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技術(shù)文章

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新平臺(tái)上的剖析油自動(dòng)開口閃電測(cè)試儀預(yù)設(shè)

新平臺(tái)上的剖析油自動(dòng)開口閃電測(cè)試儀預(yù)設(shè)
　　該儀器主要分為三個(gè)模塊：心音采集模塊，小波去噪模塊和心音分析模塊。心音分析模塊又包括時(shí)域分析和頻域分析。時(shí)域分析給出了心跳頻率和**心音與**心音之間的間隔，頻域分析主要是心音信號(hào)的FFT頻譜分析。
　　1.1心音采集模塊
　　采集模塊硬件設(shè)備以微音傳感元件HKY-06B（帶有HKY06B-PC適配器）連接PC機(jī)聲卡組成。
　　HKY-06B是一種由新型高分子聚合材料制成的微音傳感元件，適合于各類心音采集。由于本儀器是運(yùn)行在PC機(jī)上的分析儀器，而PC機(jī)聲卡本身就是一個(gè)優(yōu)良的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，目前普通聲卡的*高采樣頻率是44.1kHz，有的達(dá)到48kHz，足以滿足采樣定律的要求（心音信號(hào)的頻率在0200Hz之間）.
　　基于不同的分析要求和PC聲卡配置，用LabVIEW的聲音函數(shù)設(shè)計(jì)的心音采集模塊設(shè)置了心音格式參數(shù)設(shè)置區(qū)域，用戶可以在這里設(shè)置采集頻率、通道數(shù)和每采樣比特?cái)?shù)。用戶把帶有MIC接口的壓控傳感器一端連接電腦，另一端放在被采集者心臟附近，設(shè)置參數(shù)，點(diǎn)擊心音采集按鈕開始采集。采集到的心音以。wav文件格式保存在默認(rèn)目錄上，供重新播放和后面分析使用。
　　1.2小波去噪模塊
　　通常提取到的心音信號(hào)含有一些雜音，因此有必要對(duì)其進(jìn)行去噪。由于心音信號(hào)集中在低頻部分，噪聲分布在高頻部分，因此，可以用一個(gè)低通濾波器進(jìn)行濾波。但是它不能將有信號(hào)的高頻部分和噪聲引起的高頻干擾加以有效的區(qū)分。而小波去噪則可以將信號(hào)和噪聲有效區(qū)分，同時(shí)保留信號(hào)的尖峰和突變成分。另外，LabVIEW提供的Matlab腳本節(jié)點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)在LabVIEW中添加Matlab腳本，而Matlab中提供的wrcoef函數(shù)可以在不知道對(duì)特定心音信號(hào)該取什么閾值去噪的情況下用百分比來確定小波分解中每層取零的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)，具有一定的通用性。所以，這里選擇小波對(duì)心音去噪。
　　這里采取的小波去噪是在小波分解基礎(chǔ)上的閾值降噪方法。新平臺(tái)上的剖析油自動(dòng)開口閃電測(cè)試儀預(yù)設(shè)，已知時(shí)間信號(hào)f（t），稱為f（t）的連續(xù)小波變換，為小波基函數(shù)，是由同一母函數(shù)（t）經(jīng)伸縮和平移后得到的一組函數(shù)序列。定義離散小波函數(shù)。經(jīng)離散小波變換之后，信號(hào)f（t）被分解為低頻成分和一系列高頻成分wj，k。有效信號(hào)多分布在低頻部分，噪聲則多分布在高頻部分，同時(shí)信號(hào)的系數(shù)要大于噪聲的系數(shù)，于是可以找到一個(gè)合適的數(shù)作為閾值對(duì)高頻部分進(jìn)行去噪直接保留下來（硬閾值方法）或者按某一定量向零收縮（軟閾值方法），然后由新的小波系數(shù)重構(gòu)得到去噪后的信號(hào)。本系統(tǒng)采用Matlab提供的wthcoef函數(shù)去噪，可以設(shè)置一個(gè)百分比，把高頻系數(shù)中系數(shù)較小的那一部分系數(shù)設(shè)為0，然后再重構(gòu)，達(dá)到消噪的目的。小波去噪效果。
　　小波去噪前面板。用戶可以根據(jù)自己的需要在前面板上選擇小波類型、小波階數(shù)、小波分解層數(shù)（*多5層）和每層置零百分比?？紤]到有不了解小波去噪原理的用戶，給每一參數(shù)設(shè)定了默認(rèn)值，默認(rèn)小波為db小波，階數(shù)為6，分解層數(shù)為5，經(jīng)理論和實(shí)驗(yàn)證明，這樣的設(shè)置能達(dá)到不錯(cuò)的去噪效果。
　　1.3心音分析模塊
　　1.3.1心音FFT頻譜分析
　　心音FFT頻譜可以把信號(hào)轉(zhuǎn)化到頻域觀察，從頻譜圖上觀察心跳是否異常。心音FFT頻譜分析前面板和分析結(jié)果。為方便比較，可分別點(diǎn)擊去噪前FFT頻譜和去噪后FFT頻譜進(jìn)行觀察。
　　1.3.2心跳頻率和心音間隔分析模塊
　　心跳頻率和**心音與**心音之間的間隔是醫(yī)生診斷的重要依據(jù)。為得出這些參數(shù)，需要首先得到心音的包絡(luò)。
　　因?yàn)閱螐牟杉降牟▌?dòng)信號(hào)上是不容易確定心音尖峰出現(xiàn)的時(shí)刻的。
　　按照式計(jì)算出能量P（i）。P（i）仍然是一個(gè)波動(dòng)曲線.給P（i）加窗并使窗沿x軸移動(dòng)，取窗長(zhǎng)范圍內(nèi)的P（i）局部*大值組成P獲取心音包絡(luò)可以看出，這樣得出的包絡(luò)極為不光滑，心音尖峰分裂的地方也非常容易誤判為不是一個(gè)心音，所以需要進(jìn)一步優(yōu)化波形。設(shè)包絡(luò)為a（i）（i=0，1，2，，n），如果選擇包絡(luò)數(shù)據(jù)的平均值逐點(diǎn)比較a（i）與meanp的大小，則得到的歸一化包絡(luò)a（i）非常不準(zhǔn)確（如（5）所示），一個(gè)心音可能由不止一個(gè)脈沖代表。
　　為提高判決準(zhǔn)確度，給a（i）加矩形窗W（n）：取Suma（k）=k 49i=k-50aa得到歸一化的能量包絡(luò)a（j）.每個(gè)脈沖代表**心音或者**心音。
　　可見，經(jīng)過優(yōu)化后的歸一化包絡(luò)比直接比較取得的包絡(luò)更能準(zhǔn)確地反應(yīng)出心音的分段。
　　由于采樣的問題，**脈沖和*后一個(gè)脈沖可能不夠完整，影響計(jì)算。所以在計(jì)算心率之前需要先去掉**個(gè)脈沖和*后一個(gè)脈沖。取a（j）的每一個(gè)脈沖中間對(duì)應(yīng)的索引值（橫坐標(biāo)采樣點(diǎn)數(shù)）組成TT（i）=i=0，1，2，則TT（3）-TT（1）是一個(gè)心音周期，從而可以按照下式取心音周期的平均得到心跳周期：其中fs是采樣頻率，心跳頻率為f=60/T（次/分）.
　　為得出**心音與**心音的間隔，取TT（i）的**個(gè)值和**個(gè)值的差，如果大于一定值判斷為一個(gè)心跳的**心音與下一個(gè)心跳的**心音的間隔，舍棄**個(gè)值；否則，按計(jì)算便可得到**心音與**心音的間隔。
　　用戶前面板如（c）下方所示，點(diǎn)擊前面板上的分析按鈕，便可顯示出心跳頻率和心音間隔。
　　用上面的方法計(jì)算出一次心音采樣信號(hào)的心跳頻率為68次/分，**心音與**心音的間隔是0.
　　29016秒。經(jīng)試驗(yàn)40多個(gè)人的心音采樣，與實(shí)際計(jì)數(shù)比較，證明該方法是行之有效并符合實(shí)際的。而且所有數(shù)據(jù)不超過三秒就可以計(jì)算出來，計(jì)算速度還是令人滿意的。
　　2結(jié)語(yǔ)
　　該心音分析虛擬儀器綜合利用了PC機(jī)豐富的資源，新平臺(tái)上的剖析油自動(dòng)開口閃電測(cè)試儀預(yù)設(shè)，突破了傳統(tǒng)心臟聽診的局限，不僅可聽，而且可視，不僅提供心音采集，而且提供心音分析，不僅分析頻域，還分析時(shí)域，為心臟聽診提供了新的方法和途徑，并為心音的進(jìn)一步研究奠定了基礎(chǔ)。經(jīng)多次實(shí)際使用驗(yàn)證，該儀器達(dá)到了可信賴的**度和準(zhǔn)確度，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。
　　下一步要做的就是豐富該儀器的內(nèi)容，進(jìn)一步提高它的**度，同時(shí)設(shè)法把它和傳統(tǒng)的聽診器結(jié)合起來，開發(fā)出可推廣的產(chǎn)品

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