基于LabVIEW2011利用JTFA对心音信号分析

韦 哲,辛 迈李亚林,陆陈洲,潘 丁

（1.兰州军区兰州总医院，甘肃兰州，730050；2.兰州理工大学电信学院，甘肃兰州，730050；3.兰州理工大学外国语学院，甘肃兰州，730050；4.解放军94804部队，上海，200000）

0 引言

联合时频分析（JTFA--Joint Time-Frequency Analysis）是一类具有广泛应用的技术，在信号处理，地质分析，水声勘测和生理数据分析中的应用优势明显，是对非平稳信号分析的有效方法，因此能够用于对病理心音的分析。

该方法从时频域同时分析非平稳信号得到的信息与非平稳信号一阶或高阶统计量随时间变化的基本特征相吻合，从而可以有效提取非平稳信号参数的时变特征，对于心音信号这样的复杂信号的分析，引用该方法的先进意义正在于此。

基于对信号特征的了解和认知，在本文中拟选用：STFT(短时傅里叶变换)方法；Gabor变换法；WVD(Wigner-Ville Distribution) 方法 ；CSD（Cone-Shaped Distribution）方法。利用LabVIEW2011高级开发工具包进行程序设计，将这些方法应用于对心音信号的分析当中，以起到简化分析操作的目的。

1 基于JTFA的心音信号分析系统的构建

在之前的实验中已实现对于心音信号的无线采集以及对于心音信号的三类（时变，CWT,DWT）滤波功能，以此设备作为采集器和前期信号处理器，通过LabVIEW2011高级程序工具包编程，实现基于STFT、Gabor变换、WVD、CSD这4类方法构成JTFA分析的功能。

按照设计构想，将所提到的各类方法在同一个VI中集体实现，所得到的处理图将在之后的论述中展示。

2 分析应用

本文所论述的JTFA方法一共选用了引言中所提到的4种方法,以下将一一描述。

2.1 利用STFT方法实现对于心音信号的分析

图1.利用STFT方法实现对于心音的分析

图1所显示的是利用STFT分析方法处理后的正常心音信号（上）和患有肺动脉瓣狭窄症的心音信号（下）的对比。

肺动脉瓣狭窄症的病理听诊特征：可闻喷射性吹风样收缩期杂音，向左颈部或左锁骨下区传导，杂音最响亮处可触及收缩期震颤，图示也与之吻合，显示了这类方法的临床应用价值。

2.2 利用Gabor方法实现对于心音信号的分析

图2.利用Gabor方法实现对于心音的分析

图2所显示的是患有单纯性主动脉瓣关闭不全病人的心音（下）与正常心音信号（上），经过Gabor方法处理后强度图的对比，下图样所显示的高幅值强度图样延续时间明显长于上图，这是与在病理学上的主动脉关闭不全的特征是吻合的。

2.3 利用WVD方法实现对于心音信号的分析

图3.利用WVD方法实现对于心音的分析

图3所显示的是利用WVD分析方法处理之后的室中隔缺损症心音信号（下）同正常心音信号（上）的对比。

室间隔缺损的病理学上听诊特征为：收缩期杂音，向心前区传导，伴收缩期细震颤。若分流量大时，心尖部可有功能性舒张期杂音，肺动脉瓣第二音亢进及分裂。通过对比，可见下图所显示特征是与病理特征相符的。

2.4 利用CSD方法实现对于心音信号的分析

图4.利用CSD方法实现对于心音的分析

图4所显示的是患心房颤动者心音（下）与正常心音（上），经过CSD方法处理后的对比图样。

心房颤动的病理特征是心率快且不齐，这也在下方图样中能够得到明显的显示，证明了该方法的准确性。

3 结束语

以上有关病理数据来源于兰州军区兰州总医院干二科的病人。

在实践应用中，该方法显示出了它自身的优越性，它能够灵活的对于各类病症进行具体子方法的选用，力图通过多方法的佐证,以帮助医生对于有关疾病进行确证。

实践应用证明：该系统能实现基于JTFA对心音信号分析，在心音相关心脏病症判定方面准确性好；同时，由于该系统的参数能灵活设定，就使得该设备应用起来更为方便，适用性强。

[1]王祝文,王晓丽,刘菩华,等.裂缝性地层声波测井的联合时频特征[J].吉林大学学报(地球科学版)，2012.7，42（4）：914-920.

[2]Jufang Chi,Hangyuan Guo,Biao Yang.Lutembacher Syndrome and Rheumatic Pulmonary Stenosis[J]岭南心血管病杂志：英文版,2008,(1):49-50

[3]吕青,刘夏天,等.Real-time Three-Dimensional Color Doppler Flow Imaging： An Improved Technique for Quantitative Analysis of Aortic Regurgitation[J].华中科技大学学报（医学英德文版）,2006，（1）:148-152.

[4]LI Fu-feng,WANG Yi-qin,SUN Ren,XUE Song.Pulse Wave Analysis in Patients with Coronary Heart Disease Based on Hilbert-Huang Transformation and Time-domain[J].中国生物医学工程学报（英文版）,2013，（2）: 47-54.

[5]ZHANG Cao-jin,HUANG Yi-gao,HUANG Xin-sheng.Acute left ventricular failure after transcatheter closure of a secundum atrial septal defect in a patient with hypertrophic cardiomyopathy[J].中华医学杂志(英文版),2011,（4）: 618-621.

[6]Roberto A.Franken Ronaldo,F.Rosa Silvio CM Santo s.Atrial fibrillation in the elderly[J].老年心脏病学杂志(英文版),2012，（2）:91-100.