基于嵌入式系统的便携式心音分析仪的研究

　　1　引　　言

　　心血管疾病[1]是威胁人类生命健康的三大杀手之一。但目前对心血管病的临床监测和病理分析普遍存在着动态心电和心音图检查相分离、两者不能同步采集数据、数据传输速度慢、体积大、不易携带等问题,给心脏疾病的准确诊断和寻找心血管病的机理带来一定困难。因此,加速对心血管病临床监测和病理分析新型动态仪器的研发已成为国内外的研究热点之一。本文设计了一种基于嵌入式计算机的便携式心音分析仪器,该系统具有无创、低价、便携等特点,能够实现实时监护和对一般与心脏有关的疾病的辅助诊断。

　　2　系统硬件的实现

　　本系统的硬件主要由模拟和数字2部分组成。如图1所示,模拟部分包括前置放大、低通滤波、高通滤波和主放大。心音传感器为自行研究,由听诊器探头、导管和驻极体话筒[2]组成。由于从人体上听到的不仅有心音还有其他杂音,所以在本系统中采用16位的∑2△音频A/D,它采用过采样技术和∑2△调制技术,可以提高系统的信噪比,并减少噪声。由于音频A/D的IIS特殊接口,用单片机产生其需要的时序很困难,所以采用擅长控制与时序发生的CPLD来产生音频A/D的时序。C8051F020以中断的形式接收CPLD传送过来的数据。心电数据采用　　C8051F020自带的12位A/D进行转换。该系统采用USB供电,减小了系统体积。

　　本系统选用研华生产的PCM25825嵌入式计算机,　它属于PC2104总线中的一种嵌入式计算机,板载586级NS GX12300处理器,其他功能包括VGA/LCD、音频、CompactFlash卡接口,10/100Mbps以太网接口及USB接口。在PCM25825中安装W indows98系统,通过网络将应用程序下载到PCM25825,然后安装应用程序就可以执行双通道波形的显示。同时,由于心音数据可转换成Wav的音频格式,在显示波形时可以通过嵌入式系统的声卡播放,这种功能在心音教学上特别有用。

　　3　心音信号处理软件

　　本研究利用虚拟仪器[3]开发心音信号的采集和分析系统,包括心音及同步心电信号采集,解决了心音信号定位难、杂音多而不好识别等困难;采用隔点显示法解决了因采样率过高、数据刷新缓慢导致系统实时性差的问题;采用了数字滤波和小波去噪的方法对心音信号中的杂音进行预处理,取得了良好的效果;用归一化香农能量图和三维动态谱进行频谱分析,获取了心音信号的时频特征,便于临床人员对心脏瓣膜疾病进行辅助诊断。

　　3.1　心音采集模块

　　本文研究的心音信号分析系统实行心音及同步心电信号双通道采集。心音采样频率为8 000 Hz,心电信号的采样频率为400Hz,利用基于虚拟仪器的VISA编程来实现串口通讯,通讯过程采用自定义的通信协议保证通讯安全。在心音数据的采集过程中最重要的一个问题是保证数据的实时性。由于采样率过高,数据的刷新显示很耗资源,本系统采用隔点显示法,实验证明这对提高系统的实时性有着很大的帮助。