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《西华大学》 2017年
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基于PSoC的心音采集及分析系统

游菡萏  
【摘要】:统计数据显示心血管疾病死亡率占城乡居民总死亡原因的首位,且随着日趋严重的人口老龄化现状及城镇化进程的加速,心血管病患病人数必将持续快速增长,心血管疾病的防治已成为社会关注的热点问题。心血管疾病普查是一种行之有效的手段,心血管疾病主要包括先天性心脏病、风湿性心脏病、心律不齐、心力衰竭、冠心病等,普查中常见的有风湿性心脏病、心律不齐、心力衰竭,最常用的普查方法是心音听诊,心杂音和心音畸变是心血管疾病早期检测的重要诊断信息,而心力衰竭可通过定期心功能指标检测进行预防。但局限于地区环境、医疗条件,对医疗诊断器械的准确性、实时性、便携性等方面提出更高的需求。由于PSoC(Programmable System on Chip)将一般设计所需的模拟可编程电路、数字可编程电路、CPU和外围设备集成在单一芯片上,具有高集成度、体积小的特点。所以,本文设计了一套基于PSoC的心音采集及分析系统。该系统包括心音采集板和分析软件两部分,本文对采集板的硬件、软件设计和上位机心音分析软件设计进行了详细介绍,实现了心音信号的采集、预处理、播放、无线传输、实时波形显示及自动分析等功能。自动分析结果中,给出了心音正/异常初步判定结果、心率、第一与二心音幅值之比S1/S2、收缩期与舒张期时限之比D/S,为综合评估心功能状态提供一定的参考。为完成以上目标,本文从以下几个方面展开研究:(1)心音信号相关的基本知识。从医学角度,了解心音信号的产生、基本特征、心脏听诊及应用,对比已有采集和分析方法,给出本课题研究的必要性。(2)根据需求进行系统的方案设计。包括心音采集板和心音分析软件两部分,为后续具体设计提供依据。(3)心音采集板软、硬件设计。首先,给出以PSoC芯片为核心的采集板硬件设计,主要包括心音传感器、自举放大电路、滤波电路、音频功放模块、A/D转换、蓝牙无线通信模块、电源模块等设计;其次,详细介绍了各个模块所用器件及电路结构,给出了以PSoC Creator 3.1为开发环境的各模块硬件配置和软件设计,其中,软件设计主要介绍了主程序、A/D数据采集程序、软件数字滤波程序、触摸键检测程序、数据传输程序的设计流程。(4)心音分析软件设计。首先,阐述软件的工作流程及基本功能;其次,依次介绍数据接收模块、波形显示模块、存储模块的实现;最后,介绍了心音算法并给出了基于MATLAB与VC++混编的自动分析模块的实现。(5)系统综合测试。结合心音采集板和分析软件,给出采集板软、硬件测试结果,以及心音分析软件测试结果。(6)临床有效性验证。临床采集了大学生心音62例,心脏病患者心音12例。分析结果和相应的临床心音采集者的身体素质和心脏状况相匹配,验证了系统的可行性和有效性。通过以上几个方面的研究,实现了心音采集、播放、传输、显示和分析功能。该系统运用PSoC技术在单一芯片上设计模拟、数字和微控制电路,减少了硬件开发成本。利用蓝牙串口通信,使该系统的使用更为方便。使用VC++与MATLAB混合编程的方法实现心音分析减少了软件开发成本,提供了一种将心音算法研究从理论仿真到工程化应用的有效方法。临床测试验证了系统的可靠性和实用性,对偏远地区心血管医疗保健和家庭护理有一定的实用价值。
【学位授予单位】:西华大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:R540.4;TP274.2

【参考文献】
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