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技術(shù)文章

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

新平臺(tái)上的剖析油自動(dòng)開(kāi)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(kāi)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(lái)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(kāi)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(lái)（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。考慮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(jiàn)，經(jīng)過(guò)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(wèn)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(guò)三秒就可以計(jì)算出來(lái)，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(kāi)口閃電測(cè)試儀預(yù)設(shè)，突破了傳統(tǒng)心臟聽(tīng)診的局限，不僅可聽(tīng)，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(tīng)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(tīng)診器結(jié)合起來(lái)，開(kāi)發(fā)出可推廣的產(chǎn)品
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