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多功能心肺音检测装置的研制

陈刚  
【摘要】:与心脏相关的疾病是严重威胁全世界人民身体健康和生命安全的主要疾病。听诊技术是临床上诊断心脏类疾病的一种最简单且直接的有效方法,它具有心电图、超声等设备无法替代的优势。听诊器操作简单,设备价格便宜,是医师们经常用的一种诊断方法。心音听诊最大的优势在于一些心脏类疾病未发生病理改变之前,就可以从心音中听到一些杂音。但是传统听诊在诊断的时候对周围环境和医生的经验要求较高,而且传统听诊不能实现病人病理信号的再回放、比对,从而阻碍了听诊技术在医学上的深入应用。目前在国内,虽然有许多研究者进行了数字听诊技术的研究,但是技术尚不成熟,市场上也没有完整的产品。因此,本文提出研制一款便于携带、功能多样的数字听诊装置。本文主要根据心音信号的产生机理,以及心音信号对应的心脏活动过程,研制了一款多功能心肺音检测装置及应用系统,同时实现了心电信号的同步检测。主要工作包括硬件平台的搭建、软件设计和心音信号的分段分割算法。硬件部分主要是对系统关键部件选型和电路设计,本文采用的是精量电子的压电薄膜传感器实现对心音信号的采集,心电信号的检测采用的是德州仪器的模拟前端,CPU选用的是STM32F103RCT6;软件部分主要是实现了底层驱动软件设计和PC机软件设计,底层驱动软件设计主要完成了各个硬件子模块的驱动、信号采样以及对信号进行打包传输;PC机软件设计实现了对数据进行接收、存储、回放、录音等多项功能;算法部分主要是完成对心音信号的滤波处理,对心音信号进行分段和特征参数计算,完成了部分异常心音和正常心音的分类;本文对正常心音的S1、S2的起止点正确检测率可以达到97.69%,对异常心音的正确检测率基本达到87.9%以上。本文共采集100例临床数据,并对其分类进行深入研究,利用所设计的软件实现对心音信号在时域、频域分析,以及自动和手动完成了心音信号的特征点标注。本文还结合近年来远程医疗的发展,实现了无线数据传输功能,实现了软件对病人的数据管理和分析。此外,本文完成了对硬件系统功能测试和系统验证,经过试验测试本文硬件系统各模块的供电电压误差均小于5%,功耗测试误差小于3%,测试结果达到硬件设计要求。另外,对30例正常人和具有心血管疾病患者的120个心动周期的心音信号进行比较,发现正常心音信号异常心音信号两组数据在S1、S2、心室舒张期的持续时间上存在显著性差异,为心脏疾病的临床诊断提供了有效参考。同时在论文的最后指出本系统所存在的不足和改进方向,以及对听诊技术的自动疾病诊断的未来展望。


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