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基于虚拟仪器的肺音分析系统的设计与实现

作 者: 吴健
导 师: 成谢锋
学 校: 南京邮电大学
专 业: 电路与系统
关键词: 虚拟仪器 肺音 信号采集 去噪 信号分析
分类号: TP274
类 型: 硕士论文
年 份: 2012年
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内容摘要


虚拟仪器技术是从二十世纪末发展起来的一种高级测控技术,它充分地将计算机图形界面和强大的软硬件技术与仪器仪表相融合,已广泛运用到各个领域。肺音是人体内一种特殊的生理信号,反应了人体呼吸系统的特征。肺音信号的研究在临床医学和教学中具有重要的意义。因此,设计出一个基于虚拟仪器的肺音分析系统具有重大的意义,将成为肺音研究领域又一重要成果。本系统选用主流的LabVIEW软件为平台,开发了一个以肺音信号采集模块、去噪模块、分析模块为主体的虚拟仪器。肺音信号的采集主要以压电传感器和计算机声卡为硬件,在LabVIEW前面板上配置好采样率等配置参数,即可进行信号的采集。肺音去噪模块是本设计的一个特色模块。肺音信号的主要频率集中在10-250Hz,那么心音等其它生理信号与肺音信号有很大的重叠部分,特别是心音信号在150Hz以下部分对肺音信号产生重大干扰,因此如何去除心音等高频信号而不影响到肺音的主要成分是一个重大难题。本模块提出了一种改进的去除心音的方法,该方法使用小波逼近系数的多尺度乘积来检测原始肺音中混合的心音,一旦心音成分被识别,将从每一级的小波系数中去除心音,并且使用ARMA模型来估算去除部分的数据,以补偿去除心音所产生的局部缝隙。最终实现从肺音中去除心音而并没有影响到原始肺音的主要成分。最后,与Matlab结合,开发出了肺音信号的分析模块,包括FFT功率谱和频谱分析、小波分析、Wigner-Ville分析。可根据分析结果来判断和研究各种类型的病态肺音信号。通过一系列的实验结果可以看出,该系统能够采集到良好的肺音信号,有效的去除心音等杂音的干扰,并对肺音信号进行多种分析,总体效果良好,达到预期目标。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
第一章 绪论  8-13
  1.1 虚拟仪器肺音的国内外研究发展现状  8-9
    1.1.1 国外研究状况  8-9
    1.1.2 国内研究状况  9
  1.2 本课题的研究意义  9-10
  1.3 论文结构及所完成的工作  10-12
  1.4 本章小结  12-13
第二章 虚拟仪器技术与肺音  13-23
  2.1 虚拟仪器技术简介  13-20
    2.1.1 虚拟仪器产生背景及基本概念  13
    2.1.2 虚拟仪器系统结构及特点  13-16
    2.1.3 LabVIEW 简介  16-17
    2.1.4 LabVIEW 创建虚拟仪器的基本过程  17-18
    2.1.5 LabVIEW 与Matlab 混合编程  18-19
    2.1.6 子VI 的创建与使用  19-20
  2.2 肺与肺音简介  20-22
    2.2.1 肺的结构与作用机制  20
    2.2.2 肺音的产生机理及分类  20-22
  2.3 本章小结  22-23
第三章 肺音信号采集模块的设计与实现  23-29
  3.1 系统的软硬件架构  23-25
    3.1.1 软件部分  23-24
    3.1.2 硬件部分  24-25
  3.2 肺音信号的采集  25-26
  3.3 VI 的实现  26-28
  3.4 本章小结  28-29
第四章 肺音信号去噪模块的设计与实现  29-45
  4.1 研究目的  29
  4.2 消除心音干扰方法的比较  29-32
  4.3 采取的方法  32-37
    4.3.1 小波变换与小波多尺度乘积  32-34
    4.3.2 心音检测与去除  34
    4.3.3 线性预估模块  34-37
  4.4 VI 的实现  37-41
    4.4.1 系统结构图  37
    4.4.2 心音检测部分  37-39
    4.4.3 心音去除部分  39-40
    4.4.4 建模与预估  40-41
  4.5 仿真结果  41-44
    4.5.1 心音检测与去除  41-42
    4.5.2 预估模块  42-43
    4.5.3 去噪后效果显示  43-44
  4.6 本章小结  44-45
第五章 肺音信号分析模块的设计与实现  45-54
  5.1 肺音信号的FFT 分析  45-47
    5.1.1 FFT 分析理论  45-46
    5.1.2 VI 的实现  46-47
  5.2 肺音信号的小波分析  47-50
    5.2.1 小波分析理论  47-49
    5.2.2 VI 的实现  49-50
  5.3 肺音信号Wigner-Ville 分布  50-53
    5.3.1 Wigner-Ville 分布理论  50-51
    5.3.2 VI 的实现  51-53
  5.4 本章小结  53-54
第六章 总结与展望  54-56
  6.1 论文工作总结  54-55
  6.2 未来研究展望  55-56
致谢  56-57
参考文献  57-60
研究生期间作者的研究成果  60

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 数据处理、数据处理系统
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