基于LabVIEW2011利用JTFA對心音信號分析

韋 哲,辛 邁李亞林,陸陳洲,潘 丁

（1.蘭州軍區蘭州總醫院，甘肅蘭州，730050；2.蘭州理工大學電信學院，甘肅蘭州，730050；3.蘭州理工大學外國語學院，甘肅蘭州，730050；4.解放軍94804部隊，上海，200000）

0 引言

聯合時頻分析（JTFA--Joint Time-Frequency Analysis）是一類具有廣泛應用的技術，在信號處理，地質分析，水聲勘測和生理數據分析中的應用優勢明顯，是對非平穩信號分析的有效方法，因此能夠用于對病理心音的分析。

該方法從時頻域同時分析非平穩信號得到的信息與非平穩信號一階或高階統計量隨時間變化的基本特征相吻合，從而可以有效提取非平穩信號參數的時變特征，對于心音信號這樣的復雜信號的分析，引用該方法的先進意義正在于此。

基于對信號特征的了解和認知，在本文中擬選用：STFT(短時傅里葉變換)方法；Gabor變換法；WVD(Wigner-Ville Distribution) 方法 ；CSD（Cone-Shaped Distribution）方法。利用LabVIEW2011高級開發工具包進行程序設計，將這些方法應用于對心音信號的分析當中，以起到簡化分析操作的目的。

1 基于JTFA的心音信號分析系統的構建

在之前的實驗中已實現對于心音信號的無線采集以及對于心音信號的三類（時變，CWT,DWT）濾波功能，以此設備作為采集器和前期信號處理器，通過LabVIEW2011高級程序工具包編程，實現基于STFT、Gabor變換、WVD、CSD這4類方法構成JTFA分析的功能。

按照設計構想，將所提到的各類方法在同一個VI中集體實現，所得到的處理圖將在之后的論述中展示。

2 分析應用

本文所論述的JTFA方法一共選用了引言中所提到的4種方法,以下將一一描述。

2.1 利用STFT方法實現對于心音信號的分析

圖1.利用STFT方法實現對于心音的分析

圖1所顯示的是利用STFT分析方法處理后的正常心音信號（上）和患有肺動脈瓣狹窄癥的心音信號（下）的對比。

肺動脈瓣狹窄癥的病理聽診特征：可聞噴射性吹風樣收縮期雜音，向左頸部或左鎖骨下區傳導，雜音最響亮處可觸及收縮期震顫，圖示也與之吻合，顯示了這類方法的臨床應用價值。

2.2 利用Gabor方法實現對于心音信號的分析

圖2.利用Gabor方法實現對于心音的分析

圖2所顯示的是患有單純性主動脈瓣關閉不全病人的心音（下）與正常心音信號（上），經過Gabor方法處理后強度圖的對比，下圖樣所顯示的高幅值強度圖樣延續時間明顯長于上圖，這是與在病理學上的主動脈關閉不全的特征是吻合的。

2.3 利用WVD方法實現對于心音信號的分析

圖3.利用WVD方法實現對于心音的分析

圖3所顯示的是利用WVD分析方法處理之后的室中隔缺損癥心音信號（下）同正常心音信號（上）的對比。

室間隔缺損的病理學上聽診特征為：收縮期雜音，向心前區傳導，伴收縮期細震顫。若分流量大時，心尖部可有功能性舒張期雜音，肺動脈瓣第二音亢進及分裂。通過對比，可見下圖所顯示特征是與病理特征相符的。

2.4 利用CSD方法實現對于心音信號的分析

圖4.利用CSD方法實現對于心音的分析

圖4所顯示的是患心房顫動者心音（下）與正常心音（上），經過CSD方法處理后的對比圖樣。

心房顫動的病理特征是心率快且不齊，這也在下方圖樣中能夠得到明顯的顯示，證明了該方法的準確性。

3 結束語

以上有關病理數據來源于蘭州軍區蘭州總醫院干二科的病人。

在實踐應用中，該方法顯示出了它自身的優越性，它能夠靈活的對于各類病癥進行具體子方法的選用，力圖通過多方法的佐證,以幫助醫生對于有關疾病進行確證。

實踐應用證明：該系統能實現基于JTFA對心音信號分析，在心音相關心臟病癥判定方面準確性好；同時，由于該系統的參數能靈活設定，就使得該設備應用起來更為方便，適用性強。

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