組長 :49912120 陳柏諺組員 :49927006 吳佳霖 49927046 葉哲溥 49927054 蔡宗訓

肺音Lung sound Signal Processing

肺音發生機制 肺音發生的機制 , 主要是因為肺葉中的

肺泡進行氣體交換 , 使空

氣中的氧被人體吸收 , 並進去血液中 , 經由循環系統送至人體其

他部分 , 組織氣體交換 , 將二氧化碳排出體外 , 肺部進行擴張與收

縮的動 , 帶動氣流運動 , 在由呼吸道中的氣流震動而產生聲能 , 有

相關 , 研究指出肺音的頻率分布主要和呼吸道的張力有關。

肺音的分類與特性 肺音可分為兩大類 , 包括沒有

疾病的正常聲音

和呼吸疾病產生的肺異音 , 正常呼吸依據其強

度 , 音調 , 位置 , 和呼氣的比例可分為 : 支氣管音 ,

肺泡音 , 主要的異肺音有爆裂音 , 乾囉音 , 以及鳴

孝音。

肺音訊號

電腦化肺音聽診系統

哮鳴音 (wheeze) 的時頻譜圖

爆裂音 (crackle) 的偵測

肺音訊號量測

肺音訊號測量的方法fs １６３００

硬體架構

後級放大器 ( 調整大小 )

麥克風驅動及前級放大( 儀表放大器 )

帶拒濾波器 (60HZ ，市電 )

帶通濾波器 (20 ～ 2KHZ ，高通加低通 )

提升準位 ( 晶片 )

微控制系統

電腦端軟體分析

輸入

http://www.youtube.com/watch?v=W6a-x-SaEFo ( 肺音 )

肺音雜訊 肺音常受到雜訊的干

擾。其中，心音是主要的干擾來源。由於肺音與心音並不是線性非時變 (Linear and Time-Invariant, LTI) 且不是平穩 (Stationary)訊號，所以若使用傳統的傅立葉轉換(Fourier Transform)來進行分析，將會無法獲得正確的資訊

原始信號

Hamming 窗

FFT 濾波前

開檔

原始圖檔

0 5 10 15 20 25 300

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

Time (sec)

Am

plitu

de

Original Signal

去基線後

0 5 10 15 20 25 30-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

Time (sec)

Am

plitu

de

去 基 線 後

FFT 轉換、相位頻譜

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 40000

200

400

600

800

頻 率

Mag

nitu

de

FFT

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000-4

-2

0

2

4

f

Mag

nitu

de

相 位 頻 譜

漢明窗

0 2 4 6 8 10 12

x 104

0

0.5

1

0 2 4 6 8 10 12

x 104

-0.5

0

0.5

Time (sec)

Am

plitu

de

訊 號 漢 明 窗 後

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1-5

0

5

10x 10

4

Normalized Frequency ( rad/sample)

Pha

se (

degr

ees)

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1-100

-50

0

50

Normalized Frequency ( rad/sample)

Mag

nitu

de (

dB)

矩形窗

0 2 4 6 8 10 12

x 104

0

0.5

1

1.5

2

0 2 4 6 8 10 12

x 104

-1

-0.5

0

0.5

1

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1-4

-3

-2

-1

0x 10

5

Normalized Frequency ( rad/sample)

Pha

se (

degr

ees)

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1-200

-100

0

100

Normalized Frequency ( rad/sample)

Mag

nitu

de (

dB)

漢寧窗

0 2 4 6 8 10 12

x 104

0

0.5

1

0 2 4 6 8 10 12

x 104

-0.5

0

0.5

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1-5

0

5

10x 10

4

Normalized Frequency ( rad/sample)

Pha

se (

degr

ees)

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1-100

-50

0

50

Normalized Frequency ( rad/sample)

Mag

nitu

de (

dB)

三角窗

0 2 4 6 8 10 12

x 104

0

0.5

1

0 2 4 6 8 10 12

x 104

-0.5

0

0.5

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1-5

0

5

10x 10

4

Normalized Frequency ( rad/sample)

Pha

se (

degr

ees)

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1-100

-50

0

50

Normalized Frequency ( rad/sample)

Mag

nitu

de (

dB)

黑人窗

0 2 4 6 8 10 12

x 104

0

0.5

1

0 2 4 6 8 10 12

x 104

-0.5

0

0.5

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1-5

0

5

10

15x 10

4

Normalized Frequency ( rad/sample)

Pha

se (

degr

ees)

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1-100

-50

0

50

Normalized Frequency ( rad/sample)

Mag

nitu

de (

dB)

漢明窗 , 傅立葉 頻譜分析

矩形窗 , 傅立葉 頻譜分析

漢寧窗 , 傅立葉 頻譜分析

三角窗 , 傅立葉 頻譜分析

黑人窗 , 傅立葉 頻譜分析

M 點移動平均濾波器 (M=3)

M 點移動平均濾波器 (M=1)

M 點移動平均濾波器 (M=20)

M 點移動平均濾波器 (M=30)

Butterworth

Chebyshev 型 I

Chebyshev 型 II

Elliptic

訊號 butter 漢明窗後

訊號 chebyshev I 型 漢明窗後

訊號 chebyshev II 型 漢明窗後

訊號 elliptic 漢明窗後

低通 FFT

帶通 FFT

高通 FFT

帶拒 FFT

波德圖程式

Butterworth 波德圖

Chebyshev 型 I 波德圖

Chebyshev 型 II 波德圖

Elliptic 波德圖

移動平均濾波器程式

移動平均濾波器

同步平均

樣板訊號 (48000:64000)

交互相關係數

平均後的圖

重疊後

PSD 程式

PSD

PSD 週期圖與 Welch 50% 的比較figure(32)subplot(211)periodogram(yt2,hamming(length(yt2)),2048,fs)subplot(212)pwelch(yt2,hamming(1024),512,2048,fs)

figure(33)subplot(211)periodogram(yt2,hanning(length(yt2)),2048,fs)subplot(212)pwelch(yt2,hanning(1024),512,2048,fs)

figure(34)subplot(211)periodogram(yt2,blackman(length(yt2)),2048,fs)subplot(212)pwelch(yt2,blackman(1024),512,2048,fs)

figure(35)subplot(211)periodogram(yt2, rectwin((length(yt2))),2048,fs)subplot(212)pwelch(yt2,rectwin(1024),512,2048,fs)

figure(36)subplot(211)periodogram(yt2,bartlett(length(yt2)),2048,fs)subplot(212)pwelch(yt2,bartlett(1024),512,2048,fs)

Yule-Walker AR 方法

Nfft=512 P 到 13~15 階時就無明顯

變化

Yule-Walker AR 方法1~3 階

Yule-Walker AR 方法4~6 階

Yule-Walker AR 方法7~9 階

Yule-Walker AR 方法10~12 階

Yule-Walker AR 方法13~15 階

Welch( 紅 )&Yule-Walker( 藍 )的比較 1 階

Welch( 紅 )&Yule-Walker( 藍 )的比較 13 階

結論

可能的雜訊

頻率範圍

1. 市電雜訊

60HZ

2. 白雜訊 DC-10*12次方

3. 生理雜訊

4. 人為雜訊

0-30HZ

消除白雜訊方法 移動平均濾波器

同號平均濾波器

訊號分析 頻率域

傅立葉轉換 非週期性

功率頻譜分析 隨機訊號

結論

頻譜的旁辦效應(洩漏誤差 )

抑制 對訊號加窗

分辨率 提高 與主辨有關

窗型函數選擇

當訊號切得太短補零點運算

結論

X{n}

濾波去基線飄移

切訊號N 點訊號 加窗

FFT給 NFFT 的大小

頻譜 強度 相位

PSD強度頻譜平方

加窗

PSD 經典估計方法Periogam puder

PSD 的現代估計方法Pyuier, 皆數 P 的決定