基于LabVIEW的心音信號(hào)采集與回放系統(tǒng)設(shè)計(jì)*

韋 哲 徐越斌 陳若珠 李軍紅 郭 峰 薛志強(qiáng)

1 引 言

心臟聽診是診斷心血管疾病的一種簡單、重要的方法，但是傳統(tǒng)的聽診由于聽診器低頻分辨力差，使得聽診效果不是很好，容易受到聽診醫(yī)生的主觀影響，聽診的準(zhǔn)確度很大程度上取決于醫(yī)生的經(jīng)驗(yàn)豐富與否，往往只有那些有經(jīng)驗(yàn)的心臟病專家方能通過聽診，對(duì)心臟的功能狀態(tài)作出較為正確的評(píng)價(jià)和診斷。因此，如何提高心臟聽診的準(zhǔn)確率已成為一個(gè)亟待解決的重要問題。

在人體眾多的生理信號(hào)中，心音信號(hào)是最重要的生理信號(hào)之一，心音是心臟及大血管機(jī)械運(yùn)動(dòng)狀況的反映，心音信號(hào)中含有關(guān)于心臟各個(gè)部分如心房、心室、大血管、心血管及各個(gè)瓣膜功能狀態(tài)的大量生理病理信息，是臨床評(píng)估心臟功能狀態(tài)的最基本參數(shù)。在心血管疾病尚未發(fā)展到足以產(chǎn)生臨床及病理改變以前，心音中出現(xiàn)的雜音和一些畸變就成為心臟疾病診斷的重要信息。正常的一個(gè)心動(dòng)周期包括舒張期和收縮期，心音就產(chǎn)生于心動(dòng)周期的特定時(shí)期。一般情況下，一個(gè)正常的心動(dòng)周期包含四個(gè)心音:即第一心音、第二心音、第三心音和第四心音。隨著科技的發(fā)展，心音信號(hào)的采集手段也有了很大的進(jìn)步，人們開始采取各種方法對(duì)心音信號(hào)進(jìn)行采集，并作更進(jìn)一步的記錄、存儲(chǔ)。而當(dāng)前心音信號(hào)的采集最流行的方法就是通過心音傳感器進(jìn)行采集，同時(shí)也外加各種放大和濾波電路，隔離電路等組成心音信號(hào)采集系統(tǒng)，而采集到的心音信號(hào)主要以wav的格式保存。鑒于大量采集到的心音信號(hào)都以wav的文件格式存儲(chǔ)，本文借助于LabVIEW8.6開發(fā)平臺(tái)，特別構(gòu)建了心音信號(hào)的采集與回放系統(tǒng)[1-3]。系統(tǒng)通過電腦聲卡播放心音信號(hào)的形式真實(shí)有效的再現(xiàn)了心臟音，并帶有心音圖的顯示，幫助醫(yī)生在聽覺上清晰的以及從視覺上清楚地對(duì)心臟疾病進(jìn)行診斷，解決了傳統(tǒng)聽診診斷率低的缺點(diǎn)，對(duì)提高心臟疾病的診斷具有重要的實(shí)際意義[4]。

2 LabVIEW簡介

LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器工作平臺(tái))是美國NI公司(Nation Instrument Company，簡稱NI公司)推出的一種基于G語言(Graphics Language，圖形化編程語言)的虛擬儀器軟件開發(fā)工具，LabVIEW設(shè)計(jì)的虛擬儀器脫離了LabVIEW開發(fā)環(huán)境，用戶最終看到的是和實(shí)際硬件儀器相似的操作面板，同時(shí)LabVIEW還為虛擬儀器設(shè)計(jì)者提供了一個(gè)輕松、便捷的開發(fā)環(huán)境，設(shè)計(jì)者無需進(jìn)行任何煩瑣的程序代碼的編寫，就可以像搭積木一樣，輕松組建一個(gè)測(cè)量系統(tǒng)以及構(gòu)造屬于自己的儀器面板。

LabVIEW最大的特點(diǎn)就是圖形化的編程界面，編程效率極高。用戶不需要編寫眾多紛繁復(fù)雜的程序代碼，這樣大大減少了編程時(shí)間、縮短了開發(fā)周期，從而也降低了開發(fā)成本。目前，LabVIEW已成為數(shù)據(jù)采集、監(jiān)測(cè)、分析等方面的領(lǐng)先開發(fā)平臺(tái)，在世界范圍內(nèi)擁有眾多的用戶。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的心音信號(hào)采集與回放系統(tǒng)主要包括三部分：（1）心音信號(hào)的采集；（2）獲取心音信號(hào)采集的相關(guān)參數(shù)；（3）心音波形圖的顯示；（4）心臟跳動(dòng)音的播放。心音回放流程圖如圖1所示[5]。

從流程圖中我們可以看到，波形的顯示和心臟音的播放是整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。LabVIEW設(shè)計(jì)的最大優(yōu)勢(shì)就在于它內(nèi)含諸多用于實(shí)現(xiàn)特定功能的子VI和控件，在設(shè)計(jì)中，波形的顯示用Waveform Graph控件來實(shí)現(xiàn)；心臟音的播放用聲音輸出子VI來實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)的主程序如圖2所示[6]。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

為了驗(yàn)證系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可靠性和可行性，本文對(duì)具體的心音信號(hào)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)分別對(duì)系統(tǒng)所采集到的正常心音和二尖瓣狹窄心音進(jìn)行了回放。圖2、圖3所示為采集到的原始心音信號(hào)，圖4、圖5為原始心音信號(hào)的回放圖。對(duì)比圖2、圖3，我們可以清楚的從系統(tǒng)回放圖中看到，該回放系統(tǒng)完整的還原了系統(tǒng)所采集到的原始心音信號(hào)，同時(shí)我們也能夠很清晰的聽到傳統(tǒng)心臟聽診所聽不到的響亮的心臟音。除此之外，回放系統(tǒng)也獲得了一些和心音信號(hào)采集相關(guān)的信息，包括采集通道、采樣率以及采樣比特?cái)?shù)等。

另外，從采集到的原始信號(hào)圖和回放信號(hào)圖中，我們看到正常心音和二尖瓣狹窄心音信號(hào)存在明顯的差別；同時(shí)也能夠清楚的聽到兩種不同類型的心音信號(hào)帶有不同的心臟音。

5 結(jié)束語

本文基于LabVIEW8.6開發(fā)平臺(tái)設(shè)計(jì)了wav文件格式的心音信號(hào)回放系統(tǒng)，本系統(tǒng)用戶界面簡潔大方、操作方便，能夠很好的從視覺和聽覺兩方面對(duì)不同心音加以區(qū)分，對(duì)照效果明顯，解決了傳統(tǒng)聽診器聽診無法很清楚的聽到心臟音的缺點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)合理，具有很強(qiáng)的可操作性，對(duì)與心臟相關(guān)疾病的診斷能夠起到很好的輔助作用。

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