發(fā)布時間：2020-10-24 03:29

　　 心臟儲備(Cardiac Reserve,CR)是指心臟上調(diào)的能力,是心臟功能平衡的一個非常重要的指標(biāo)[1]。通過對心臟儲備的檢查,患者可以了解自身心臟當(dāng)前的狀態(tài)。目前,心臟儲備功能檢測方法包括心電圖、超聲心動圖以及心音檢測等。心電圖可以檢測心臟變時性和心臟變力性;超聲心動圖可以檢測心肌狀態(tài)但其價格昂貴;第一心音幅值的大小與心肌收縮能力的變化有關(guān)。因此,為填補心電圖以及超聲心動圖的不足,體積小、易攜帶、成本低、使用簡便且可以進行實時采集和實時分析心臟儲備能力是非常有必要的。目前,在心音采集方面生物醫(yī)學(xué)信號研究室采用的數(shù)字聽診器和BIOPAC心音采集系統(tǒng)。數(shù)字聽診器雖然體積小,但是在采集心音以后無法直接對采集到的心音數(shù)據(jù)進行分析處理。BIOPAC心音采集系統(tǒng)并不具備實時聽診功能,不便于醫(yī)生進行臨床聽診和分析,而且BIOPAC心音采集系統(tǒng)價格高昂、體積碩大,對于采集人員來說攜帶及其不方便。心臟儲備分析方面,由于受到生理、病理和采集環(huán)境等因素的存在,在臨床上心音信號及其復(fù)雜。所以進一步對心音信號進行算法解析,利用心音信號的去燥和特征提取算法。采用小波閾值收縮方法進行降噪,降噪后通過心音特征波形提取,并確定第一心音和第二心音的位置并提取評估心臟儲備三個特征指標(biāo)(HR、D/S、S1/S2)。針對以上的問題,本論文為了實現(xiàn)一套心音采集及心臟儲備分析系統(tǒng),STC15W408AS為核心的數(shù)據(jù)采集卡體積小、價格低廉、性能穩(wěn)定,并且采集心音數(shù)據(jù)后可以直接連接到上位機進行實時心臟儲備分析。最終利用Lab VIEW調(diào)用心音算法,從而實現(xiàn)方便、智能和無創(chuàng)的心臟儲備功能的評估系統(tǒng)。故而,本研究設(shè)計了一套基于Lab VIEW的心音采集與心臟儲備分析系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括心音數(shù)據(jù)采集卡和Lab VIEW軟件程序兩個部分,本文對數(shù)據(jù)采集卡的硬件設(shè)計和Lab VIEW軟件程序設(shè)計進行了詳細(xì)的介紹,實現(xiàn)了心音信號的實時采集、串口傳輸、實時波形顯示以及分析心臟儲備能力等功能。分析心臟儲備能力結(jié)果中,給出了心音正/異常初步判定結(jié)果、心率、第一心音幅值和第二心音幅值之比、收縮期與舒張期之比,為綜合評估心臟儲備能力提供一定的參考。為完成以上目標(biāo),本文從以下幾個方面展開研究:(1)心音信號基本知識。從醫(yī)學(xué)角度出發(fā),了解心音的產(chǎn)生、心音的基本特性以及心臟雜音。給出了本文研究的必要性。(2)心音采集、預(yù)處理及特征參數(shù)提取。詳細(xì)闡述了心音信號的傳統(tǒng)采集方法及心音數(shù)據(jù)卡的采集的特點。介紹了聽診心音的部位。心音分析算法主要分為心音預(yù)處理、心音特征提取和心音識別三方面。最后,定義心音特征參數(shù),并利用這些參數(shù)實現(xiàn)正常與異常心音的識別以便驗證算法的有效性。(3)心音數(shù)據(jù)采集卡硬件設(shè)計。給出了STC15W408AS為核心的心音數(shù)據(jù)采集卡的設(shè)計,主要包括心音傳感器、放大電路模塊、低通濾波模塊、音頻功放模塊、實時通信模塊以及電源模塊等設(shè)計。并利用本系統(tǒng)設(shè)計的心音數(shù)據(jù)采集卡進行采集。(4)Lab VIEW心臟儲備分析軟件設(shè)計。首先,闡述軟件的工作流程及基本功能;其次,依次介紹了被檢測者信息錄入模塊、串口通信模塊、波形顯示模塊、心音數(shù)據(jù)存儲模塊、心音數(shù)據(jù)回放模塊、心音分析模塊、打印報表模塊以及生成安裝包文件。(5)心臟儲備分析系統(tǒng)測試以及有效性驗證。結(jié)合心音數(shù)據(jù)采集卡和以及Lab VIEW心臟儲備分析軟件,給出數(shù)據(jù)采集卡測試結(jié)果,以及Lab VIEW心臟儲備分析軟件的測試結(jié)果。最后采集了56組大學(xué)生的心音數(shù)據(jù),并以分組別的方法進行了分析與統(tǒng)計。同時結(jié)合生物醫(yī)學(xué)信號研究室現(xiàn)有的數(shù)據(jù)進行對比分析,采用兒童8例,運動員7例以及心臟病患者4例進行心臟儲備分析及統(tǒng)計�；贚ab VIEW心音采集與心臟儲備分析系統(tǒng),完成了數(shù)據(jù)采集卡對心音的實時采集以及利用上位機實時進行心臟儲備分析。通過對系統(tǒng)的測試以及多組數(shù)據(jù)的分析比對,本系統(tǒng)可以有效的對心音數(shù)據(jù)進行實時采集以及準(zhǔn)確的提取心臟儲備參數(shù)并有效的進行心臟儲備分析。
【學(xué)位單位】：西華大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TP274.2;R540.4
【部分圖文】：

1) 根據(jù)心音的特點以及整個系統(tǒng)的需求，進行了心音數(shù)據(jù)采集卡硬件以LabVIEW 心臟儲備分析軟件的設(shè)計；2) 心音采集方法的對比以及心音分析算法研究。心音分析算法主要分為心音預(yù)理、心音特征提取和心音識別三方面。并利用這些參數(shù)實現(xiàn)正常與異常心音識別以便驗證算法的有效性；3) 根據(jù)系統(tǒng)采集板方案進行 STC15W408AS 電路原理圖設(shè)計以及 PCB 制作，完心音采集的信號放大、低通濾波、串口通信、音頻功放等功能，并利用本系設(shè)計的心音數(shù)據(jù)采集卡進行采集；4) 根據(jù)系統(tǒng)軟件方案進行了基于 LabVIEW 心音采集及心臟儲備分析系統(tǒng)，完了用戶登錄模塊、被檢測者信息錄入模塊、串口通信模塊、波形顯示模塊、音數(shù)據(jù)存儲模塊、心音數(shù)據(jù)回放模塊、心音分析模塊、打印報表模塊以及生安裝包文件。最終實現(xiàn)了心音采集及心臟儲備分析；5) 進行了心音采集及心臟儲備分析系統(tǒng)的軟、硬件測試以及利用該系統(tǒng)采集心數(shù)據(jù)，同時進行了統(tǒng)計與分析工作。

基于LabVIEW 的心音采集及心臟儲備分析系統(tǒng)音的基本原因是血液的流動。心臟聲音是由瓣膜相關(guān)結(jié)合、乳頭肌、腱索以及瓣環(huán)的緊張）、心房和心室收縮柱的振動所引起[40]。產(chǎn)生及基本特性過程中，血流在心血管內(nèi)忽而加速忽而減速，引起“心流入心血管系統(tǒng)時，心臟雜音是激流、旋渦、空腔現(xiàn)象和臟層的摩擦引起的振動產(chǎn)生心包摩擦[20] [21]。心動周期

圖 2.2 心動周期Fig.2.2 The Cardiac cycle期之中，通�？梢月牭� S1 以及 S2，S3 在青壯年人不到的。收縮期產(chǎn)生，意味著心室收縮期的起始�，F(xiàn)在認(rèn)：①在心室收縮起始時，血液向上并推動瓣膜，所；②心室收縮慢慢加強時，房室瓣膜就會關(guān)閉，乳頭瓣膜尖端的振動而產(chǎn)生的；③血液通過心室射入到聲音。S1 越大，則意味著心室收縮力越強。舒張期產(chǎn)生，象征著心室舒張期的起始。這是由血流沖擊振動主動脈、肺動脈壁根部以及心室內(nèi)壁低可以通過其強弱可來反映。充盈期結(jié)束時發(fā)生。這可能是由于血液充盈較為致心室壁振動。頻短音，在部分正常老年人和舒張末期壓力增加的
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本文編號：2853955