心音图仪

摘要基于笔记本计算机的心音分析仪由心音传感器、心音信号预处理盒、笔记本计算机、打印机、音箱和心音信号处理软件组成。它的开发目的是充分利用笔记本计算机的便携特点和强大功能。该系统在Windows 95操作系统下用VISUAL BASI C编程。软件设计中结合了传统的信号处理方法和知识工程技术，使它具有客观的心音量化和分析功能。该系统具有无创性、方便快速，且费用低廉，与其它心血管检查方法有互补作用，可作为临床、科研和教学的实用性的系统。

关键词心音信号处理量化笔记本计算机

A Notebook Computer Based Heart Sound Analysis Instrument

Xiao Yihua, Pei Yuli，Cao Zehan*，Zhou Shiyong, Xiao Shouzhong** (Department of Physics,Guizhou University,Guiyang 550025)

(*Department of Computer,Chongqing University,400044) (* *Bo－jing Medical Informatics Institute,Chongqing 400044)

Abstract A notebook computer based heart sound analysis instrume nt, consisting of phonoca rdiographic sensor, heart sound signal prep rocessing box, notebook computer, printer, speakers, and heart sound signal processing software is introduced. The objective of the develo pment was to fully utilize both the portability and powerful function s of notebook computer. The program was developed with Visual Basic 4.

0 for Windows 95. The software made use of engineering and technical knowledge , and traditional signal processing methods as well. The in strument has function s of objective and quantitative analysis. The s ystem is non-invasive, easy to use, and low-cost, and is complementar y to other techniques for diagnosing cardi ovascular diseases. It is a practical system for clinic, scientific research, and teching.

Key words:Heart sound; Signal processing; Notebook computer; Quan tif ication

0 前言

心血管疾病是严重威胁人类健康的疾病之一。心音检测和分析是了解心脏和大血管状态的一种不可缺少的手段。心音分析具有重要的临床价值，例如，对于慢性阻塞性肺疾病(COPD)等引起的继发性肺动脉高压，在肺动脉尚无明显扩张、肺动脉瓣尚无相对性关闭不全时，X－线检查和超声检查都不会有阳性发现，据报道［1］，M型超声检查难于显示肺动脉瓣。原发性肺动脉高压的诊断也是如此。肺动脉插管测压虽能直接测出肺动脉压力真值，因其属于损伤性检查，不能作为常规检查项目。而心音分析中的A2/P2相对振幅比却能提供客观诊断线索。COP D的发病率在人群中极高，可以用A2/P2相对振幅比这一指标来监护COPD病人的诊疗过程。由于普通听诊具有一定的局限性和主观性，开发出了多种心音诊断仪。但基于模拟电路的心音图仪的功能有限，其应用逐渐被忽视。随着数字技术的发展，国内外再次出现心音研究的热情。研究内容包括心音信号检测、表示形式、分析、识别和模拟以及心音信号处理的临床应用［2～4］。虽然已经开发出了便携式心音图仪，但由于它们基于专用硬件，存储空间小，运算时间长，其功能有限，不能充分利用已有软件资源和信息技术，故所作出的诊断分类的数目较少［5］。80年代末期出现的多媒体技术为心音信号处理预示了美好的前景。我们曾开发出一种基于多媒体计算机的台式心音视听诊断仪［6］。它有满意的心音量化和分析功能，但不便于携带，因而使其应用范围受到一定限制。为了解决上述问题，我们开发出了一种基于笔记本计算机的心音分析仪，它能充分利用便携特点和笔记本计算机的强大功能。

1 结构和开发环境

1.1 心音信号处理的硬件结构

该系统包括有心音传感器、心音信号预处理盒、笔记本计算机、打印机、音箱(图1)。该系统只提供一个心音传感器，像临床医师那样，用同一具听诊器分别从5个传统听诊区，必要时从一些其它区域获取心音信号。为了进一步增强心音信号和降低背景噪声，制作了一个预处理盒，它包括滤波器、放大器和电源。该系统的正常频率范围是30～500Hz，增强200～500Hz的高频成分，这有助于

鉴定高频杂音，如主动脉瓣关闭不全时的杂音。增益可以调节，以帮助记录微弱的心音。

图1 硬件组成结构框图

1.2 心音信号处理的软件环境

该系统在WINDOWS 95操作系统下用VISUAL BASIC编程，可在WINDOWS 3.1或WINDOWS 95操作系统下运行。

2 该系统心音信号处理的性能和特点

2.1 心音信号采集和存储

作心音信号采集时，屏幕上出现一个心音信号采集部位菜单，引导用户按常规顺序作心音信号采集。同一个病人不同听诊区的心音信号用相同的格式。WAV 分别存作不同名的文件，每个听诊区的信号采集量平均为8秒，采样频率为800 0Hz，存储空间约为100KB。

2.2 心音波形显示

由于采样频率很高，心音波形显示细致。波形展开和缩回功能帮助用户方便地进行详细测量或特殊分析。每屏的正常显示宽度为8秒种的心音波形，其余原始心音数据存储备用。用户可在任何时刻冻结显示以便进行所希望的测量和分析，还可选择切取原始心音数据的任何一段作详细研究。

2.3 心音的量化分析

该系统能对心音样本各成分的幅值和时限进行测量，并记入相应的变量中，供推理程序分析判断。在人机界面上，用户通过光标来完成这些测量。由程序利用鼠标事件自动给出各段心音的时限值，所关心的某段心音的平均幅值或某波峰点的幅值。心音的时限值以秒为单位。由于心音幅值易受多种因素的影响，我们提出了相对值法，如峰值与基带幅值比等。在该项研究中，一方面把过去一些粗