基于matlab的心音信号的采集和分析本科毕业论文(编辑修改稿)

基于matlab的心音信号的采集和分析本科毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

~80)Hz 之间为低频 [5]。 1． 3 MATLAB 环境采集和分析心音信号的可行性 上文已经提到，心音信号的分析对于心血管疾病的临床诊断具有重要的理论意义和实际意义。 然而，各种原因阻碍了心音信号的采集和分析的利用和发展，具体如下： 第一， 心音的产生机制在目前为止仍然处在争论之中，临床上很少单凭听诊做出诊断； 第二， 目前只是定性的分析心音，缺少定量的心音分析技术； 第三，诊断结果容易受到医生的祝愿判断影响，有 些医生常常不能清楚的分辨出大量的低频音部分，而这些低频音中往往含有大量有诊断意义的成分，大部分情况下只能是有经验的心脏病专家，才能够通过听诊对心脏的状态做出正确的评价和诊断。 第四，最后也是最重要的一点，传统声学听诊只能临床听诊，不能够把心音聊城大学本科毕业论文 4 的病理信息详细记录下来，为后面的心音诊断和分析提供有效的参考。 各方面的资料显示，在心音信号的采集和分析的研究中，国外有比较成熟的理论研究和实际的产品，然而在国内，这方面的研究还不成熟，采集和分析心音信号的仪器还有很多的不足之处。 心音信号是十分微弱低频生理信号，信号 弱、噪声强、频率窄、随机性强，容易受到人体诸多因素的影响，心音检测过程中容易产生各种背景噪声，如何获取准确的心音信号是实现心脏病无创诊断的关键技术之一。 由于心音的频率一般在 5— 600HZ 左右。 在 MATLAB 环境进行信号处理可以方便的调用 MATLAB 提供的函数，运用简单的语句就可以实现极为复杂的运算，加快了信号处理的进程， MATLAB还提供 GUI 的功能，便于用户设计友好的交付界面 [7]，由此可知， 利用 MATLAB 分析心音信号具有一定的 优越性。 基于此，本文从理论和 MATLAB 仿真两方面进行了分析，验证了该方法 理论上的可行性 ,并用 MATLAB 软件 LMI 工具箱仿真证明了结果的有效性和可行性。 然后介绍了在对心音信号进行 A／ D 转换之前对信号进行预处理的必要性，信号的预处理主要包括进行滤波、去除噪声等方面。 本文提出一种基于希尔伯特变换的心音包络提取方法，并在提取出的心音包络信号中识别第一心音（ S1）与第二心音（ S2），并提取了包络的时域特征参数，然后用小波分析的方法对信号进行时域分析，利用 MATLAB 提供的 FFT 函数，对信号进行频域分析，并得到信号频谱图，最后对整个过程进行了总结。 本文基于 MATLAB 对心音信号进行采集 和分析，是在普通 PC 机上进行，该过程的系统框图如 图 1 所示： 图 1 基于 MATLAB 的心音分析仪的系统框图 无线心音检测装置 心音采集 心音去噪 心音分析 心音输出 人性化操作界面 心音信号发生器 聊城大学本科毕业论文 5 2. 心音信号的采集与预处理 心音信号的采集 心音信号通过心音传感器采集，经过前置差分放大，再经过高通滤波、陷波、低通滤波等，初步滤掉信号中混杂的工频和其它一些干扰噪音 (比如呼吸，传感器摩擦等产生的噪音等 )，接着把心音信号放大到合适的幅度，借助 PC 录制心音音频文件。 其采集与分析系统原理图为： 图 2 心音信号采集与分析系统原理图 为了增加传感器的便捷性，同时可以降低成本，本文利用 PC，在操作系统下，借用第三方软件，直接录制心音音频，然后将采集到的结果先保存在电脑上，再进行处理。 虽然在大部分的多媒体应用程序中并不需要使用底层音频函数，但在利用 MATLAB 对音频数据进行分析时，就必须使用底层音频函数。 底层音频函数主要指 WAV 音频函数。 由于 WAV 采用 RIFF 文件格式，因此使用底层音频函数时，经常需要利用多媒体文件输入 /输出函数来打开以及读和写 WAV文件数据。 所以在进行心音处理前，还要把录制的 MP3 格式的心音转换为 WAV格式。 在使用心音传感器采集人体心音时还必须遵守下列心音采集规范： 心音传感器必须使用弹性固定带或粘接胶带平稳置于测量部位，防止因人体呼吸时胸腔起伏，或者手持传感器与人体皮肤发生相对位移（摩擦、挤压）。 正确选择心音采集部位。 如重点检测第一心音，传感器置于人体前胸第五肋间心尖搏动最强点（正常在心尖部，即左锁骨中线内侧第五肋间处）。 心脏增大时，心尖向左或左下移位。 测试心音时应在安静的环境中进行，被测者不能说话，不能晃动身体，尽量避开噪声及振动源。 使用传感器时， 轻拿轻放，严禁剧烈碰撞，甩打传感器，禁止用手按压传LCD 心音传感器 放大与滤波电路 A/D 采集 MATLAB 数据存储 电源 PC 聊城大学本科毕业论文 6 感器的敏感面。 心音信号通过心音传感器拾取（心音传感器的原理在前面已有说明，在此不再赘述），然后直接送到模拟信号处理电路，采取一系列措施滤除干扰，并将心音信号放大到合适的幅度，送给 A/D 转换器处理。 A/D 转换得到的数据送到单片机，然后由串行通信接口发送到上位机。 电源电路大部分采用乐阳市明威电源厂的开关电源。 而心音传感器的电源和单片机的电源则用 TTL 电路转换成相应所需的电压值。 其中模拟信号处理电路为177。 5V 供电， A/D 转换电路、串行通信接口由 +5V 供电、单片机电路为 + 供电、而心音换能器则由单独的 +6V 供电。 图 3 心音信号采集系统功能框图 心音信号样本采集图 利用 MATLAB 对音频信号进行采样，采样结果如图 4与图 5： 原始信号 模拟信号处理 自适应放大 音频A/D 真有效值电路 C8051F020制控制器 片内A/D 串口通信接口 PC机 液晶显示电路 键盘 音频 A/D 音频模拟开关 回放电路 耳机输出 电源电路 聊城大学本科毕业论文 7 图 4 样本 1 波形图 图 5 样本 1频率特性图 由以上两幅图可以看出，由于信号采集过程中，程序复杂，所以心音中的噪声很大，心杂音很多，对心音影响很大。 心音信号中的噪声主要包括有 2 类 :一类是由呼吸、病人的移动、心尖搏 动及其他环境因素引起的噪声 ,这类噪声是通常意义上的噪声；另一类噪声是指舒张期或收缩期存在的杂音 ,这些杂音不利于对包络的提取 ,也被作为一种“噪声” [7]。 呼吸，病人的移动等主观因素都可能引起噪声，因此在测量前应该使病人充分放松，采取舒适体位。 同时，测量环境和测量设备更容易引起噪声。 由于心音测量中采用的心音传感器灵敏度较高，当环境中有噪音时，传感器会同时接收噪声信号，并将其送入放大器而进入测量系统，使心音信号中混进干扰信号；另一方面，由于心音信号很弱，传感器与测量对象直接接触产生的摩擦噪音也会随测量信号一起进入 测量系统。 此外，仪器本身的缺陷还会导致产生诸如电子器件的离散噪声，电阻的热噪声等噪声。 工频干扰是生理信号测量中普遍存在的一种噪声，它主要是由电源和测量环境周围存在的电磁辐射产生的。 仪器本身可能受到工频干扰的影响，在处理测量信号。