基于LabVIEW的心音和心电信号分析检测系统外文翻译资料

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基于LabVIEW的心音和心电信号分析检测系统

Guo Ying,Wang Zhenzhen, Ke Li,Du Qiang ,Li Jinghui

School of Information Science and Engineering,Shenyang University of Technology, Shenyang 110870

E-mail: wzz0903@foxmail.com

摘要：数字化听诊可以促进心音和心电图检测的问题。本文主要研究心音和心电信号检测分析系统。首先，该传感器用于在虚拟仪器LabVIEW平台上采集人体心音和心电信号。并通过LabVIEW将其发送到LabVIEW的上位机。模块转换后的前端电路调整。然后，将心音和ECG信号的同步采集数字化并进行简单的滤波处理。同时LabVIEW还实现了数据显示，存储和回放波形功能。最后，本文基于LabVIEW和Matlab编程实现了心音和心电信号的分割和定位。采集和分析系统性能可靠，模块实用，易于操作。收集的归一化为后续心音，ECG数据构建和病理信号的分析和识别提供了便利和参考。

关键词：心音;心电信号; LabVIEW;包络提取

1引言

心血管疾病（CVDs）仍然是全球发病率和死亡率的主要原因。 2012年估计有1750万人死于心血管疾病，占全球死亡人数的31％（世卫组织，2015年）。在临床实践中评估心血管系统的第一步是体检。心脏听诊是体格检查的重要组成部分，可能会发现许多病理性心脏病，如心律失常，瓣膜病，心力衰竭等。心音在疾病评估中提供了重要的初步线索，可作为进一步诊断检查的指导，从而在早期发现心血管疾病中发挥重要作用[1]。心脏病的主要诊断方法包括心电图，超声多普勒，传统听诊器等。听诊器的传统听诊是一种常见的低检测方法。超声多普勒扫描虽然结果最准确，但通常用于诊断心血管疾病患者。但是，其成本高，设备复杂，体积大，不便等缺点，限制了其适应该地区的能力，难以在偏远山区推广[2]。所以目前的解决方案仍然是由较熟练的医务人员通过传统的听诊器筛查患者，人力资源的投入仍然非常大[3]。因此面对传统电子仪器在灵活应用和适应上的诸多弊端，LabVIEW作为一种功能强大的工业标准图形化编程工具，已越来越广泛应用于工业自动化，汽车，电子，通信，航空航天等领域。涉及开发测试，测量，控制，数据采集和分析任务[4]。

在上述背景下，本文采用了通用硬件，ecg采集系统的设计，将ecg信号转换成数字信号，输入到虚拟仪器中，利用软件系统实现信号处理，包括心脏 声音心电图数据采集保存，波形回放，声音回传，心音定位预处理的实现，由此产生的数据结构可直接用于临床医学，希望具有实用的参考价值。

2.心音和心电信号检测分析系统硬件组成

2.1信号采集模块的设计

通过传感器连接信号后，通过访问调整电路模块[5]调整信号。在调节后进入采集卡后，基于LabVIEW将心音和ECG信号连接到主机，完成数据采集。为了实现信号采集和数字化，需要建立信号采集通道。计算机数字转换工具是PCI-6251数据采集卡。采集系统通过DAQ数据采集卡驱动实现采集卡的使用。数据采集​​（DAQ）技术用于获取被测对象的数据。该技术通过数据采集设备从传感器和其他未经测试的设备获取和转换物理信号（如电压，电流，压力和温度等）[6]。可以使用基于计算机的数据采集过程，包括传感器，模拟信号调理硬件设备，具有DAQ设备的模数转换硬件驱动器和计算机软件。

在心音和心电采集系统DAQ采集模块编程之前，首先安装与计算机连接的DAQ数据采集卡硬件设备，同时在DAQ数据采集卡驱动程序（NI-DAQmx）的计算机配置中，系统采用基于高速多通道数据采集卡PCI-6251的NI PCI总线M系统实现数据采集任务。 PCI-6251具有16个模拟信号输入接口，分辨率高达16位，采样率约为1.25Mbps，模拟信号电压可在0.1V至10V之间调节，并且有多个输出接口，带模拟输出接口和数字I / O接口。 DAQ数据采集设备的基本功能包括模拟信号输入，模拟信号输出，数字信号I / O和定时/计数器等。本文主要利用其模拟输入功能和数模转换功能。通过电极信号访问后调整电路模块进行信号处理，心音ecg信号采集卡调理后输入，采集卡经过模拟数字转换后基于LabVIEW写入访问PC，完成数据采集工作。
2.2 LabVIEW开发平台

心音和心电采集系统完成采集卡配置后，将出现在功能面板DAQmx功能节点的LabVIEW程序框图中，采集系统通过DAQ功能节点构建采集通道，采用DAQ设备完成数据采集。 为了读取连续收集的数据，系统需要使用DAQ读取节点。 要完成连续连续读取样本的数据，DAQmx读取节点将放置在While循环程序框中。 同时，波形图控件放置在循环中，DAQmx读取节点的“数据”输出端显示收集的信号。 DAQmx删除任务节点用于清除采集任务，同时删除采集卡硬件设备的采集任务。 这样其他收集任务就可以顺利进行。 采集通道的框图如图1所示。

图1 获取通道模块的完整地图（开始收集任务并连续读取样本数据）

心电图采集卡将自动将数据收集到计算机中FIFO的缓存区域。 采集系统由“DAQmx read.vi”读取，以读取缓存区域中的数据。 “写入测量文件.VI”功能是将数据写入硬盘，格式为文本，保存的文件名为“.ivm”。 文件名以患者的信息命名。 信息存储模块如图2所示。

图2 信息存储模块

2.3阅读心音和心电图文件
心音和心电信号测量文件存储为文本（LVM），以便能够轻松获取和分析，设计模块将数据文件读取到测量系统，使存储的数据工作等。 使用“文件对话框.VI”，“读取测量文件VI”和“创建波形.VI”。 读取模块使用条件结构控制。 其中“文件对话框.VI”用于选择打开数据文件，文件对话框也是如此。 VI选择路径输出端口访问“读取测量文件.VI”文件名端口，然后使用“创建波形.VI”创建思想波形数组后读取数据分辨率，可以在波形图中显示控件读数结果。 模块的框图如图3所示。

图3 存储文件读取

读取数据显示控制的幅度和时间轴的控制仍然使用条件结构来切换波形控制并用旋钮和属性节点控制纵轴的范围。

图4 心音和心电图数据

3信号预处理和分析
在将信号收集存储为数据文件之后，需要分析信号。 本文对心音ecg信号预处理进行了分析和研究[9]，作为Matlab在算法和数据运算方面的优势，以LabVIEW为基本出发点，充分利用LabVIEW界面开发优势和模块 兼容能力结合Matlab建立了心音定位预处理和分析系统。
收集心音和心电信号需要先处理噪声，本文将采用高频噪声和低频噪声的小波变换信号的方法，在LabVIEW中调用Matlab脚本的噪声，计算心脏 声音信号短时平均能量，得到心音信号包络，结果如下图所示

图5 小波去噪后的心音信号图6 计算短期能量后的包络信号

在获得心音信号包络后，通过使用双阈值的方法进行自动分割定位，确定第一和第二心音的负荷点，ecg特征点的QRS复合体，如标签。 心电图心电图的测试结果如下所示。图7 心电图信号和QRS波段的R波峰值显示了心音信号的子部分结果图8 显示了心音信号的子部分结果

4结论
本文着手构建一个收集和分析系统。实现数字心电信号，同时根据心音的频域和时域特征，构建心电信号包括采样存储功能，心音实时播放功能，回放心音和心电信号波功能例如LabVIEW信号采集和分析系统。
本文主要关注以下内容：采集系统构建了一个合理的虚拟仪器来控制软面板，从而提高了采集人员的工作效率。系统实现了信号的连续存储，使收集的信号得以充分保存[10]。为了保证数据分析师与听诊专家之间的通信，心音的wav文件转换和音频播放功能是也是在保存心音的过程中设计的。最后，分析信号处理，提取特征值，为预防和治疗心脏病提供有效的数据。基于LabVEW的核心，心音和ECG信号通过预波调理电路被放大和去噪。然后通过PCI-6251数据采集卡对信号进行数字处理，然后由LabVIEW主机收集和存储。为了方便医务人员的使用，将WAV音频文件转换模块添加到LabVIEW中，并将存储的心脏数据文件转换为音频文件。播放心音文件时，可以同步显示波形，并控制音频循环。最后，为了将收集的心音数据应用于特征提取和模式识别的研究，我们可以使用LabVIEW和Matlab实现心音的分割和定位。该程序的应用性能强，为未来的心音研究工作提供了便利。

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