【文章內(nèi)容簡介】 氣)中傳導(dǎo)要復(fù)雜一些。心音有以下幾個特性: ①心音的響度，即心音的強弱，同樣是由心音的振幅大小所決定，振幅大心音響(強)，振幅小則心音輕(弱)。②心音的頻率反應(yīng)為音調(diào)的高低，心音的頻譜約為(1~1000)Hz 之間，一般將120Hz 以上劃為高頻，(120~80)Hz 之間為中頻，(30~80)Hz 之間為低頻 [5]。1．3 MATLAB 環(huán)境采集和分析心音信號的可行性上文已經(jīng)提到，心音信號的分析對于心血管疾病的臨床診斷具有重要的理論意義和實際意義。然而，各種原因阻礙了心音信號的采集和分析的利用和發(fā)展，具體如下：第一， 心音的產(chǎn)生機制在目前為止仍然處在爭論之中，臨床上很少單憑聽診做出診斷； 第二， 目前只是定性的分析心音，缺少定量的心音分析技術(shù)； 第三，診斷結(jié)果容易受到醫(yī)生的祝愿判斷影響，有些醫(yī)生常常不能清楚的分辨出大量的低頻音部分，而這些低頻音中往往含有大量有診斷意義的成分，大部分情況下只能是有經(jīng)驗的心臟病專家，才能夠通過聽診對心臟的狀態(tài)做出正確的聊城大學(xué)本科畢業(yè)論文3評價和診斷。第四，最后也是最重要的一點，傳統(tǒng)聲學(xué)聽診只能臨床聽診，不能夠把心音的病理信息詳細記錄下來，為后面的心音診斷和分析提供有效的參考。 各方面的資料顯示，在心音信號的采集和分析的研究中，國外有比較成熟的理論研究和實際的產(chǎn)品，然而在國內(nèi)，這方面的研究還不成熟，采集和分析心音信號的儀器還有很多的不足之處。心音信號是十分微弱低頻生理信號，信號弱、噪聲強、頻率窄、隨機性強，容易受到人體諸多因素的影響，心音檢測過程中容易產(chǎn)生各種背景噪聲，如何獲取準(zhǔn)確的心音信號是實現(xiàn)心臟病無創(chuàng)診斷的關(guān)鍵技術(shù)之一。由于心音的頻率一般在 5—600HZ 左右。在 MATLAB 環(huán)境進行信號處理可以方便的調(diào)用 MATLAB 提供的函數(shù)，運用簡單的語句就可以實現(xiàn)極為復(fù)雜的運算，加快了信號處理的進程，MATLAB 還提供 GUI 的功能，便于用戶設(shè)計友好的交付界面 [7]，由此可知，利用MATLAB 分析心音信號具有一定的優(yōu)越性?；诖?，本文從理論和 MATLAB 仿真兩方面進行了分析，驗證了該方法理論上的可行性,并用 MATLAB 軟件 LMI 工具箱仿真證明了結(jié)果的有效性和可行性。然后介紹了在對心音信號進行 A／D 轉(zhuǎn)換之前對信號進行預(yù)處理的必要性，信號的預(yù)處理主要包括進行濾波、去除噪聲等方面。本文提出一種基于希爾伯特變換的心音包絡(luò)提取方法，并在提取出的心音包絡(luò)信號中識別第一心音（S1）與第二心音（S2） ，并提取了包絡(luò)的時域特征參數(shù)，然后用小波分析的方法對信號進行時域分析，利用 MATLAB 提供的 FFT 函數(shù)，對信號進行頻域分析，并得到信號頻譜圖，最后對整個過程進行了總結(jié)。本文基于 MATLAB 對心音信號進行采集和分析，是在普通 PC 機上進行，該過程的系統(tǒng)框圖如 圖 1 所示：圖 1 基于 MATLAB 的心音分析儀的系統(tǒng)框圖無線心音檢測裝置心音采集心音去噪心音分析心音輸出人性化操作界面 心音信號發(fā)生器聊城大學(xué)本科畢業(yè)論文42. 心音信號的采集與預(yù)處理 心音信號的采集心音信號通過心音傳感器采集，經(jīng)過前置差分放大，再經(jīng)過高通濾波、陷波、低通濾波等，初步濾掉信號中混雜的工頻和其它一些干擾噪音(比如呼吸，傳感器摩擦等產(chǎn)生的噪音等)，接著把心音信號放大到合適的幅度，借助 PC 錄制心音音頻文件。其采集與分析系統(tǒng)原理圖為：圖 2 心音信號采集與分析系統(tǒng)原理圖為了增加傳感器的便捷性，同時可以降低成本，本文利用 PC，在操作系統(tǒng)下，借用第三方軟件，直接錄制心音音頻，然后將采集到的結(jié)果先保存在電腦上，再進行處理。雖然在大部分的多媒體應(yīng)用程序中并不需要使用底層音頻函數(shù)，但在利用 MATLAB 對音頻數(shù)據(jù)進行分析時，就必須使用底層音頻函數(shù)。底層音頻函數(shù)主要指 WAV 音頻函數(shù)。由于 WAV 采用 RIFF 文件格式，因此使用底層音頻函數(shù)時，經(jīng)常需要利用多媒體文件輸入/輸出函數(shù)來打開以及讀和寫 WAV 文件數(shù)據(jù)。所以在進行心音處理前，還要把錄制的 MP3 格式的心音轉(zhuǎn)換為 WAV 格式。 在使用心音傳感器采集人體心音時還必須遵守下列心音采集規(guī)范： 心音傳感器必須使用彈性固定帶或粘接膠帶平穩(wěn)置于測量部位，防止因人體呼吸時胸腔起伏，或者手持傳感器與人體皮膚發(fā)生相對位移（摩擦、擠壓） 。 正確選擇心音采集部位。如重點檢測第一心音，傳感器置于人體前胸第五肋間心尖搏動最強點（正常在心尖部，即左鎖骨中線內(nèi)側(cè)第五肋間處） 。心臟增大時，心尖向左或左下移位。 測試心音時應(yīng)在安靜的環(huán)境中進行，被測者不能說話，不能晃動身體，盡量避開噪聲及振動源。 LCD心音傳感器 放大與濾波電路 A/D 采集 MATLAB數(shù)據(jù)存儲電源 PC聊城大學(xué)本科畢業(yè)論文5使用傳感器時，輕拿輕放，嚴(yán)禁劇烈碰撞，甩打傳感器，禁止用手按壓傳感器的敏感面。心音信號通過心音傳感器拾取（心音傳感器的原理在前面已有說明，在此不再贅述） ，然后直接送到模擬信號處理電路，采取一系列措施濾除干擾，并將心音信號放大到合適的幅度，送給 A/D 轉(zhuǎn)換器處理。 A/D 轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)送到單片機，然后由串行通信接口發(fā)送到上位機。電源電路大部分采用樂陽市明威電源廠的開關(guān)電源。而心音傳感器的電源和單片機的電源則用 TTL 電路轉(zhuǎn)換成相應(yīng)所需的電壓值。其中模擬信號處理電路為177。5V 供電，A/D 轉(zhuǎn)換電路、串行通信接口由+5V 供電、單片機電路為+ 供電、而心音換能器則由單獨的+6V 供電。圖 3 心音信號采集系統(tǒng)功能框圖 心音信號樣本采集圖利用 MATLAB 對音頻信號進行采樣，采樣結(jié)果如圖 4 與圖 5：原始信號模擬信號處理 自適應(yīng)放大音頻A/D真有效值電路C8051F020制控制器片內(nèi)A/D 串口通信接口PC機液晶顯示電路鍵盤音頻 A/D 音頻模擬開關(guān)回放電路耳機輸出電源電路聊城大學(xué)本科畢業(yè)論文6圖 4 樣本 1 波形圖圖 5 樣本 1 頻率特性圖由以上兩幅圖可以看出，由于信號采集過程中，程序復(fù)雜，所以心音中的噪聲很大，心雜音很多，對心音影響很大。心音信號中的噪聲主要包括有 2 類:一類是由呼吸、病人的移動、心尖搏動及其他環(huán)境因素引起的噪聲,這類噪聲是通常意義上的噪聲；另一類噪聲是指舒張期或收縮期存在的雜音,這些雜音不利于對包絡(luò)的提取,也被作為一種“噪聲” [7]。呼吸，病人的移動等主觀因素都可能引起噪聲，因此在測量前應(yīng)該使病人充分放松，采取舒適體位。同時，測量環(huán)境和測量設(shè)備更容易引起噪聲。由于心音測量中采用的心音傳感器靈敏度較高，當(dāng)環(huán)境中有噪音時，傳感器會同時接收噪聲信號，并將其送入放大器而進入測量系統(tǒng)，使心音信號中混進干擾信號；另一方面，由于心音信號很弱，傳感器與測量對象直接接觸產(chǎn)生的摩擦噪音也會隨測量信號一起進入測量系統(tǒng)。此外，儀器本身的缺