基于LabVIEW的心音信号发生器和多功能处理仪器的研究

论文摘要

随着微型计算机和软件技术的发展,出现了新一代的测试仪器——虚拟仪器。虚拟仪器能够共享硬件和软件资源,快速方便地组建各种自动测试系统,是仪器仪表的发展方向。心音信号的采集和分析在医学诊断、研究和教学中有重要意义,各种心音的时域分析和频域分析能够帮助医生作出正确的诊断,协助研究人员做分析研究。心音信号发生器能够使科研和学习人员省去四处寻找各种心音的麻烦,同时在医学教学中帮助学习者快速掌握各种心音特征。因此,开发基于虚拟仪器的心音信号发生器和多功能处理仪器是一项十分有意义的工作。本课题基于LabVIEW开发了一款集心音的采集、多功能处理和心音信号发生器于一体的虚拟仪器,该仪器一共分为五个子系统:心音信号采集子系统、小波去噪子系统、时域分析子系统、频域分析子系统和心音信号发生器子系统。心音的时域分析和心音信号发生器子系统是该仪器的两个特色子系统。在心音的时域分析子系统中,提出了一种计算心跳频率和心音间隔的高效算法——归一化包络分段平均算法。该算法采用提取心音包络、归一化和分段平均相结合的方法,提高了系统的抗噪声能力和计算精度。在心音信号发生器子系统中,首次在LabVIEW平台上实现了根据用户的需求自动产生各种心音信号的功能,使用户可以像得到正弦信号一样方便地得到所需的心音信号。为使仪器达到最佳使用效果,通过仿真实验,寻找到每一个功能模块中的参数的最佳值,并设最佳值为默认值。为了满足用户的不同需求,增加仪器的灵活性,每一个参数都设为可调节的。实际使用效果证明该仪器能够采集到清晰的心音信号,能有效去除干扰噪声,快速准确地计算出心音的各个特征值,能根据用户参数设置快速生成相应的心音信号并播放,具有较高的实用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 虚拟仪器和心音信号分析的国内外研究发展现状
• 1.1.1 国外方面
• 1.1.2 国内方面
• 1.2 本课题的研究意义
• 1.3 论文结构及所完成的工作
• 第二章 心音与LabVIEW 简介
• 2.1 心脏和心音
• 2.1.1 心脏的结构和血液循环
• 2.1.2 心音的产生机理和组成成分
• 2.2 LabVIEW简介
• 2.2.1 虚拟仪器概念
• 2.2.2 虚拟仪器系统组成
• 2.2.3 LabVIEW的特点
• 2.2.4 LabVIEW创建虚拟仪器的过程
• 2.2.5 Matlab脚本节点
• 2.2.6 LabVIEW程序流程和结构
• 2.3 本章小结
• 第三章 心音采集和去噪子系统的设计
• 3.1 本虚拟仪器的整体结构
• 3.1.1 硬件部分
• 3.1.2 软件部分
• 3.2 心音采集子系统的设计
• 3.2.1 心音采集参数的设置分析
• 3.2.2 心音采集子系统前面板和程序框图的设计
• 3.3 心音去噪子系统的设计
• 3.3.1 小波去噪理论
• 3.3.2 小波去噪中参数的选取
• 3.3.3 小波去噪子系统前面板和程序框图的设计
• 3.4 本章小结
• 第四章 时域分析子系统的设计
• 4.1 时域分析算法原理
• 4.1.1 心音包络的提取
• 4.1.2 心音包络的归一化
• 4.1.3 心跳频率和心音间隔的计算
• 4.2 时域分析前面板和程序框图的设计
• 4.4 本章小结
• 第五章 频域分析子系统的设计
• 5.1 FFT频谱分析子系统的设计
• 5.1.1 FFT算法原理
• 5.1.2 FFT频谱分析子系统前面板和程序框图的设计
• 5.2 小波分解子系统前面板和程序框图的设计
• 5.3 Wigner-Ville分布子系统的设计
• 5.3.1 Wigner-Ville分布原理
• 5.3.2 Wigner-Ville分布子系统前面板和程序框图的设计
• 5.4 本章小结
• 第六章 心音信号发生器子系统的设计
• 6.1 方案的选择
• 6.2 心音信号发生器的原理
• 6.3 心音信号发生器前面板和程序框图的设计
• 6.4 心音信号发生器的试用结果
• 6.6 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 论文工作总结
• 7.2 未来研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者在硕士研究生期间发表论文情况