基于虚拟仪器的心音分析系统研制

　　1　引言

　　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状况的反映。当心血管疾病尚未发展到足以产生临床及病理改变(如ECG变化)以前,心音中出现的杂音和畸变就是重要的诊断信息。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。

　　2　心音信号的采集

　　用LabVIEW编写的“心音采集. vi”首先进行初始化,包括创建临时存储心音、心电数据的文件,设置控件、显示件的初始状态,选择使用的端口号和听诊区域,端口号可以在设备管理器中查询。传统的听诊部位有5个,二瓣尖区、肺动脉瓣区、主动脉瓣区、第二主动脉瓣区、三尖瓣区,由于瓣膜位置和音响传导的影响,不限于这5个部位,一般最好选择听诊最响的部位。当用户按下前面板开始采集开关时,后面板程序通过属性节点对串口进行设置,并发送开始采集的命令,检测通讯是否正确,通讯正确则读取数据包,然后进行心音、心电数据分离,把波形同步显示在前面板上,并同步播放心音,播放心音不需要按任何按钮,心音波形显示在前面板的同时就开始播放。这样便于使用者通过耳机听音来辨别听诊器放的位置是否合适,及时调整。若用户在前面板按下结束采集按钮,发送停止命令,关闭USB,并询问用户是否保存本次采集结果,若保存则输入病例相关信息,将临时文件中数据另存为正式文件;不保存则删除临时文件,最后关闭程序,退出采集界面,如图1所示。

　　3　心音信号的小波消噪处理

　　心音信号是一种极其微弱的信号,通常将传感器置于受检者的胸部来采集。在采集过程中,受检者的呼吸或者人体的移动,会造成传感器与人体表面之间的摩擦,这种摩擦所产生的声音在心音图上会产生一个幅度相当大的干扰信号。为了准确对心音信号进行分析,必须对心音信号进行预处理以消去这些干扰。

　　本文采用二进制小波变换达到消除噪声的目的。利用该方法对心音信号进行消噪处理主要分为3个步骤: (1)心音信号的小波分解。选择1个小波函数并确定小波分解的尺度N,然后对信号进行N尺度的小波分解; (2)小波分解高频系数的阈值量化。对第1到第N每一尺度的高频系数,选择一个合适的阈值进行阈值量化处理。(3)信号的小波重构。根据小波分解的第N尺度的低频系数和经过量化处理后的第1层到第N层的高频系数,进行心音信号的小波重构。3个步骤中最关键的是如何选取阈值和进行阈值的量化,它们直接关系到信号消噪的质量。本文采用的硬阈值消噪方法:用x表示某一尺度的小波分解系数,λ∈[0,∞)表示设定的阈值,δλ表示经过消噪后的小波分解系数,则硬阈值选择的规则是