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便携式冠状动脉狭窄无损诊断系统开发

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摘要

冠心病是威胁人类健康的主要疾病之一,我国冠心病发病率正在逐年上升,并呈年轻化的趋势。对于冠心病患者来说,由于供给心脏营养物质的血管(冠状动脉)发生粥样硬化或者痉挛,使冠状动脉变的狭窄或者堵塞,导致心肌缺血、缺氧(心绞痛)或心肌坏死。冠心病关键在于及时诊断、及时治疗。心音信号是反映人体心脏生理及其病理特征的一项重要指标,心音的分析研究是诊断冠心病的主要手段之一。当冠心病患者心电信号尚未发展到心电图异常之前,心音信号中出现的高频心杂音蕴含着冠心病诊断的可靠信息。
　　 本文研制了一种基于PDA(Personal Digital Assistant)和蓝牙的便携式冠状动脉狭窄无损诊断仪器系统,以PDA和蓝牙无线数据传输为基础,开发了心音采集终端和PDA手持移动监护终端,提出了基于经验模式分解(Empirical Mode Dccomposition,EMD)和支持向量机(Support Vector Machine,SVM)的冠脉堵塞诊断算法,最后利用临床心音数据测试了系统的性能。蓝牙模块在PDA终端与信号采集终端之间建立无线连接,实现数据的传输;信号采集终端实现心音信号的采集和心音的听诊:PDA终端具备心音数据的接收、波形实时显示、存储、回放、冠脉狭窄智能诊断以及与远程专家诊断系统通信等功能。
　　 本论文主要作了以下几个方面的工作:
　　 (1)心音信号采集终端电路设计:主要包括心音传感器的选择、心音滤波器的设计、按键接口电路的设计、复位电路的设计、音量控制电路的设计、蓝牙模块的接口电路设计以及微控制器的选择,实现心音信号的采集和心音的听诊。
　　 (2)心音信号采集终端软件设计:包括微控制器各模块的初始化设计、按键处理程序设计等。实现了2kHz的心音信号采样、AD转换、蓝牙无线发送以及微控制器外围模块的控制等。
　　 (3)心音信号分段与冠脉堵塞智能诊断算法:首先,提出了基于希尔伯特变换的心音分段算法,成功定位舒张期心音。其次,构建了基于EMD和离散能量分离算法(Discrete EnergySeparation.Algorithm,DESA)的舒张期心音瞬时频率提取算法,利用该算法提取了舒张期心音瞬时频率特征,该特征蕴含了冠状动脉堵塞的病理信息。最后,提出了基于SVM的冠状动脉堵塞智能诊断方法,经临床冠心病患者测试,获得了较高的诊断率。
　　 (4)PDA终端软件开发:采用LabVIEW作为软件开发平台,实现心音信号的实时采集显示、心音存储、心音回放、冠状动脉智能诊断以及远程数据传输软件等。
　　 本文开发的仪器实现了医疗监护的小型化、移动性和智能化,可用于社区与家庭,为冠心病的早期诊断提供了一种有效的手段。

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