基于matlab的心音信號分析比較研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代社會物質(zhì)生活水平的改善，心血管疾病呈逐年上升趨勢，其導(dǎo)致的死亡率已位居各類疾病之首，成為人類健康的最大威脅。心音是心臟及心血管系統(tǒng)機(jī)械運動狀況的反映，其中包含著心臟各個部分本身及相互之間作用的生理和病理信息。用現(xiàn)代數(shù)字信號處理技術(shù)對心音進(jìn)行分析在心血管疾病的基礎(chǔ)研究和臨床診斷上具有重要價值。 心音研究的主要領(lǐng)域有對第一心音和第二心音的生理病理研究；對人工心臟瓣膜的無創(chuàng)傷檢測；對心音微弱成份(第三心音和第四心音)的分析研究

2、；分析心臟雜音的頻率變化規(guī)律；從一個心動周期中定位提取心音成份；對心音傳導(dǎo)機(jī)制建模。本文在對心音信號的分析方法、預(yù)處理和成份定位進(jìn)行討論的基礎(chǔ)上，提取了不同病理情況下第二心音的特征頻率，為臨床醫(yī)學(xué)診斷心臟疾病提供參考。根據(jù)瓣膜理論，第二心音(S<,2>)是由心室舒張時心室壁振動、主動脈瓣(Aortic valve)與肺動脈瓣(Pulmonary valve)關(guān)閉和房室瓣開放時血流自心房進(jìn)入心室引起的，含有多個頻率分量，是心音的重要組成部

3、分。本文采用短時傅立葉變換和AR模型功率譜對20例心音數(shù)據(jù)(其中正常10例，異常10例)進(jìn)行分析并提取第二心音的兩個主要特征頻率，結(jié)合第二心音的生理特性對實驗結(jié)果進(jìn)行了分析討論。實驗結(jié)果表明：(1)第二心音(S<,2>)含有主動脈瓣(A<,2>)和肺動脈瓣(P<,2>)兩個主要成份；(2)異常第二心音(S<,2>)的主動脈瓣(A<,2>)和肺動脈瓣(P<,2>)的頻率比正常第二心音有升高；(3)第二心音中還含有低頻、幅度低、持續(xù)時間較長

4、的成份。 本文主要開展了如下幾方面的研究內(nèi)容： 1．從硬件采集到的心音數(shù)據(jù)干擾非常嚴(yán)重，使心音信號不能進(jìn)行正常的分析處理，這些干擾主要包括50Hz工頻干擾、呼吸音干擾以及白噪聲干擾等。根據(jù)信號與噪聲經(jīng)小波變換后小波系數(shù)隨尺度變化的不同，本文提出了采用小波多分辨率分析對心音信號進(jìn)行去噪。通過對比分析，找到了小波去噪的最佳參數(shù)，即采用coif5小波對心音信號進(jìn)行5層分解，通過軟閾值和固定閾值進(jìn)行去噪。 2．針對心音信

5、號的時變特性，采用以下幾種方法對心音進(jìn)行分析研究，并比較了它們在分析心音信號時的優(yōu)缺點，以便根據(jù)不同的研究目的選擇不同的分析方法。(1)心音、心雜音的頻率成份是心音的一個重要特征，因此，采用現(xiàn)代功率譜AR模型分析方法對一個周期的心音進(jìn)行能量分析，把心音的頻率成份分為高頻、中頻和低頻三個頻段。(2)由于心音是時變信號，它的時-頻特性最能反映其特征，針對2205Hz的采樣頻率，采用128點的Hamming窗對心音信號進(jìn)行短時傅立葉變換，其分

6、析結(jié)果可采用二維和三維兩種方式顯示，顯示結(jié)果直觀易懂。(3)對心音進(jìn)行時頻分析的另一種方法是小波分析，利用二進(jìn)小波的子帶濾波特性，把心音分解為高頻、中頻和低頻三個頻帶，采用各頻帶重構(gòu)信號的波形圖，考察每個頻帶的時間-幅度特性，對心音各成份及其變化趨勢等特點作出了全面的反映。 3．采用小波多分辨分析方法和歸一化香農(nóng)能量提取第二心音。通過小波多分辨分析將心音信號分解后，將不同頻帶重構(gòu)出來，再將每一頻帶以相同時間長度進(jìn)行分段，計算每段