基于LabVIEW的心音采集及心脏储备分析系统

发布时间：2020-10-24 03:29

　　 心脏储备(Cardiac Reserve,CR)是指心脏上调的能力,是心脏功能平衡的一个非常重要的指标[1]。通过对心脏储备的检查,患者可以了解自身心脏当前的状态。目前,心脏储备功能检测方法包括心电图、超声心动图以及心音检测等。心电图可以检测心脏变时性和心脏变力性;超声心动图可以检测心肌状态但其价格昂贵;第一心音幅值的大小与心肌收缩能力的变化有关。因此,为填补心电图以及超声心动图的不足,体积小、易携带、成本低、使用简便且可以进行实时采集和实时分析心脏储备能力是非常有必要的。目前,在心音采集方面生物医学信号研究室采用的数字听诊器和BIOPAC心音采集系统。数字听诊器虽然体积小,但是在采集心音以后无法直接对采集到的心音数据进行分析处理。BIOPAC心音采集系统并不具备实时听诊功能,不便于医生进行临床听诊和分析,而且BIOPAC心音采集系统价格高昂、体积硕大,对于采集人员来说携带及其不方便。心脏储备分析方面,由于受到生理、病理和采集环境等因素的存在,在临床上心音信号及其复杂。所以进一步对心音信号进行算法解析,利用心音信号的去燥和特征提取算法。采用小波阈值收缩方法进行降噪,降噪后通过心音特征波形提取,并确定第一心音和第二心音的位置并提取评估心脏储备三个特征指标(HR、D/S、S1/S2)。针对以上的问题,本论文为了实现一套心音采集及心脏储备分析系统,STC15W408AS为核心的数据采集卡体积小、价格低廉、性能稳定,并且采集心音数据后可以直接连接到上位机进行实时心脏储备分析。最终利用Lab VIEW调用心音算法,从而实现方便、智能和无创的心脏储备功能的评估系统。故而,本研究设计了一套基于Lab VIEW的心音采集与心脏储备分析系统。该系统包括心音数据采集卡和Lab VIEW软件程序两个部分,本文对数据采集卡的硬件设计和Lab VIEW软件程序设计进行了详细的介绍,实现了心音信号的实时采集、串口传输、实时波形显示以及分析心脏储备能力等功能。分析心脏储备能力结果中,给出了心音正/异常初步判定结果、心率、第一心音幅值和第二心音幅值之比、收缩期与舒张期之比,为综合评估心脏储备能力提供一定的参考。为完成以上目标,本文从以下几个方面展开研究:(1)心音信号基本知识。从医学角度出发,了解心音的产生、心音的基本特性以及心脏杂音。给出了本文研究的必要性。(2)心音采集、预处理及特征参数提取。详细阐述了心音信号的传统采集方法及心音数据卡的采集的特点。介绍了听诊心音的部位。心音分析算法主要分为心音预处理、心音特征提取和心音识别三方面。最后,定义心音特征参数,并利用这些参数实现正常与异常心音的识别以便验证算法的有效性。(3)心音数据采集卡硬件设计。给出了STC15W408AS为核心的心音数据采集卡的设计,主要包括心音传感器、放大电路模块、低通滤波模块、音频功放模块、实时通信模块以及电源模块等设计。并利用本系统设计的心音数据采集卡进行采集。(4)Lab VIEW心脏储备分析软件设计。首先,阐述软件的工作流程及基本功能;其次,依次介绍了被检测者信息录入模块、串口通信模块、波形显示模块、心音数据存储模块、心音数据回放模块、心音分析模块、打印报表模块以及生成安装包文件。(5)心脏储备分析系统测试以及有效性验证。结合心音数据采集卡和以及Lab VIEW心脏储备分析软件,给出数据采集卡测试结果,以及Lab VIEW心脏储备分析软件的测试结果。最后采集了56组大学生的心音数据,并以分组别的方法进行了分析与统计。同时结合生物医学信号研究室现有的数据进行对比分析,采用儿童8例,运动员7例以及心脏病患者4例进行心脏储备分析及统计。基于Lab VIEW心音采集与心脏储备分析系统,完成了数据采集卡对心音的实时采集以及利用上位机实时进行心脏储备分析。通过对系统的测试以及多组数据的分析比对,本系统可以有效的对心音数据进行实时采集以及准确的提取心脏储备参数并有效的进行心脏储备分析。
【学位单位】：西华大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TP274.2;R540.4
【部分图文】：

1) 根据心音的特点以及整个系统的需求，进行了心音数据采集卡硬件以LabVIEW 心脏储备分析软件的设计；2) 心音采集方法的对比以及心音分析算法研究。心音分析算法主要分为心音预理、心音特征提取和心音识别三方面。并利用这些参数实现正常与异常心音识别以便验证算法的有效性；3) 根据系统采集板方案进行 STC15W408AS 电路原理图设计以及 PCB 制作，完心音采集的信号放大、低通滤波、串口通信、音频功放等功能，并利用本系设计的心音数据采集卡进行采集；4) 根据系统软件方案进行了基于 LabVIEW 心音采集及心脏储备分析系统，完了用户登录模块、被检测者信息录入模块、串口通信模块、波形显示模块、音数据存储模块、心音数据回放模块、心音分析模块、打印报表模块以及生安装包文件。最终实现了心音采集及心脏储备分析；5) 进行了心音采集及心脏储备分析系统的软、硬件测试以及利用该系统采集心数据，同时进行了统计与分析工作。

基于LabVIEW 的心音采集及心脏储备分析系统音的基本原因是血液的流动。心脏声音是由瓣膜相关结合、乳头肌、腱索以及瓣环的紧张）、心房和心室收缩柱的振动所引起[40]。产生及基本特性过程中，血流在心血管内忽而加速忽而减速，引起“心流入心血管系统时，心脏杂音是激流、旋涡、空腔现象和脏层的摩擦引起的振动产生心包摩擦[20] [21]。心动周期

图 2.2 心动周期Fig.2.2 The Cardiac cycle期之中，通常可以听到 S1 以及 S2，S3 在青壮年人不到的。收缩期产生，意味着心室收缩期的起始。现在认：①在心室收缩起始时，血液向上并推动瓣膜，所；②心室收缩慢慢加强时，房室瓣膜就会关闭，乳头瓣膜尖端的振动而产生的；③血液通过心室射入到声音。S1 越大，则意味着心室收缩力越强。舒张期产生，象征着心室舒张期的起始。这是由血流冲击振动主动脉、肺动脉壁根部以及心室内壁低可以通过其强弱可来反映。充盈期结束时发生。这可能是由于血液充盈较为致心室壁振动。频短音，在部分正常老年人和舒张末期压力增加的
【参考文献】

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本文编号：2853955