子与光学工程学院 ,江苏南京 210023;信息电子技术国家级虚拟仿真实验教学中心 ,江苏南京 210023;射频集成与微组装技术国家地方联合工程实验室 ,江苏南京210023;南京邮电大学电子与光学工程学院 ,江苏南京 210023;信息电子技术国家级虚拟仿真实验教学中心 ,江苏南京 210023;射频集成与微组装技术国家地方联合工程实验室 ,江苏南京 210023;南京邮电大学电子与光学工程学院 ,江苏南京210023;信息电子技术国家级虚拟仿真实验教学中心 ,江苏南京 210023【正文语种】中文【中图分类】G642.0近年来,在国家信息化发展战略指导下,智能信息处理技术得到快速的发展,各类专业虚拟仿真软件得到广泛应用。
本文提出以江苏省电工电子实验教学示范中心为基础,结合近年来实验室改革的成果,建设国家级信息电子技术虚拟仿真实验教学中心的思路。
基于LabVIEW8.2的心音信号检测与分析系统的研究
Ｌ ｎｈｕ７０ ５ ａ ｚ ｏ ３ ０ ０，Ｃ ｉａ；２ Ｌ ｎ ｈ ｕＧｅ ｅａ ｓ ｉ ｌ ａ ｚ ｏ ｌａｙＡｒａＣ ｍｍａ ｄ， ａ ｚ ｏ ３ ０ ０，Ｃ ｉａ ｈｎ ． ａ ｚｏ ｎ ｒｌＨｏｐｔ ，Ｌ ｎ ｈ ｕＭｉｔｒ ｅ ｏ ａ ｉ ｎ Ｌ ｎ ｈ ｕ７ ０ ５ ｈｎ ）
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维普资讯
Ｔ Ｅ Ｉ Ｒ Ｓ Ａ Ｃ Ｅ ＯＲ 研 究 论 著 Ｈ Ｓ Ｓ＆ Ｅ Ｅ Ｒ Ｈ Ｒ Ｐ ＴＩ
基于 Ｌ ｂ Ｉ Ｗ ． ａＶ Ｅ ８ ２的心音信号检测与分析系统的研究
韦 哲 １， Ｉ 李战 明 ， 自 ， 向伟 ２ 程 峰 李 ，张 国全
ｓｕ ｄｓ ｎｌ Ｃ ｎ ｌｓ ｎＴ ｅａｐｉａｏ ｅｕ ｓ ｒ ｅｉ ｂｅｉ ｃｉ ｃ ［ ｈｎ ｓ ｄ ａ Ｅ ｕ ｍｅ ｔ ｏ ｒａ，０ ８ ２ ｏｎ ｉ ａｓ ｏｃ ｉ ｈ ｐ ｌ ｔ ｎｒｓｌ ｅｄ ｓａ ｌ ｎ ｌ ｉ．Ｃ ｉｅ ｅＭｅ ｉ ｌ ｑ ｉ ｎ ｕｎ ｌ ０ ，９ ｇ ． ｕｏ ｃｉ ｔａ ｒ ｎ ｃ ｐ Ｊ ２
（ ． 州 理 工 大 学 电气 工 程 与 信 息 工 程 学 院 ， 州 １ 兰 兰 ７ ０ ５ ； ． 州军 区 兰州 总 医院 ， ３ ０ ０２兰 兰州 ７０５ ） ３ ０ ０
ｆ 要］ 目的 ： ｝ 商 研究心音信号检测 与分析 系统， 以期通过 心音信号 的检 测与分析能够客观地提取 诊断信息 ， 辅助 临床
labview心电信号课程设计
labview心电信号课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解心电信号的基本概念、产生原理和信号特征。
2. 学生能掌握LabVIEW编程基础，包括数据类型、循环结构、条件结构等。
3. 学生能运用LabVIEW采集心电信号，并了解信号处理的基本方法。
技能目标：1. 学生能运用LabVIEW搭建心电信号采集系统，具备实际操作能力。
2. 学生能对心电信号进行预处理，包括滤波、放大等，提高信号质量。
3. 学生能分析心电信号，提取关键参数，为后续诊断提供依据。
情感态度价值观目标：1. 学生培养对生物医学工程的兴趣，增强学习动力。
2. 学生通过团队协作，培养沟通、合作能力，提高解决问题的效率。
3. 学生关注心电信号在医疗领域的应用，认识到所学知识的社会价值。
课程性质：本课程为实践性较强的课程，结合生物医学工程和LabVIEW编程技术，培养学生实际操作和解决问题的能力。
学生特点：学生具备一定的电子技术基础和编程能力，对生物医学工程有一定了解，但对心电信号的具体应用尚不熟悉。
教学要求：教师需引导学生掌握LabVIEW编程技术，结合心电信号的特点，培养学生实际操作能力，注重理论与实践相结合，提高学生的综合应用能力。
通过课程目标分解，使学生在学习过程中达到预期学习成果，为后续课程和实际应用打下坚实基础。
二、教学内容1. 心电信号基础理论：- 心电信号的产生原理与特征- 心电信号的波形及其生理意义2. LabVIEW编程基础：- 数据类型与常量、变量- 循环结构、条件结构- 子VI的创建与调用3. 心电信号采集与处理：- 心电信号采集系统的搭建- 信号预处理方法：滤波、放大等- 信号特征提取与分析4. 实践操作：- 使用LabVIEW进行心电信号采集- 对心电信号进行预处理与特征分析- 设计并实现心电信号监测系统教学大纲安排：第一周：心电信号基础理论，LabVIEW编程基础第二周：心电信号采集系统的搭建，实践操作1（采集心电信号）第三周：信号预处理方法，实践操作2（信号滤波、放大）第四周：信号特征提取与分析，实践操作3（设计心电信号监测系统）教材关联：本教学内容与教材中“生物医学信号处理”、“虚拟仪器技术”等章节相关，涵盖心电信号的基本概念、产生原理、信号处理方法以及LabVIEW编程技术。
基于LabView的心电信号处理系统研究
西南科技大学生医专业综合设计报告设计名称：基于LabView的心电信号处理系统研究姓名：学号：班级：指导教师：起止时间：2014.12.29—2015.1.18西南科技大学信息工程学院制综合设计任务书学生班级：学生姓名：学号：设计名称：基于LabVIEW的心电信号处理系统研究起止日期：2014.12.29—2015.01.18 指导教师：综合设计学生日志基于LabVIEW的心电信号处理系统研究摘要：医疗仪器是生物医疗检测领域重要的研究对象和诊断工具,结合了生物医学工程和电子信息，计算机以及自动化等多种技术。
运用医疗仪器来监视或者诊断心血管疾病具有重要的意义。
本文主要由数据采集系统MSP-080102和基于LabVIEW8.6的Biomedical Startup Kit 生物医学套件两部分组成。
首先从解剖学的角度来分析心电信号产生过程,通过心电信号的特征来确定数据采集系统的设计标准。
数据采集系统主要由前置放大电路、低通滤波、50Hz的陷波电路、功率放大电路以及AD转换电路等组成。
其次采用美国NI公司的图形化编程语言LabVIEW来实现软件编程,利用LabVIEW来实现PC机与采集系统的数据通讯以及心电信号的显示处理功能。
主要完了完成USB读入信号数据、数据还原、数据恢复等功能,得到成正常的心电信号,再通过心律检出显示波形。
并在LabVIEW下实现数据的保存、打开以及运用TCP/护协议来远程传输数据。
虽然虚拟生物医疗仪器在国内研究还处于初步阶段,但其研究会对疾病的诊断、分析和治疗具有重要的实用价值,并为未来生物医疗仪器进入家庭和远程会诊的实现创造了可能。
关键词：心电信号；信号处理；LabVIEW；虚拟仪器LabVIEW for ECG Signal Processing System Based on Abstract: The medical equipment is an important object of study and diagnostic tools to detect bio-medical field, a combination of biomedical engineering and electronic information, computer and automation and other technologies. The use of medical equipment to monitor or diagnose cardiovascular disease has important significance.In this paper, by the data acquisition system MSP-080102 and LabVIEW8.6 based Biomedical Biomedical Startup Kit of two parts.First, from the perspective of the anatomy of the ECG signal generation process to determine the design standard data acquisition system is characterized by ECG. Data acquisition system consists of pre-amplifier circuit, a low-pass filter, a trap circuit of 50Hz, the power amplifier circuit and an AD converter circuit. Followed by the United States NI's LabVIEW graphical programming language to implement software programming, using LabVIEW to PC and data acquisition system communications and display ECG processing functions. Mainly over USB read complete signal data, data reduction, data recovery, and other functions, to get into a normal ECG, and then detected by cardiac waveform display. And achieve to save data in LabVIEW, open and use TCP / maintenance agreement to remotely transmit data. Although virtual biomedical research equipment in the country is still in a preliminary stage, but the diagnosis, analysis and treatment of diseases of the research will have important practical value, and create the possibility for future biomedical equipment into the home and remote consultation implementation.Keywords: ECG; signal processing; LabVIEW; virtual instrument目录一、设计目的和意义 (6)1.1 心电信号采集和分析系统的发展 (6)1.2心电信号采集分析系统的研究现状 (7)二、控制要求 (8)三、设计方案论证 (8)3.1心电采集卡 (8)3.1.1采集卡接口 (8)3.1.2数据采集卡MPS-080102 (9)3.2 虚拟仪器开发平台Labview (9)3.2.1生物医学入门工具包 (10)3.3矩阵实验室（MA TLAB） (10)四、系统设计 (11)4.1心电信号分析 (11)4.1.1心电信号分析方法 (12)4.2心电图分析 (12)4.2.1心电图各波及波段的组成 (13)4.2.2心电图的正常值分析与临床意义 (14)4.2.3正常人的电图典型值范围 (15)五、设计结果及分析 (16)5.1心电图特征抓取（ECG Feature Extractor） (16)5.2心率变异性（HRV Heart Rate Variability） (17)结束语 (20)参考文献 (20)一、设计目的和意义血液循环的引擎是心脏，心脏搏动是生命存在的主要标志之一，心脏搏动节律也是人体生理状态的重要标志之一。
基于LabVIEW的心音采集处理系统设计
图２
禽督嗪芦的厚始信号
１ 系统 结 构
该仪器主要分为三个模块 ： 心音采集模 块 、 小波去 噪模 块和心音 分析模块。 心音分析模块又包括时域分析 和频域分析 。 时域分析给 出 了心跳频率和第一心音与第二心音之 间的间隔。 频域分析主要是心音 信号 的 Ｆ Ｆ Ｔ 频谱分析。基本结 构如图 １ 所示 。
【 摘 要】 本文介绍 了一种心音 分析虚拟仪器的处理 系统方案 ， 为开发 出适合 个人在 Ｐ Ｃ 机上使 用的心音 分析仪 器打下 了基础 。该仪 器是
以Ｌ ａ ｂ Ｖ Ｉ Ｅ Ｗ 为硬件开发平 台。 以Ｈ ＫＹ ０ ６ Ｂ微 音传 感器和计算机 自带声卡为基础 ， 共包含 了心音 采集 、 小波去噪、 心音分析三 个模块。采用 了用 傅里叶 变换 ， 通过包络 ， 求 出两个相邻 的最近的机 制点的时间差的方法 ， 计算心跳频率和 第一 心音 与第二 心音之 间的时间间隔， 提 高 了系统的 客差能力和计算精度 。该仪 器突破 了传统听诊的局限性 ， 可供 医学院的学生们使 用， 也可作为临床 心脏诊 断的辅助仪器。
一
心音信号是非平稳的随机性很强 的信号 ． 是 由心肌 、 血液 、 瓣膜和 大血管 的机械振动所产 生的 ．心血管病 变常首先引起心音 成分的改 变． 因此心音分析在临床诊断 中具有重要的意义 众所周知 ． 心脏病是人类 健康 的头号 杀手 ． 而我 国每年 有几十万 人死于心脏病。 目 前， 心脏病的发病率逐年升高 ， 已经成为严重威胁人 类健康的疾病之一 心音信号是人体最重要的声信号之一 ． 它含有关 于心脏的大量生理病理信 息 ．是临床评估心 脏功能状态 的最基本方 法 。与心脏有关的各种疾病 信息 常常反映在心音 中， 心音的改变和杂 音 的出现 ． 往往是器 质性心脏病的最早体 征 ． 可远在其它症 状和体征 出现之前就能为心脏听诊所 发现 因此 ． 听取心音或记录心音图对于 心脏疾病的诊断具有非常重要 的意义 由于传 统的心脏 听诊方法是用 听诊器听取病人 的心音 ． 医生靠经验判断病 人心跳是否正 常 ． 其分析 方法极其有限 ， 分析范围ｊ 常狭窄 ， 而且受外界的影响也非常大 ， 其准 确 性 和精 确 性 也 难 以保 障 而 本 项 目借 助 Ｐ ｃ机 丰 富 的资 源 和 Ｌ ａ ｂ ｖ ｉ ｅ ｗ的灵活性 ， 实现 了对心 音的采集 、 去噪、 存储 、 播放 和时域 、 频 域分析 ．能计算心出跳频率 和第一心音与第二心音之间的时间 间隔 ． 采用 了提取心音包 络、 归一 化和分段平均 相结合的方法 ， 提高了系统 的容差能力和计算精度 ．突破 了传统心脏听诊仅凭经验听的局 限． 提 高 了心跳听诊的科 学性和准确性 。另外 ． 医学院的学生可以通过该系 统学 习和体会各种 正常 、 异 常心音 的特点 ． 更 快更好地掌握 诊断心脏 病的技巧。系统界面友好 ， 操作简单 、 人性化 ． 非常适合医生 以及医学 院的学生使用 由于设计 的理论符合市场的需求 ． 所 以该设计 具有非 １ ． ４ 心音分析模块 常大 的发展空间和市场前景 ． 可以广泛 的应用到临床医学 中对病人进 行心脏的检测
基于LabVIEW2011利用JTFA对心音信号分析
２ ． Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏｌ ｏ ｆ Ｅｌ ｅ ｃ ｔ ｒｉ ｃ ａｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ａ ｎ ｄ Ｉ ｎ ｆ ｏ ｒ ｍ ａｔ ｉ ｏ ｎ Ｅ ｎｇ ｉ ｎｅ ｅ ｒｉ ｎｇ ，Ｌ ａ ｎ ｚ ｈ ｏ ｕ Ｕ ｎｉ ｖ ｅ ｒ ｓｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏｌ ｏｇ ｙ ， Ｇ ａ ｎｓ ｕ ， Ｌ ａ ｎｚ ｈ ｏ ｕ ， ７ ３ ０ ０ ５ ０ ， Ｃ ｈｉ ｎ ａ： ３ ． Ｓ ｃ ｈｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｆ ｏｒ ｅ ｉ ｇ ｎ Ｌ ａ ｎ ｇ ｕ ａ ｇ ｅ ，Ｌ ａ ｎ ｚ ｈ ｏ ｕ Ｕｎｉ ｖ ｅ ｒ ｓｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｔ ｅ ｃ ｈｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ， Ｇ ａ ｎ ｓ ｕ ｈｉ ｎ ａ ：
利用 Ｌ ａ ｂ Ｖ ｌ Ｅ Ｗ ２ ０ １ １ 高级 开发工 具包进 行程 序设计 ， 将这些 方法 应 用于对心音信号 的分析 当中， 以起 到简化分析操作 的 目的。
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基于Labview2014的心音信号瞬时频率分析_韦博轩
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基于LabView的语音信号分析系统
学号：***********毕业设计(论文)题目: 基于LabVIEW的语音信号分析系统的设计作者贾邦稳届别2015 届院别信息与通信工程学院专业电子信息工程指导教师彭仕玉职称副教授完成时间2015 年 5 月摘要虚拟仪器与传统仪器相比，实现了仪器的智能化、模块化、多样化等功能，体现出多功能、低成本等操作优点，应用前景广阔。
随着计算机的出现及计算机技术的快速发展，语音信号处理技术更是得到了飞速发展，得到了广泛的应用，如语音合成技术、语音压缩编码和语音识别技术。
本设计利用虚拟仪器软件平台LabVIEW 设计了一个语音信号分析系统。
先介绍了四种采集语音信号的方法，并选择采用录音机录制的方法采集语音信号，然后设计基于LabVIEW的时域信号的FFT分析模块，接着设计截止频率为3000Hz的Butterworth低通滤波器对语音信号进行滤波去噪，最后根据以上设计进行语音信号的时频分析、特性分析等。
关键词：虚拟仪器；LabVIEW；语音信号；时频分析；数字滤波器AbstractCompared with traditional instruments, virtual instruments achieve the intelligent, modularity, diversity and other functions of the instrument, and reflect the operating advantages, such as multi-purpose, low cost, etc. So it has broad application prospect. With the advent of computers and the rapid development of computer technology, speech signal processing technology has been develop rapidly, and used widely, such as speech synthesis technology, speech coding and speech recognition technology.This design projects a speech signal analysis system based on the virtual instrument software platform LabVIEW. The first step is to introduce the methods of four kinds of voice signal acquisition, and select the method of recording voice signal by recorder . The second step is to design FFT analysis of time-domain signals which based on LabVIEW. Then design Butterworth low pass filter to realize the filtration of speech signals which cutoff frequency is 3000hz. Finally it is to achieve time-frequency analysis and characteristic analysis according to the the above designs.Key words：Virtual instruments；LabVIEW；Speech signal；time-frequency analysis；digital filter.目录摘要 (I)Abstract (II)目录 (III)第1章绪论 (1)1.1 虚拟仪器概述 (1)1.2 语音信号处理的发展及应用 (2)1.3 本课题研究任务及章节安排 (4)第2章系统设计方案 (5)2.1系统基本概述 (5)2.2系统总体实现 (5)2.3系统框图 (7)第3章语音信号的采集 (8)3.1 语音信号的采集方法 (8)3.2 声卡的相关介绍及参数设置 (10)3.2.1 LabVIEW中的相关声卡函数 (10)3.2.2声卡的参数及设置 (11)3.3 读取历史语音信号的设计 (14)第4章基于LabVIEW的语音信号分析的实现 (15)4.1语音信号的时域分析 (15)4.1.1语音信号的预处理 (15)4.1.2语音信号的短时能量和短时平均幅度函数 (17)4.1.3语音信号的短时自相关函数和短时平均幅度差函数 (18)4.2语音信号的频域分析 (18)4.3滤波器的设计及滤波实现 (20)4.4语音信号的综合实现 (23)4.4.1语音分析系统的整体设计 (23)4.4.2语音信号的时频分析 (24)第5章总结 (25)参考文献 (26)致谢 (27)附录 (28)第1章绪论1.1 虚拟仪器概述1986年美国NI公司最先提出“虚拟仪器”。
基于LabVIEW2011利用2D-WT方法对心音信号分析
基于LabVIEW2011利用2D-WT方法对心音信号分析戴飞;辛迈;孔德华;宋晓斌;王威【期刊名称】《电子测试》【年(卷),期】2014(000)002【摘要】目的：为了更加简便省力的分析心音信号。
方法：引入2D-WT方法，利用LabVIEW2011高级开发者工具包编程设计，以实现将一维的心音信号图变化为二维能量强度图形式，用于直观简易的分析。
结果：使用所设计的程序成功实现对心音信号的简易分析。
结论：采用本方法能够实现对心音信号的简便而准确的分析。
%Purpose:We do it to achieve succinctly analyzing heart sound signals.Method:We recommend 2D-WT method,then design the programs by the way of LabVIEW2011 developers paramount toolkit,at last we realized to change one-dimensional heart sound signals into the form of 2D synthesized intensity maps for easily analyzing.Result:We have successfully used programs to realize intuitional analysis on the signals. Conclusion: Using the method described above can realize easy analysis on heart sound signals.【总页数】2页(P58-59)【作者】戴飞;辛迈;孔德华;宋晓斌;王威【作者单位】兰州军区兰州总医院，甘肃兰州，730050;兰州理工大学电信学院，甘肃兰州，730050; 解放军94804部队，上海，200000;兰州军区兰州总医院，甘肃兰州，730050;解放军94804部队，上海，200000;解放军94804部队，上海，200000【正文语种】中文【中图分类】TH772【相关文献】1.基于LabVIEW2011的心音信号STFT分析 [J], 韦哲;辛迈;汪凌艳;赵钰2.基于LabVIEW2011的心音信号时变滤波的实现 [J], 韦哲;辛迈;蔡亭亭;罗琛3.基于LabVIEW2011利用JTFA对心音信号分析 [J], 韦哲;辛迈;李亚林;陆陈洲;潘丁4.基于LabVIEW2011对心音信号DWT滤波的实现 [J], 辛迈;刘璐;方亚杰;蒋曜5.基于LabVIEW2011对心音信号CWT滤波的实现 [J], 戴飞;辛迈;邢研杰;周建;董昂;杨亚琴因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
一种基于Labview的信号发生及分析系统的设计
一种基于Labview的信号发生及分析系统的设计益朋【期刊名称】《微计算机信息》【年(卷),期】2014(000)015【摘要】A signal generator and analysis based on Labview wasdesigned .The virtual signal generator could produce many kinds of signal which can flexible control frequency, amplitude and phase, and noise or window function can be added. The signal dates could be also saved or read by the signal generator. Sound card was used for test the function of the signal generator. Analysis system could be used for Time domain statistics, correlation analys is and spectrum analysis. The system’s performance improvement and function expansion only need to updatethe software.%应用虚拟仪器技术可设计一种基于Labview的可添加噪声和窗函数的虚拟信号发生器及信号分析系统。
虚拟信号发生系统能够灵活控制信号的频率、幅值和相位，较快捷地实现多种虚拟信号波形的产生、读取和存储功能，并结合计算机自带的声卡，对虚拟信号发生器所产生的信号进行模拟输出。
信号的时域分析和频域分析系统可以完成时域统计、相关分析、加窗分析和频谱分析等功能，软件的性能可通过后续编程进行扩展。
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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 LabVIEWis 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实际采集到的心音信号质量比较差, 不能对其进行正常的分析处理。
这些干扰主要包括50Hz 工频干扰、呼吸音干扰以及白噪声干扰等。
因此, 在信号进行分析之前进行预处理是必要的。
预处理经过简单的滤波和小波硬阈消噪两部分。
消噪效果如图 4所示, 由图 4可知小波消噪可以很好的消除噪声对心音信号分析的影响。
4 心音信号分析方法心音信号分析方法有时域分析法、频域分析法、时频分析法等。
下面我们只介绍时域分析法和时频分析法。
4.1心音信号时域分析心音信号的时域包括心音分段技术、时域能量、包络法和平均功率法、信号包络分布技术等分析方法。
在这主要通过时域能量包络方法来提取心音的一些特征, 如心率、第一心音(S1)位置、第二心音(S2) 位置、收缩期时间、舒张期时间等。
通过计算舒张期和收缩期的时限比值(D/S)可进一步评估舒张期心脏自身供血时间是否充足。
计算心音信号的归一化平均香农能(NASE)的步骤为:首先, 把数据分段处理, 每20ms 的采样数据为一段,每隔10ms 取新的一段, 对每一段数据计算其能量为:(1)式中x norm 为信号幅度归一化后的数据；N 为20ms 内的采样数, 对于采样频率为8000Hz 的信号,则N=160。
其次, 整个心音信号归一化平均香农能为:(2)以分段作为时间变量, 则Es 得到Es(n)序列,M(Es(n))是Es(n)的平均值,S(Es(n))是Es(n)的标准差。
由于心脏杂音的频率与S1、S2的频率不同即收缩期、舒张期杂音的频率是120—600Hz,S1、S2 的频率在50—100Hz 。
因此在计算归一化平均香农能以前, 先对信号进行频率为120Hz 的10阶Butterworth 低通滤波, 提取S1 、S2信号。
图 5中的心音是图 4正常心音小波消噪后结果图 5心音信号时域分析一段主动脉瓣关闭不全信号, 经过低通滤波后杂音被滤除, 剩下的为S1、S2信号。
通过计算S1、S2的归一化平均香农能, 得到心率为60次/分, 收缩期时间为0.346秒,舒张期时间为0.662秒以及S1、S2 的位置。
4.2 心音信号时频分析4.2.1 短时傅立叶变换(STFT)众所周知, 傅立叶变换可以得到信号能量在频域上的分布；但是, 它是一个整体的变换, 即对信号的表征要么完全在时域, 要么完全在频域, 不能告诉我们其中某个频率分量出现在什么时候以及它的变换情况如何, 应此, 对于心音这样的时变信号, 需要采用短时傅立叶变换(STFT)进行时频分析。
STFT定义为:(3)对比短时傅立叶变换和傅立叶变换的定义可知,为了把傅立叶变换的结果与实践变量联系起来, 一个简单而直观的办法是对信号f(t)进行加窗处理。
式中ψ(τ)为时间中心和频带中心均为零的分析窗。
信号f(t)与短时窗信号ψ(t-τ)相乘, 可以有效的抑制分析时刻t=τ的领域外的信号, 所以STFT是信号f(t)在时刻τ的领域内的局部频谱,f(t)的频谱特性则可看作是所有局部频谱的加权形式。
4.2.2 Wigner-Ville分布(WVD)从本质上说, 短时傅立叶变换是线性时频表示,它不能描述信号的瞬时功率谱密度。
此时, 二次型时频表示就是一种更加直观和合理的信号表示方法, 也称为时频分布, 其中Wigner-Ville分布就是常用的一种时频分布。
它是时频分析领域最基本、最重要的方法,是一种意义更广泛的时频能量分布,在一定程度上解决了短时傅立叶变换存在的问题。
信号s(t)的Wigner-Ville分布定义为:(4)式中,z(t)为s(t)的解析信号。
Wigner-Ville分布是一种涉及相关函数的分布,虽然它具有好的时频聚集性, 但是对于多分量信号,由卷积定理可知, 它会出现交叉项, 产生“虚假信号”,这是其在应用中存在的主要缺陷。
交叉项是二次型时频分布的固有结果, 它来自于多分量信号中不同信号分量之间的交叉作用。
时频分布的交叉项一般是比较严重的, 交叉项通常是振荡的, 而且幅度可以达到主项的两倍, 造成信号的时频特征模糊不清。
事实上,交叉项与时频分布的有限支撑特性密切相关, 应此交叉项的抑制主要通过核函数的设计来实现。
我们在式(4)中加入一个窗函数h(τ)得到Wigner-Ville布(PWVD),其公式为：(5)窗函数h(τ)的加入能够有效的抑制交叉项的出现, 同时也导致频率在时间轴上平滑, 降低了时频分辨率。
图 6是正常心音的WVD和PWVD 时频图。