一种心音信号发生器的实现方法
专利名称：一种心音信号发生器的实现方法
技术领域：
本发明涉及ー种心音信号的实现方法。尤其是一种采用LabVIEW(实验室虚拟仪器工程工作台)与Matlab (矩阵实验室数学计算软件)混合编程技术设计出的ー种心音信号发生器的实现方法。
背景技术：
心音是人体内非常重要的ー种生理信号。心脏听诊是心脏疾病的重要手段，是医学教学的重点，但也是难点。以往心脏听诊主要在病床旁进行，寻找典型的心音使老师感到困难，众多学生围在患者周围，不仅给患者带来不便，而且听诊效果很差，学生普遍感到心脏听诊十分难学。基于虚拟仪器技木，采用LabVIEW与Matlab混合编程的技术方式，本发明设计出一款可产生、播放出模拟心音的心音信号发生器。它实现了根据用户设置的參数自动产生心音和播放心音的功能，不管从视觉上还是听觉上，时域上还是频域上，产生的心音都与实际心音相似。有了心音信号发生器，老师教学时就不需要再去费时费カ地找特殊心音，学生也可以拿来自学使用，方便快捷。另外，此心音发生器产生的各种模拟心音可以保存下来然，为心音的教学和研究提供了一种行之有效的工具。
发明内容
技术问题基于虚拟仪器技术，采用LabVIEW与Matlab混合编程的技术方式，本发明设计出ー种心音信号的实现方法。由于人体的心音是低频信号，含多种成分，且有杂音，每个人的心音都不尽相同。 那么关键问题就是如何利用LabVIEW模拟出可调节的心音，来满足对不心音信号的分析需求。技术方案本发明是基于LabVIEW的ー种心音信号的实现方法，主要硬件平台为计算机，软件平台为NI公司的LabVIEW及Matlab。心音信号发生器的实现方法是首先将ー个周期的标准心音信号分解为第一心音S1、第二心音ら、第三心音ら、 第四心音&、心音间隔时间Δ txy，噪音％六个部分，然后提取这六个部分的相关參数并构成 ー套标准模板，该模板可表示为
TST(f) = > ,(CllS1 ( }) + At 12 +^^2:^2(1^ ノ + At23 +c3ls3(f3) +At34 +c4ls4(f4) +At41 +cNlsN)其中η、f2、f3、f3分别是第一心音S1、第二心音S2、第三心音S3、第四心音S4所对应的频率參数，Δ t12是第一心音S1与第二心音S2之间的时间间隔，Δ t23是第二心音S2 与第三心音ら之间的时间间隔，Δ t34是第三心音ら与第四心音ち之间的时间间隔，Δ t41 分別第四心音S4与第一心音S1之间的时间间隔，Cli、C2i、C3i、C4i、CNi分别是第一心音S1、第二心音ら、第三心音ら、第四心音、和噪音％所对应的幅值參数，T是重复ー个周期心音所用的采样数据总数。使用吋，根据用户的需求调整相关參数，对应改变标准模板为用户模板，构造出用户所需的心音信号。不论是正常心音还是病态异常心音都可以作为标准心音信号来进行处理。有益效果由于把心音信号进行了分段处理，每个參数的变化都很容易分别实现控制，而且此模板为线性模式，在此模板的基础上根据參数的变化来调整各个部分，不用担心信号成分不对或者听起来不像实际心音，该方案实现简単，參数调整容易，而且很逼真。
图1是各种信号的波形图，图2是信号发生器部分的流程示意图。
具体实施例方式由于心音采样信号中S3和S4都比较微弱，一般不会听到和看到，为方便原理的阐述，这里只考虑包含S1、S2和噪音(外部环境和硬件工作时产生的)的心音信号，但是添加 S3、S4和心杂音的原理是与Sl和S2 —样的。首先从心音采样信号中选择ー个周期的心音信号作为标准心音信号，如附图1(a) 所示，并从中分段选出Sl部分作为信号发生器的第一心音的基准，如附图1(b)所示，取S2 部分作为心音信号发生器的第二心音的基准，如附图1(c)所示，取Sl到S2区间内的点作为心音信号发生器噪音的基准，如附图1(d)所示。根据这三部分的分段信号可构建ー套心音信号标准模板
TSt (f) = ニ (C11S1 (fj) + At12 + C21S2 (f2) + Δ
21 +CNiSN)然后就可以根据用户的參数要求来构建心音信号的用户模板了。Si、S2和噪音Sn的強度通过分别调整cn、c2i, cNi的大小来确定，心音间隔宽度可以由Δ t12、At21乘以采样频率计算得到；至于频率參数fl、f2，其实质是确定Sl和S2的宽度，可以通过改变Sl和S2信号段的缩放系数，即分别调用LabVIEW中的伸展函数extend () 或者收缩函数shrinkO来实现。心音重复周期即心跳频率可以通过调整心音间隔Δ t12、 At21来实现。因为S1、S2的宽度已经确定下来不能更改了。心音信号发生器的信号发生和心音播放的程序框图是分开设计的，信号发生器部分的流程如附图2所示。信号发生部分使用“ Matlab脚本”节点完成心音的分段截取，然后根据用户參数设置调用extend或者shrink子VI实现各个分段的伸縮，使用“数组插入”节点把各个部分融合在一起，最后用“ for循环”节点对融合后的ー个周期进行拓展，把拓展后的信号输送给显示器并保存为临时文件为播放部分使用。在心音播放部分，用“播放声音文件”节点打开临时文件进行播放，为实现播放过程中能够随时停止，把“停止声音输出播放”节点放置在ー个while循环中实时监控，如果心音文件播放完毕或者“ STOP”控件按下即停止声音的播放，最后用“声音输出清零”节点清空缓存。
由于把心音信号进行了分段处理，每个參数的变化都很容易分別实现控制，而且此模板为线性模式，在此模板的基础上根据參数的变化来调整各个部分，不用担心信号成分不对或者听起来不像实际心音，该方案实现简単，參数调整容易，而且很逼真。它实现了根据用户设置的參数自动产生心音和播放心音的功能，不管从视觉上还是听觉上，时域上还是频域上，产生的心音都与实际心音相似。
权利要求
1. ー种心音信号的实现方法，其特征在干，首先将ー个周期的标准心音信号分解为第一心音S1、第二心音ら、第三心音ら、第四心音ち、心音间隔时间Δ txy，噪音％六个部分，然后提取这六个部分的相关參数并构成ー套标准模板，该模板可表示为
全文摘要
本发明给出一种心音信号发生器的实现方法，首先将一个周期的标准心音信号分解为第一心音s1、第二心音s2、第三心音s3、第四心音s4、心音间隔时间△txy，噪音sN六个部分，然后提取这六个部分的相关参数并构成一套标准模板；使用时，根据用户的需求调整相关参数，对应改变标准模板为用户模板，构造出用户所需的心音信号。不论是正常心音还是病态异常心音都可以作为标准心音信号来进行处理。由于把心音信号进行了分段处理，每个参数的变化都很容易分别实现控制，而且此模板为线性模式，在此模板的基础上根据参数的变化来调整各个部分，不用担心信号成分不对或者听起来不像实际心音，该方案实现简单，参数调整容易，而且很逼真。
文档编号G09B9/00GK102542864SQ20111035099
公开日2012年7月4日 申请日期2011年11月9日 优先权日2011年11月9日
发明者何树洋, 吴健, 成谢锋, 葛彦平, 陶冶薇, 黄艳红 申请人:南京邮电大学
技术领域：
本发明涉及ー种心音信号的实现方法。尤其是一种采用LabVIEW(实验室虚拟仪器工程工作台)与Matlab (矩阵实验室数学计算软件)混合编程技术设计出的ー种心音信号发生器的实现方法。
背景技术：
心音是人体内非常重要的ー种生理信号。心脏听诊是心脏疾病的重要手段，是医学教学的重点，但也是难点。以往心脏听诊主要在病床旁进行，寻找典型的心音使老师感到困难，众多学生围在患者周围，不仅给患者带来不便，而且听诊效果很差，学生普遍感到心脏听诊十分难学。基于虚拟仪器技木，采用LabVIEW与Matlab混合编程的技术方式，本发明设计出一款可产生、播放出模拟心音的心音信号发生器。它实现了根据用户设置的參数自动产生心音和播放心音的功能，不管从视觉上还是听觉上，时域上还是频域上，产生的心音都与实际心音相似。有了心音信号发生器，老师教学时就不需要再去费时费カ地找特殊心音，学生也可以拿来自学使用，方便快捷。另外，此心音发生器产生的各种模拟心音可以保存下来然，为心音的教学和研究提供了一种行之有效的工具。
发明内容
技术问题基于虚拟仪器技术，采用LabVIEW与Matlab混合编程的技术方式，本发明设计出ー种心音信号的实现方法。由于人体的心音是低频信号，含多种成分，且有杂音，每个人的心音都不尽相同。 那么关键问题就是如何利用LabVIEW模拟出可调节的心音，来满足对不心音信号的分析需求。技术方案本发明是基于LabVIEW的ー种心音信号的实现方法，主要硬件平台为计算机，软件平台为NI公司的LabVIEW及Matlab。心音信号发生器的实现方法是首先将ー个周期的标准心音信号分解为第一心音S1、第二心音ら、第三心音ら、 第四心音&、心音间隔时间Δ txy，噪音％六个部分，然后提取这六个部分的相关參数并构成 ー套标准模板，该模板可表示为
TST(f) = > ,(CllS1 ( }) + At 12 +^^2:^2(1^ ノ + At23 +c3ls3(f3) +At34 +c4ls4(f4) +At41 +cNlsN)其中η、f2、f3、f3分别是第一心音S1、第二心音S2、第三心音S3、第四心音S4所对应的频率參数，Δ t12是第一心音S1与第二心音S2之间的时间间隔，Δ t23是第二心音S2 与第三心音ら之间的时间间隔，Δ t34是第三心音ら与第四心音ち之间的时间间隔，Δ t41 分別第四心音S4与第一心音S1之间的时间间隔，Cli、C2i、C3i、C4i、CNi分别是第一心音S1、第二心音ら、第三心音ら、第四心音、和噪音％所对应的幅值參数，T是重复ー个周期心音所用的采样数据总数。使用吋，根据用户的需求调整相关參数，对应改变标准模板为用户模板，构造出用户所需的心音信号。不论是正常心音还是病态异常心音都可以作为标准心音信号来进行处理。有益效果由于把心音信号进行了分段处理，每个參数的变化都很容易分别实现控制，而且此模板为线性模式，在此模板的基础上根据參数的变化来调整各个部分，不用担心信号成分不对或者听起来不像实际心音，该方案实现简単，參数调整容易，而且很逼真。
图1是各种信号的波形图，图2是信号发生器部分的流程示意图。
具体实施例方式由于心音采样信号中S3和S4都比较微弱，一般不会听到和看到，为方便原理的阐述，这里只考虑包含S1、S2和噪音(外部环境和硬件工作时产生的)的心音信号，但是添加 S3、S4和心杂音的原理是与Sl和S2 —样的。首先从心音采样信号中选择ー个周期的心音信号作为标准心音信号，如附图1(a) 所示，并从中分段选出Sl部分作为信号发生器的第一心音的基准，如附图1(b)所示，取S2 部分作为心音信号发生器的第二心音的基准，如附图1(c)所示，取Sl到S2区间内的点作为心音信号发生器噪音的基准，如附图1(d)所示。根据这三部分的分段信号可构建ー套心音信号标准模板
TSt (f) = ニ (C11S1 (fj) + At12 + C21S2 (f2) + Δ
21 +CNiSN)然后就可以根据用户的參数要求来构建心音信号的用户模板了。Si、S2和噪音Sn的強度通过分别调整cn、c2i, cNi的大小来确定，心音间隔宽度可以由Δ t12、At21乘以采样频率计算得到；至于频率參数fl、f2，其实质是确定Sl和S2的宽度，可以通过改变Sl和S2信号段的缩放系数，即分别调用LabVIEW中的伸展函数extend () 或者收缩函数shrinkO来实现。心音重复周期即心跳频率可以通过调整心音间隔Δ t12、 At21来实现。因为S1、S2的宽度已经确定下来不能更改了。心音信号发生器的信号发生和心音播放的程序框图是分开设计的，信号发生器部分的流程如附图2所示。信号发生部分使用“ Matlab脚本”节点完成心音的分段截取，然后根据用户參数设置调用extend或者shrink子VI实现各个分段的伸縮，使用“数组插入”节点把各个部分融合在一起，最后用“ for循环”节点对融合后的ー个周期进行拓展，把拓展后的信号输送给显示器并保存为临时文件为播放部分使用。在心音播放部分，用“播放声音文件”节点打开临时文件进行播放，为实现播放过程中能够随时停止，把“停止声音输出播放”节点放置在ー个while循环中实时监控，如果心音文件播放完毕或者“ STOP”控件按下即停止声音的播放，最后用“声音输出清零”节点清空缓存。
由于把心音信号进行了分段处理，每个參数的变化都很容易分別实现控制，而且此模板为线性模式，在此模板的基础上根据參数的变化来调整各个部分，不用担心信号成分不对或者听起来不像实际心音，该方案实现简単，參数调整容易，而且很逼真。它实现了根据用户设置的參数自动产生心音和播放心音的功能，不管从视觉上还是听觉上，时域上还是频域上，产生的心音都与实际心音相似。
权利要求
1. ー种心音信号的实现方法，其特征在干，首先将ー个周期的标准心音信号分解为第一心音S1、第二心音ら、第三心音ら、第四心音ち、心音间隔时间Δ txy，噪音％六个部分，然后提取这六个部分的相关參数并构成ー套标准模板，该模板可表示为
全文摘要
本发明给出一种心音信号发生器的实现方法，首先将一个周期的标准心音信号分解为第一心音s1、第二心音s2、第三心音s3、第四心音s4、心音间隔时间△txy，噪音sN六个部分，然后提取这六个部分的相关参数并构成一套标准模板；使用时，根据用户的需求调整相关参数，对应改变标准模板为用户模板，构造出用户所需的心音信号。不论是正常心音还是病态异常心音都可以作为标准心音信号来进行处理。由于把心音信号进行了分段处理，每个参数的变化都很容易分别实现控制，而且此模板为线性模式，在此模板的基础上根据参数的变化来调整各个部分，不用担心信号成分不对或者听起来不像实际心音，该方案实现简单，参数调整容易，而且很逼真。
文档编号G09B9/00GK102542864SQ20111035099
公开日2012年7月4日 申请日期2011年11月9日 优先权日2011年11月9日
发明者何树洋, 吴健, 成谢锋, 葛彦平, 陶冶薇, 黄艳红 申请人:南京邮电大学
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