專(zhuān)利名稱(chēng)：基于聲卡的心音信號(hào)采集與分析裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
基于聲卡的心音信號(hào)采集與分析裝置
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型技術(shù)方案涉及心血管疾病的早期診斷信息的獲取和分析裝置，具體涉 及心音信號(hào)的采集與分析裝置。
背景技術(shù)：
心音是在心動(dòng)周期中，由于心肌收縮和舒張，瓣膜啟閉，血流沖擊心室壁和大動(dòng)脈 等因素引起的機(jī)械振動(dòng)，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)的大量有用生理信息，在心血管疾病的診治中具有重要價(jià)值，是心血管疾病無(wú)創(chuàng) 性檢測(cè)的重要方法。當(dāng)心臟疾病尚未發(fā)展到出現(xiàn)其他癥狀(如病人痛覺(jué)、ECG異常等)之 前，心音中的雜音和心音的畸變就是有效的早期診斷信息。傳統(tǒng)診斷心血管疾病通常是臨床醫(yī)生通過(guò)用聲學(xué)聽(tīng)診器放在患者胸壁一定部位， 對(duì)其進(jìn)行心音聽(tīng)診，這種傳統(tǒng)的聽(tīng)診方法存在經(jīng)驗(yàn)性、不直觀、無(wú)法保存和不可再現(xiàn)等方面 的缺點(diǎn)。為了克服傳統(tǒng)心音聽(tīng)診的不足，本實(shí)用新型提出利用計(jì)算機(jī)已普遍配制的聲卡， 加上相應(yīng)的軟件，實(shí)現(xiàn)了心音信號(hào)的記錄、保存、重放、波形顯示、頻譜分析等功能，從而組 成一個(gè)低成本、高性能的心音數(shù)據(jù)采集與分析、能夠方便的用于家庭的裝置。

實(shí)用新型內(nèi)容為了解決傳統(tǒng)心音聽(tīng)診不直觀、無(wú)法保存和不可再現(xiàn)等方面的問(wèn)題，本實(shí)用新型 提供基于聲卡的心音信號(hào)采集與分析裝置，包括心音傳感器，采集心臟搏動(dòng)和其它體表動(dòng)脈搏動(dòng)信號(hào)，再經(jīng)過(guò)高度集成化信號(hào)處 理電路處理，輸出低阻抗音頻信號(hào)；聲卡，實(shí)現(xiàn)記錄心音信號(hào)功能；心音顯示模塊，實(shí)現(xiàn)心音信號(hào)波形的顯示；心音重放模塊，實(shí)現(xiàn)心音信號(hào)波形的重放；心音頻譜分析模塊，實(shí)現(xiàn)心音信號(hào)波形的頻譜分析。本實(shí)用新型的優(yōu)選技術(shù)方案為聲卡使用音頻輸入，即Line In輸入。本實(shí)用新型的優(yōu)選技術(shù)方案為聲卡測(cè)量信號(hào)的弓I入采用音頻電纜或屏蔽電纜以 降低噪聲干擾。本實(shí)用新型的優(yōu)選技術(shù)方案為在聲卡輸入插孔和被測(cè)信號(hào)之間配置一個(gè)衰減
o本實(shí)用新型的優(yōu)選技術(shù)方案為心音頻譜分析模塊由心音預(yù)處理模塊、心音分段 模塊、心音特征提取模塊組成。心音預(yù)處理模塊將采集的心音信號(hào)進(jìn)行調(diào)整采樣率、截取采樣點(diǎn)、濾波等處理。心音分段模塊是將一個(gè)心動(dòng)周期的心音信號(hào)分為第一心音、收縮期、第二心音和 舒張期四段。
3[0017]心音特征提取模塊提取一個(gè)心動(dòng)周期的心音信號(hào)的心音特征，包括時(shí)域特征提取 和頻域特征提取。時(shí)域特征提取模塊提取的特征有心率、第一心音的時(shí)長(zhǎng)、第一心音的峰 值、第二心音的時(shí)長(zhǎng)、第二心音的峰值。其中心率定義為連續(xù)兩個(gè)第一心音峰值或連續(xù)兩個(gè) 第二心音峰值的時(shí)間差，并取平均值。頻域特征提取是通過(guò)傅立葉變換后計(jì)算第一心音、收 縮期、第二心音和舒張期四段的功率譜。相較于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型提供的基于聲卡的心音信號(hào)采集與分析裝置，利用 心音傳感器、計(jì)算機(jī)聲卡作為心音數(shù)據(jù)采集設(shè)備，結(jié)合LabVIEW(通用的編程裝置)軟件編 程組成的低成本、高性能的心音數(shù)據(jù)采集與分析裝置，實(shí)現(xiàn)了心音信號(hào)的記錄、保存、重放、 波形顯示、頻譜分析等功能。能夠方便的用于家庭?？朔藗鹘y(tǒng)的聽(tīng)診方法存在經(jīng)驗(yàn)性、不 直觀、無(wú)法保存和不可再現(xiàn)等方面的缺點(diǎn)。

圖1為本實(shí)用新型基于聲卡的心音信號(hào)采集與分析裝置中的聲卡的工作原理示 意圖。圖2為本實(shí)用新型的基于聲卡的心音信號(hào)采集和分析裝置硬件結(jié)構(gòu)框圖。圖3為本實(shí)用新型的基于聲卡的心音信號(hào)采集和分析裝置的心音數(shù)據(jù)采集流程 圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型技術(shù)方案進(jìn)行展開(kāi)說(shuō)明本實(shí)用新型利用計(jì)算機(jī)聲卡和LabVIEW(通用的編程裝置)軟件實(shí)現(xiàn)心音信號(hào)的 采集和存儲(chǔ)，特性如下1.心音傳感器采用新型高分子聚合材料微音傳感元件采集心臟搏動(dòng)，再經(jīng)過(guò)高度 集成化信號(hào)處理電路處理，輸出低阻抗音頻信號(hào)。2.將心音傳感器與計(jì)算機(jī)聲卡連接，實(shí)現(xiàn)記錄心音信號(hào)功能。3.可以利用軟件實(shí)現(xiàn)心音信號(hào)波形顯示、重放、頻譜分析功能?；诼暱ǖ男囊舨杉布O(shè)計(jì)聲卡作為音頻信號(hào)與計(jì)算機(jī)的通用接口，其主要功能就是將所獲取的模擬音頻信 號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過(guò)DSP (數(shù)字信號(hào)http://baike. baidu. com/view/50226. htm處理 DigitalSignal Proce該數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)輸出，聲卡的工作原理如圖1所示。一個(gè)典型的DSP裝置除了數(shù)字信號(hào)處理部分外，還包括A/D和D/A兩部分。這是 因?yàn)樽匀唤绲男盘?hào)，如聲音、圖像等大多是模擬信號(hào)，因此需要將其數(shù)字化后進(jìn)行數(shù)字信號(hào) 處理，模擬信號(hào)的數(shù)字化即稱(chēng)為A/D轉(zhuǎn)換。數(shù)字信號(hào)處理后的數(shù)據(jù)可能需還原為模擬信號(hào)， 這就需要進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換。從結(jié)構(gòu)上分，聲卡可分為模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和數(shù)模轉(zhuǎn)換電路兩部分，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路負(fù) 責(zé)將麥克風(fēng)等聲音輸入設(shè)備采到的模擬聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換為電腦能處理的數(shù)字信號(hào)；而數(shù)模轉(zhuǎn) 換電路負(fù)責(zé)將電腦使用的數(shù)字聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換為喇叭等設(shè)備能使用的模擬信號(hào)。PCI，夕卜設(shè)組件互連標(biāo)準(zhǔn)(Peripheral Component Interconnect)MIC IN:聲卡或電話調(diào)制解調(diào)器的麥克輸入.一般是電容麥克，也可以是動(dòng)圈麥克.Line-out (線性輸出)和 Speaker-out (音箱輸出)?，F(xiàn)在越來(lái)越多的計(jì)算機(jī)主板上集成有聲卡。聲卡的價(jià)格十分低廉，普通聲卡具有 16位的量化精度、數(shù)據(jù)采集是44kHz，完全可以滿足特定應(yīng)用范圍內(nèi)數(shù)據(jù)采集的需要，個(gè)別 性能指標(biāo)還優(yōu)于普通商用數(shù)據(jù)采集卡，如果將所采集的心音信號(hào)輸入聲卡、即可實(shí)現(xiàn)對(duì)心 音信號(hào)的采集和儲(chǔ)存，基于聲卡的心音信號(hào)采集硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。由于心音的聽(tīng)診是以第一、二心音為主要信息，且第一、二心音的能量也較大，其 頻率分布從20 2000Hz，因此在進(jìn)行心音信號(hào)的檢測(cè)時(shí)，選取傳感器是一個(gè)關(guān)鍵的問(wèn)題。 裝置中選擇了合肥華科電子技術(shù)研究所研制開(kāi)發(fā)的HKY-06B型心音傳感器，它是采用新型 高分子聚合材料微音傳感元件采集心臟搏動(dòng)和其它體表動(dòng)脈搏動(dòng)信號(hào)，再經(jīng)過(guò)高度集成化 信號(hào)處理電路處理，輸出低阻抗音頻信號(hào)，可廣泛應(yīng)用于各類(lèi)心音采集設(shè)備。利用心音傳感器將待采集的信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬電信號(hào)，然后通過(guò)信號(hào)預(yù)處理電路對(duì) 模擬電信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，使其滿足聲卡所要求的信號(hào)特征。聲卡一般有Lineln和MIC In兩個(gè)信號(hào)輸入插孔，輸入信號(hào)可通過(guò)這兩個(gè)插孔連 接到聲卡。若由MICIn輸入，由于有前置放大器，容易引入噪聲且會(huì)導(dǎo)致信號(hào)過(guò)負(fù)荷，故使 用Lineln，其噪聲干擾小且動(dòng)態(tài)特性良好。聲卡測(cè)量信號(hào)的引入應(yīng)采用音頻電纜或屏蔽電 纜以降低噪聲干擾。若輸入信號(hào)電平高于聲卡所規(guī)定的最大輸入電平(士 IV)，則應(yīng)在聲 卡輸入插孔和被測(cè)信號(hào)之間配置一個(gè)衰減器，將被測(cè)信號(hào)衰減至小于聲卡最大允許輸入電 平，以便對(duì)聲卡的輸入電路進(jìn)行保護(hù)。基于聲卡的心音采集軟件設(shè)計(jì)LabVIEff提供了一系列使用Windows底層函數(shù)編寫(xiě)的聲卡有關(guān)的函數(shù)。這些函數(shù) 位于LabVIEW7. 1函數(shù)選板的[函數(shù)]邾圖形與聲音]邾聲音]子選板中。利用聲卡進(jìn)行 數(shù)據(jù)采集主要用到聲音輸入函數(shù)，聲音[輸入]子選板包含了“配置聲音輸入”、“啟動(dòng)聲音 輸入采集”、“讀取聲音輸入”、“停止聲音輸入采集”、“聲音輸入清零”等函數(shù)。利用這些函 數(shù)，可將從聲音輸入設(shè)備采集到的聲音數(shù)據(jù)輸入到LabVIEW。LabVIEW是通用的編程裝置，有一個(gè)完成任何編程任務(wù)的龐大函數(shù)庫(kù)。LabVIEW的 函數(shù)庫(kù)包括數(shù)據(jù)采集、GPIB、串口控制、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)顯示及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，等等。LabVIEW也 有傳統(tǒng)的模塊調(diào)試工具，如設(shè)置斷點(diǎn)、以動(dòng)畫(huà)方式顯示數(shù)據(jù)及其子模塊(子VI)的結(jié)果、單 步執(zhí)行等等，便于模塊的調(diào)試?；诼暱ǖ男囊魯?shù)據(jù)采集流程，如圖3所示。LabVIEW中，對(duì)于聲卡的聲道可分為mono8_bit (單聲道8位)、mono 16-bit (單 聲道16位)、stereo8-bit (立體聲8位)、stereo 16-bit (立體聲16位)、聲卡的采樣頻 率(rate)有11025Hz、22050Hz和44100Hz等幾種，一般的聲卡最高采樣頻率可達(dá)96kHz ； 采樣位數(shù)可達(dá)16位甚至32位；采樣頻率不同，采樣波形的質(zhì)量也不同，應(yīng)視具體情況選用 合適的頻率。本裝置中將心音信號(hào)保存的文件格式為.WAV形式。以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選技術(shù)方案對(duì)本實(shí)用新型所作的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，不能 認(rèn)定本實(shí)用新型的具體實(shí)施只局限于這些說(shuō)明。對(duì)于本實(shí)用新型所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù) 人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本實(shí)用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視 為屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求基于聲卡的心音信號(hào)采集與分析裝置，其特征在于，包括心音傳感器，采集心臟搏動(dòng)和其它體表動(dòng)脈搏動(dòng)信號(hào)，再經(jīng)過(guò)高度集成化信號(hào)處理電路處理，輸出低阻抗音頻信號(hào)；聲卡，實(shí)現(xiàn)記錄心音信號(hào)功能，所述心音傳感器與計(jì)算機(jī)聲卡連接；心音顯示模塊，實(shí)現(xiàn)心音信號(hào)波形的顯示；心音重放模塊，實(shí)現(xiàn)心音信號(hào)波形的重放；心音頻譜分析模塊，實(shí)現(xiàn)心音信號(hào)波形的頻譜分析。
2.如權(quán)利要求1所述的基于聲卡的心音信號(hào)采集與分析裝置，其特征在于聲卡使用 音頻輸入，即Line In輸入。
3.如權(quán)利要求1所述的基于聲卡的心音信號(hào)采集與分析裝置，其特征在于聲卡測(cè)量 信號(hào)的引入采用音頻電纜或屏蔽電纜以降低噪聲干擾。
4.如權(quán)利要求2所述的基于聲卡的心音信號(hào)采集與分析裝置，其特征在于聲卡測(cè)量 信號(hào)的引入采用音頻電纜或屏蔽電纜以降低噪聲干擾。
5.如權(quán)利要求1至4任意一個(gè)所述的基于聲卡的心音信號(hào)采集與分析裝置，其特征在 于在聲卡輸入插孔和被測(cè)信號(hào)之間配置一個(gè)衰減器。
6.如權(quán)利要求1至4任意一個(gè)所述的基于聲卡的心音信號(hào)采集與分析裝置，其特征在 于心音頻譜分析模塊包括心音預(yù)處理模塊、心音分段模塊、心音特征提取模塊。
7.如權(quán)利要求5所述的基于聲卡的心音信號(hào)采集與分析裝置，其特征在于心音頻譜 分析模塊包括心音預(yù)處理模塊、心音分段模塊、心音特征提取模塊。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及基于聲卡的心音信號(hào)采集與分析裝置，包括心音傳感器，采集心臟搏動(dòng)和其它體表動(dòng)脈搏動(dòng)信號(hào)，再經(jīng)過(guò)高度集成化信號(hào)處理電路處理，輸出低阻抗音頻信號(hào)；聲卡，實(shí)現(xiàn)記錄心音信號(hào)功能；心音顯示模塊，實(shí)現(xiàn)心音信號(hào)波形的顯示；心音重放模塊，實(shí)現(xiàn)心音信號(hào)波形的重放；心音頻譜分析模塊，實(shí)現(xiàn)心音信號(hào)波形的頻譜分析。相較于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型提供的基于聲卡的心音信號(hào)采集與分析裝置，利用心音傳感器、計(jì)算機(jī)聲卡作為心音數(shù)據(jù)采集設(shè)備，結(jié)合LabVIEW(通用的編程裝置)軟件編程組成的低成本、高性能的心音數(shù)據(jù)采集與分析裝置，實(shí)現(xiàn)了心音信號(hào)的記錄、保存、重放、波形顯示、頻譜分析等功能。
文檔編號(hào)A61B7/00GK201755235SQ200920307220
公開(kāi)日2011年3月9日 申請(qǐng)日期2009年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月31日
發(fā)明者韓君 申請(qǐng)人:深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院