心音時(shí)—頻分析方法及虛擬動態(tài)心音分析系統(tǒng)的研究.pdf

1、心臟病是世界上嚴(yán)重危害人們身體健康的最重要的疾病之一。近10年來,隨著生活水平的提高和平均壽命的延長,全球心臟病發(fā)病率正在逐年上升,而且還有年輕化的趨勢。心臟病的危害具有嚴(yán)重性、廣泛性和復(fù)雜性,這給心臟病的診斷和治療提出更高的要求,心臟病的防治關(guān)鍵在于早期診斷、及時(shí)治療。因此,積極開展心臟病無損檢測和診斷研究,對于心臟病的防治是十分必要的。心音信號是人體重要的生理信號之一,蘊(yùn)含了人體心臟和血管中豐富的原始生理、病理信息,對于臨床診斷和治

2、療意義重大。
　　 論文在深刻分析國內(nèi)外心音信號檢測和分析方法的基礎(chǔ)上,克服傳統(tǒng)技術(shù)的缺點(diǎn)和不足,利用近年來信號處理領(lǐng)域的重大成就及計(jì)算機(jī)軟、硬件技術(shù),并結(jié)合Labview8.6開發(fā)平臺為代表的虛擬儀器技術(shù),開發(fā)了虛擬動態(tài)心音信號檢測與分析系統(tǒng)。特別是運(yùn)用聯(lián)合時(shí)頻、時(shí)間序列、小波變換等現(xiàn)代數(shù)字信號分析技術(shù)對心音信號進(jìn)行深入研究,為心臟病早期診斷提供有效工具。論文主要針對心音信號時(shí)-頻分析方法和虛擬動態(tài)心音信號檢測與分析系統(tǒng)展開研

3、究,取得了以下四個方面的研究成果。
　　 1.基于JTSA(聯(lián)合時(shí)-頻分析)的心音信號分析:內(nèi)容涉及基于STFT(短時(shí)傅里葉變換)的心音分析、基于JTSA(聯(lián)合時(shí)-頻分析)的綜合心音分析、基于JTSA的心音MIF(瞬時(shí)頻率)分析和基于JTSA的心音MIB(瞬時(shí)帶寬)分析。通過心音信號的聯(lián)合時(shí)頻分析得到了心音信號在時(shí)間-頻率平面上頻率隨時(shí)間的變化過程,采用一些特殊的變換來突出心音信號的特征,由于時(shí)頻分析方法具有很強(qiáng)的能量聚集作用,

4、因此很容易得到心音信號的能量圖譜,通過能量圖譜的比較分析,實(shí)現(xiàn)了心音相關(guān)疾病的早期診斷。
　　 2.基于WT(小波理論)的心音信號分析:內(nèi)容涉及基于DWT(離散小波變換)的多分辨心音信號分析、基于CWT(連續(xù)小波變換)多分辮的心音信號分析、基于多尺度小波變換的心音信號分析和基于2D小波變換的心音信號能量圖分析。充分利用小波變化多分辨率的特性,提取了心音信號的細(xì)節(jié)特征,成功的提取了第一心音和第二心音,并根據(jù)第一心音、第二心音及其他

5、雜音所表現(xiàn)出的時(shí)間和能量特征,實(shí)現(xiàn)了對心音相關(guān)疾病的鑒別診斷。
　　 3.基于TSA(時(shí)間序列分析)的心音信號分析:內(nèi)容涉及基于TSA的心音信號分析、基于AR方法的心音信號三維分析和基于FFT方法的心音信號三維分析。通過建立AR模型的方法以及采用快速傅立葉變換方法,進(jìn)行了心音信號的三維分析,跟蹤比較了正常人、二尖瓣狹窄和主動脈瓣狹窄患者心音的三維圖譜特性,對比分析了這幾種不同類型的心音信號三維圖譜峰值特征、位置以及頻率變化等的特

6、點(diǎn),實(shí)現(xiàn)了心音相關(guān)疾病的預(yù)測診斷。
　　 4.虛擬動態(tài)心音信號檢測與分析系統(tǒng)的研究。虛擬動態(tài)心音信號檢測與分析系統(tǒng)由硬件部分和分析軟件系統(tǒng)兩部分組成。硬件部分由心音傳感器、心音信號放大器、微機(jī)USB接口摸塊、微機(jī)系統(tǒng)組成;分析軟件系統(tǒng)由WindowsXP系統(tǒng)軟件、Labview開發(fā)軟件以及由其各個功能子程序組成的心音信號分析模塊。該系統(tǒng)能完成心音信號的采集、顯示、回放、存貯以及時(shí)域和頻域分析。該系統(tǒng)構(gòu)成簡單,操作方便,心音分析功