基于MATLAB的心音信号的采集和分析-(2)

本本科科毕毕业业论论文文题目基于MATLAB的心音信号的采集和分析专业作者姓名学号单位指导教师2015年5月教务处编聊城大学本科毕业论文原创性声明本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师指导下，独立进行研究取得的成果。除文中已经引用的内容外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得聊城大学或其他教育机构的学位证书而使用过的材料。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均在文中以明确的方式表明。本人承担本声明的相应责任。学位论文作者签名：日期：指导教师签名:日期：聊城大学本科毕业论文2目录前言.....................................................11.概述..................................................11．1MATLAB的应用背景简介........................................11．2心音信号的基础理论...........................................21．3MATLAB环境采集和分析心音信号的可行性........................32.心音信号的采集与预处理................................52.1心音信号的采集................................................52.2心音信号样本采集图............................................62.3心音信号的预处理..............................................82.3.1时域加窗频域滤波..........................................82.3.2小波软阈值滤波.............................................83.心音信号的分析........................................93.1心音信号的时域分析.............................................93.1.1希尔伯特变化提取包络.......................................93.1.2小波分析求时域分布........................................113.2心音信号的频域分析...........................................123.2.1频域分析.................................................123.2.2小波分解.................................................12结论....................................................13参考文献................................................15附录.................................................16代码1FFT变换...................................................16聊城大学本科毕业论文3代码2SFFT变换...................................................16代码3小波分解及软阈值滤波......................................16致谢....................................................18聊城大学本科毕业论文4摘要随着现代物质生活水平的提高，心血管疾病的死亡率居于各类疾病死亡率之首，严重威胁着人们的身体健康，心音信号的采集和处理是心血管疾病无创诊断的基础和前提。本文提出了采用基于MATLAB软件的心音信号的小波去噪的解决方法，首先对MATLAB软件的特点和心音信号的基础理论进行了简要的介绍，从理论和MATLAB仿真两方面进行了分析，然后介绍了在对心音信号进行A／D转换之前对信号进行预处理的必要性，并提出一种基于希尔伯特变换的心音包络提取方法。最后通过对心音信号在时域和频域上的分析，利用小波去噪的方法滤除了信号的噪声，最终达到了预期的效果，对某些心血管疾病的发生和防治具有十分重要的意义。关键词:MATLAB；心音信号；滤波；时域；频域聊城大学本科毕业论文5AbstractWiththeimprovementofmodernmateriallifelevel.Themortalityinallkindsofdiseasemortalityofcardiovasculardisease.Cardiovasculardiseaseseriousthreattopeople'shealth.Heartsoundsignalacquisitionandprocessingisthepreconditionandfoundationofnoninvasivediagnosisofcardiovasculardisease.AnanalysismethodisproposedforthewaveletdenoiseofheartsoundsignalsbasedonMATLABsoftwareinthispaper.Inthispaper,wegiveabriefintroductionofthecharacteristicsoftheMATLABsoftwareandthebasictheoryofheartsoundsignal.ThisthesisanalyzestwoaspectsboththetheoryandMATLABsimulation.AndthenintroducedthenecessityofsignalpreprocessingbeforetheheartsoundsignalA/Dconversion.ThisstudyputforwardaheartsoundenvelopedetectionmethodbasedontheHilberttransform.Theresultsweobtainedisthatthenoiseofthesignalisfilteredusingthemethodofwaveletdenoisingthroughtotheheartsoundsignalintimeandfrequencydomainanalysis.Theresultachievedanticipatesresult.Ithasimportantsignificanceinoccurrenceandpreventioninpatientswithcardiovasculardisease.Keywords：MATLAB;Heartsoundsignals；Thefilter；Thetimedomain；Frequencydomain聊城大学本科毕业论文1基于MATLAB的心音信号的采集和分析前言听诊器自1816年诞生以来，便在心脏病学的历史中起到了非常重要的作用。迄今为止，听诊器仍然是心脏检查的基本工具。然而，传统的听诊器不仅对医生的要求很高而且有一个很严重的缺点是不能储备心音听诊的大量病例资料，心音信号是一种重要的生理信号，含有关于心脏各个部分如心房、心室、心血管、大血管及各个瓣膜功能状态的大量病理信息，是心脏及大血管机械运动状况的反映，也是评估心脏功能状态的一种基本方法，具有非线性、非平稳的特点。对诊断心血管疾病具有重要的临床应用价值，而且无论图像技术发展到如何水平，听诊始终是心脏疾病检测的重要一环。到目前为止，在国内，心音信号采集和分析系统仍相当不成熟，基本上是停留在理论研究的水平，少有实用意义上的心音信号分析诊断方面的电子医疗产品。心音来自于人体的内部，由于呼吸情况、病人移动、心尖搏动以及其他环境因素极易引起噪声，舒张期或收缩期存在杂音，而且心音信号本身比较微弱，导致心音信号不容易被模仿或复制，从而心音信号有很强的独特性，若个体不同则心音信号的表现形式则不同。同时，微弱的心音信号通过电子线路放大、滤波等预处理后可以清晰而重复的描述心音的适时相应长度，可以产生平直的频率响应。将采集到的心音信号预处理后转换为电信号并进行显示、分析和存储能够反映心脏和心血管等的生理和病理信息，对有关心脏疾病和心血管疾病的诊断具有重要的诊断价值，是评估一个人心脏功能情况的重要依据[1]。1.概述1．1MATLAB的应用背景简介MATLAB是美国MathWorks公司于1984年开发的，它是一个为科学研究和工程计算而专门设计的高级交互式运行环境，目前已经成为国际上最流行、应用最广泛的一种应用于科学与工程运算的高效软件。MATLAB是matrixandlaboratory聊城大学本科毕业论文2两个词的组合，意为矩阵工厂（矩阵实验室）,在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言（如C、Fortran）的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。MATLAB集矩阵运算、数值分析、图形图像显示和仿真于一体，被广泛应用于电子信息处理、自动控制、数学运算、计算机技术、图形图像处理、语音图像处理、语音处理和汽车工业等领域，含有丰富的函数库和数据库，既能实现一般的数学运算和分析、又能实现系统仿真、信号处理图像处理等功能[2]。MATLAB软件具有如下特点：（1）具有超强的数值计算功能。在MATLAB环境中，一个复杂的问题只用几条简单的指令就可以解决，具有超过50种的数学、统计、科学及工程方面的函数可供使用，用户便不必在电脑编程上浪费太多时间。（2）具有强大的数据可视化功能。MATLAB的图形功能可以使用户可以进行视觉数据处理和分析，来制作高质量的图形。（3）构架的可延拓特性强。开放性使MATLAB广受用户欢迎，除内部函数外，所有MATLAB主包文件和各种工具包都是可读可修改的文件，用户通过对源程序的修改或加入自己编写程序构造新的专用工具包。（4）内嵌的simulink是MATLAB重要的组件，简单易用，不需编写大量的程序代码，便可实现对复杂系统的交互式动态建模、仿真及综合分析。（5）具有丰富的工具箱。由于MATLAB的开放性，很多领域的专家都为MATLAB编写了各种程序工具箱，这使得使用MATLAB的用户不必花大量的时间编写程序，而是直接调用这些程序，为用户节省了大量的时间和精力，达到事半功倍的效果。1．2心音信号的基础理论心音信号是指在心动周期中，心肌收缩、心脏瓣膜启闭，心室壁、大动脉瓣等被血流冲撞，引起机械振动发出的声音。产生的声音信号通过周围组织传导到胸壁，用耳朵或听诊器可以在胸壁听到，同样也可以用电子仪器记录下来（心音图）。可分为第一心音（S1），第二心音（S2）。（正常情况下均可听到）。第三心音(S3）（通常仅在儿童及青少年可听到)，第四心音（S4正常情况很少听到），从心脏产生的心音经过组织的介导传到胸壁表面，其中以骨传导最好，第一心音和第二心音之间的间隔很小，若被采集者有心杂音，则根本无法区分是杂音还是正常的心音。心音是心脏及心血管系统机械运动状况的反映，其中包含着心脏各个部分本聊城大学本科毕业论文3身及相互之间作用的生理和病理信息。心音信号的识别与分类对心血管系统疾病的诊断具有重要的意义，其准确性、可靠性的好坏决定着诊断与治疗心脏病患者的效果。早期的心音识别与分类是医生根据听诊结果来完成的，显然这一过程具有一定的主观性且可靠性不高。随着信号处理与分析技术的不断发展，对心音的研究也逐步由定性分析进入了定量分析的阶段。心音图将心脏听诊形