CN101317769A - 一种电子听诊装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电子听诊装置，包括：声电信号传感器；心电图信号采集器；光电脉搏波信号采集器；信号处理单元：用于对所述声电信号传感器、心电图信号采集器和光电脉搏波信号采集器获取的信号进行处理；以及，参数获得单元：用于从所述信息处理单元输出的信号中获得预设生理参数。本发明通过提供一种能够同时监测心电图信号、心音信号和光电脉搏波信号的电子听诊装置，不仅能够同时监测器官活动产生的声音，心电图信号和脉搏波信号，还可以计算出包括心率和血压的多个生理参数，从而有助于提高疾病诊断的准确性。

Description

一种电子听诊装置

技术领域

本发明涉及一种疾病诊断的装置，特别涉及一种电子听诊装置。

背景技术

听诊器是一种通过检测声音来诊断器官活动情况的仪器，电子听诊器是通过将听头置于被测生物体的相应部位采集心、肺等器官活动的声音，将这些声音转换为电信号，经过放大后，直接由扬声器发出声音，以使医生或相关人员根据相应的声音信号确定病因或病灶，做出正确的诊断。显然，目前听诊器的主要用途是采集心音或肺音，例如，中国02124481.2号专利公开了一种能够同时接收心音和肺音，并可根据需要分开心音和肺音的听诊器听头，该听头上的一组电极同时可采集体表的心电图信号，作为心脏电活动的一个表示。该发明利用心电图信号与心音信号的相关性，通过信号滤波及处理器，把心音和肺音有效地分开，从而有助于医生或相关人员判断病变。

然而，在实际中，由于听诊器仅可以使医生或相关人员通过听取声音来确定相应的病因或病灶，因而极有可能出现误诊，导致不可预见的严重后果。

所以，本领域技术人员迫切需要发展出一种提高医生或相关人员的诊断准确性的电子听诊装置。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种电子听诊装置，用以在保证测量精度的前提下，获得有助于医生或相关人员进行诊断的生理参数，特别适用于血压测量。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种电子听诊装置，包括：

声电信号传感器；

心电图信号采集器；

光电脉搏波信号采集器；

信号处理单元：用于对所述声电信号传感器、心电图信号采集器和光电脉搏波信号采集器获取的信号进行处理；

以及，参数获得单元：用于从所述信息处理单元输出的信号中获得预设生理参数。

优选的是，所述的装置，还包括：

输入单元：用于接收外部数据的输入，并连接所述参数获得单元。

优选的是，所述的装置，还包括：

显示单元：用于显示所述预设生理参数。

优选的是，所述光电脉搏波信号采集器包括至少一个光源以及至少一个光电传感器。

优选的是，所述至少一个光源以及至少一个光电传感器设置在同一平面。

优选的是，所述的心电图信号采集器包括至少三个电极，所述至少一个电极与所述至少一个光源以及至少一个光电传感器设置在同一平面。

优选的是，所述声电信号传感器、心电图信号采集器、光电脉搏波信号采集器、信号处理单元和参数获得单元设置在听诊器的听头部分。

优选的是，所述心电图信号采集器的至少两个电极安装在所述听头的外围部分。

优选的是，所述光电脉搏波信号采集器安装在所述听头的顶部。

优选的是，所述信号处理单元的处理包括信号放大、信号滤波和模数转换处理。

与现有技术相比，本发明实施例具有以下优点：

首先，本发明通过提供一种能够同时监测心电图信号、心音信号和光电脉搏波信号的电子听诊装置，不仅能够同时监测器官活动产生的声音，心电图信号和脉搏波信号，还可以计算出包括心率和血压的多个生理参数；

再者，本发明通过利用该听诊器所采集的心音，心电和光电脉搏信号上定义的参数来计算被测生物体的预设生理参数，从而使获得的生理参数具有较高的准确度；

最后，本发明通过将至少一个电极与至少一个光源以及至少一个光电传感器设置在同一平面，从而方便用户的自我检查，使用户获得更好的使用体验。

附图说明

图1是本发明的一种电子听诊装置实施例1的结构框图；

图2是本发明的一种电子听诊装置实施例2的总体结构图；

图3是本发明的一种电子听诊装置实施例2的主视结构图；

图4是本发明的一种电子听诊装置实施例2的后视结构图；

图5是本发明的一种电子听诊装置实施例2的侧视结构图；

图6是从心电图信号，心音信号和光电脉搏波信号上获得复合参数Pc的示意图；

图7是应用本发明的电子听诊装置进行血压测量的方法流程图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明的核心构思之一在于，通过获取声电信号、心电图信号和光电脉搏波信号，并对这三种信号所携带的信息加以整合，从而获得全面、准确地反映心血管系统功能的生理参数。

依据血流动力学原理确定的数学物理模型，从所提取的脉搏波信号中，可以得出有关被测生物体心血管循环系统的多项定量参数，从而客观有效地实现了对被测生物体心血管系统心功能、血管、血流状态的检测，因而，引入脉搏波信号的测量将有效提高诊断的准确性。

公知的是，心脏在兴奋传播过程中会出现一系列规律性的电位变化，这一变化通过能导电的体液传导到体表，若将电极置于体表不同部位，便能记录到心电活动的图形，这种图形就是心电图。当心肌细胞兴奋时，首先会产生电变化，然后通过兴奋收缩耦联引起心肌收缩舒张的机械变化。在心动周期中，由于心脏的收缩和舒张，以及瓣膜的开启和关闭，血流会冲击心室壁和大动脉壁等引起振动，从而产生声音，这种声音就是心音。若采用换能器将心音的机械振动转换成电信号记录下来，所生成的图形即为心音图。随着心脏周期性地收缩和舒张，动脉内的压力发生周期性波动，引起动脉血管发生起伏搏动，并且引起血管内血流量的周期性波动，即为动脉脉搏。若采用换能器将动脉脉搏引起的血流量变化转换成电信号记录下来，则生成的波形就是脉搏波光电容积描记信号。

通过上述描述可以得知，心音反映心脏的机械活动，心电图反映了心脏兴奋的产生、传导和恢复过程中的生物电变化，而与心脏的机械收缩活动无直接关系，脉搏波光电容积描记信号则主要反映血液动力学有关的参数，这三种信号所携带的信息反映了心血管系统活动的不同层面。如果能同时监测这三种信号，并且对其中包含的信息加以整合，则可以全面反映心血管系统的功能，有助于提高诊断的准确性。

参照图1，示出了本发明的一种电子听诊装置实施例1的结构框图，具体包括以下单元：

声电信号传感器101；

心电图信号采集器102；

光电脉搏波信号采集器103；

信号处理单元104：用于对所述声电信号传感器101、心电图信号采集器102和光电脉搏波信号采集器103获取的信号进行处理；

所述信息处理单元对所述声电信号传感器获取的声电信号、心电图信号采集器获取的心电图信号和光电脉搏波信号采集器获取的光电脉搏波信号进行处理；所述处理包括放大处理、滤波处理和模数转换处理等，本领域技术人员根据需要或经验设置它信号处理方式都是可行的，本发明对此不作限制。

以及，参数获得单元105：用于从所述信息处理单元104输出的信号中获得预设生理参数。所述预设生理参数可以由本领域技术人员根据需要或经验任意选择设置，例如，如果需要采用听诊器进行血压测量，则获取血压(收缩压和舒张压)参数；如果需要采用听诊器进行心脏系统检查，则获取心率参数。由于声电信号、心电图信号和光电脉搏波信号所携带的信息可以反映心血管系统活动的不同层面，因而，在本实施例中，所述参数获得单元可以用于从信号处理单元输出的心电图信号、声电信号和/或光电信号中获得包括心率和血压的多个生理参数，也就是说，所述参数获得单元可以从声电信号、心电图信号和光电脉搏波信号中任意两种信号或所有信号中获得多个生理参数。为使获得的生理参数具有更高的准确性，优选的是，所述参数获得单元从声电信号、心电图信号和光电脉搏波信号中获得多个生理参数。

优选的是，所述光电脉搏波信号采集器103可以包括至少一个光源以及至少一个光电传感器。为提高光电转换效率，优选采用反射式的方法，在这种情况下，所述至少一个光源以及至少一个光电传感器设置在同一平面。

优选的是，所述心电图信号采集器102可以包括至少两个电极。更为优选的是，为了便于使用者的自我检查，所述心电图信号采集器102可以包括至少三个电极，其中至少一个电极与所述至少一个光源以及至少一个光电传感器设置在同一平面。

优选的是，所述信号处理单元104还可以连接声音输出单元，用于输出声电信号传感器获取的信号，用以提供听诊的功能。

为使获得的预设生理参数有利于提高疾病检测或诊断的准确性，本发明实施例还可以包括输入单元，用于接收外部数据的输入，并与所述参数获得单元连接，用以使获得的参数具有所述外部数据的相关特性，从而在临床诊断中，可以获得与实际或个体情况更为相符的生理参数。优选的是，所述外部数据可以为计算血压、心率等生理参数所需要的外部输入参数，也可以为用户输入的个人信息，还可以由本领域技术人员根据需要或经验进行设置，本发明对此不需要进行限定。在实际中，所述输入单元可以设置在电脑、移动终端、个人数码助理(PDA)等电子产品中。

为了使用户获得直观显示，本发明实施例还可以包括显示单元，用于将参数获得单元获得的预设生理参数进行显示。在实际中，所述显示单元可以设置在电脑、移动终端、个人数码助理(PDA)等电子产品中。可以理解的是，在某个电子产品上组合设置所述输入单元和显示单元也是可行的。

可以理解的是，本发明实施例的各单元可以单独设置，也可以组合设置；可以集成在一个装置中，也可以设置在不同的多个装置上；为了方便医生或相关人员的远程诊断，所述各单元还可以通过无线连接，对于所述单元的组合及连接，本发明不作限制。

一种优选的实施例2为，将所述声电信号传感器、心电图信号采集器、光电脉搏波信号采集器、信号处理单元和参数获得单元设置在听诊器的听头部分。参照图2至图5，示出了本发明的一种电子听诊装置实施例2的多个角度的结构图，所述电子听诊装置包括：一个锥形的支架1，覆盖于锥形支架底部的薄膜13，以及支架1和薄膜13构成的空腔。当电子听诊装置置于被测生物体时，覆盖有薄膜13的电子听诊装置的底面与被测生物体的体表相接触，形成支撑面。优选的是，本发明实施例所述电子听诊装置还可以包括以下单元：

声电信号传感器12：如图5所示，所述声电信号传感器位于听头内，设置在锥形空间的上部，该声电信号传感器可以接收来自薄膜13的信号，并将其转换为电信号输出，优选的是，声电信号传感器的位置与薄膜13的中心位置相对。

光电脉搏波信号采集器：如图2和图3所示，所述光电脉搏波信号采集器包括至少一个光源5和至少一个光电传感器6，设置在听头外壳的顶部，并且所述光源5和光电传感器6位于同一平面。

心电图信号采集器；如图2至图5所示，所述心电图信号采集器至少包括三个电极2、3和4；其中至少两个电极2、3设置在听头支撑面的周围部分，并与听头薄膜13位于同一水平面；优选的是，将另一个电极4设置在光电脉搏波信号采集器的周围部分，并且与光电脉搏波信号采集器的光源5和光电传感器6位于同一平面，以方便用户的自我检查(自检)。

在实际中，一种用户自检的方法为，用户将听头置于胸部，保持听头支撑面与体表皮肤接触，将一个手指的顶端部分置于光电脉搏波信号采集器的光源5和光电传感器6上，并与其周围部分的电极4保持接触，在这种情况下，位于听头支撑面周围的电极2、3和位于听头顶部的电极4即可以获取到心电图信号。此外，由于手指的顶端部分覆盖于光电信号采集器的光源5和光电传感器6上，指端的光电脉搏波信号由光电传感器6转换成电信号。为保证测量的准确性以及使用的安全性，所述心电图信号采集器的电极2、3和4与听头外壳绝缘，所述绝缘可以通过设置绝缘体实现，也可以采用现有技术中的任一种方法实现，本发明对此不作限制。此外，所述电极之间的分布和位置也可以由本领域技术人员任意设置，本发明对此亦不作限制。

信号处理单元7：如图2所示，所述信号处理单元7可以用于对所述声电信号传感器获取的声电信号、心电图信号采集器获取的心电图信号和光电脉搏波信号采集器获取的光电脉搏波信号进行处理；所述处理包括放大处理、滤波处理和模数转换处理等，本领域技术人员根据需要或经验设置它信号处理方式都是可行的，本发明对此不作限制。

参数获得单元8：如图2所示，所述参数获得单元8可以用于从所述信息处理单元输出的信号中获得预设生理参数。所述预设生理参数可以由本领域技术人员根据需要或经验任意选择设置，例如，如果需要采用听诊器进行血压测量，则获取血压(收缩压和舒张压)参数；如果需要采用听诊器进行心脏系统检查，则获取心率参数。由于声电信号、心电图信号和光电脉搏波信号所携带的信息可以反映心血管系统活动的不同层面，因而，在本实施例中，所述参数获得单元可以用于从信号处理单元输出的心电图信号，声电信号和/或光电信号中计算获得包括心率和血压的多个生理参数，也就是说，所述参数获得单元可以从声电信号、心电图信号和光电脉搏波信号中任意两种信号或所有信号中获得多个生理参数。为使获得的生理参数具有更高的准确性，优选的是，所述参数获得单元从声电信号、心电图信号和光电脉搏波信号中获得多个生理参数。

显示单元9：如图2所示，所述显示单元9可以用于直观显示由参数获得单元获得的生理参数。在实际中，所述显示单元可以是一种独立的液晶显示，也可以在手机、个人数码助理(PDA)等电子产品上实现。

声音输出单元10：如图2所示，所述声音输出单元10可以与信息处理单元连接，用于输出声电信号传感器获取的声电信号。在实际中，所述声音输出单元可以是扬声器或耳机等可以输出音频的音频设备，将这种音频设备与信号处理单元连接，用来输出声电信号传感器采集到的声音，使医生或相关人员可以通过听取这些声音来检测或诊断被测生物体的器官活动情况。

输入单元14：如图2所示，所述输入单元14可以用于接收外部数据的输入，并与所述参数获得单元连接，用以使获得的参数具有所述外部数据的相关特性，从而在临床诊断中，可以获得与实际或个体情况更为相符的生理参数。优选的是，所述外部数据可以为计算血压、心率等生理参数所需要的外部输入参数，也可以为用户输入的个人信息，还可以由本领域技术人员根据需要或经验进行设置，本发明对此不需要进行限定。在实际中，所述输入单元可以是一种独立的液晶显示，也可以设置在电脑、移动终端、个人数码助理(PDA)等电子产品中。当然，在某个电子产品上组合设置所述输入单元和显示单元也是可行的，本发明对此不作限制。

本实施例所述的各单元可以相互独立设置，也可以组合设置，例如，将参数获得单元和显示单元组合设置，或者，将参数获得单元、输入单元和显示单元组合在电脑、手机、或个人数码助理(PDA)等现有的电子产品上实现。此外，所述单元之间的连接和数据交互可以是有线的，也可以是无线的。

在诸多的生理参数中，血压测量参数(包括动脉血压及其它血压测量参数)是心血管系统活动状况的重要指标，为使本领域技术人员更好地理解本发明，以下将以采用本发明的电子听诊装置获得血压测量参数的方法为例对本发明进一步说明。

所述方法的核心思想之一在于，利用本发明的电子听诊装置所采集的心音信号、心电图信号和光电脉搏波信号，定义一个与动脉血压紧密联系的参数，并预置由该参数估计血压的公式。具体包括以下步骤：

步骤S1、从被测生物体上获取心音信号、心电图信号和光电脉搏波信号；

步骤S2、在所获取的心音信号、心电图信号和光电脉搏波信号上分别选择参考点，所述参考点可以是一个，也可以是多个；

所述心电信号上的参考点为心电图信号中的R波上的点，优选地为R波的顶点；所述心音参考点分别为心音信号中第一心音和第二心音上的点，优选地分别为第一心音和第二心音包络线上的顶点；所述的光电脉搏波信号的参考点分别为光电脉搏波的谷点(舒张期结束点)和峰点(收缩期结束点)。

步骤S3、计算所述心电图信号参考点、对应的心音信号以及光电脉搏波信号上的参考点之间的时间差，并将一个或多个时间差加以组合，构成一个复合参数，所述复合参数与动脉血压有关；

参考图6，示出了从心电图信号、心音信号和光电脉搏波信号上获得复合参数Pc的示意图。在图6中，示出了心电图信号的时间幅值曲线509、光电脉搏波信号的时间幅值曲线510和心电图信号的时间幅值曲线511；时间差501是心电R波顶端506到光电脉搏波的收缩期结束点507之间的时间差，记作PTTr-pk；时间差502是心电R波顶端到光电脉搏波的舒张期结束点508之间的时间差，记作PTTr-ft；时间差503是第一心音504和第二心音505之间的时间差，记作Tsys。所述复合参数Pc可以通过以下公式获得：

Pc＝1/(Tsys*PTTr-ft*PTTr-pk)。

优选的是，在本步骤中还可以包括对所述时间差取多次平均的步骤，更为优选的是，所述多次平均为至少10次心脏搏动所得到的测量值的平均。

步骤S4、计算血压测量中所需的其它参数；

本步骤还可以利用预先测得的参考数据计算血压的步骤，所述预先测得的参考数据可以是从输入单元中输入的。

步骤S5、通过将所述复合参数以及所述其它参数代入血压测量公式，以计算出血压测量结果，所述血压测量公式为：血压＝M×Pc+C，

其中，M和C为所述血压测量中所需的参数，Pc为复合参数。

优选的是，所述血压测量结果可以为收缩压或舒张压。

参考图7，示出了将本发明应用在实际中，进行血压测量的方法流程图，具体包括以下步骤：

步骤701、判断是否需要校准输入，如果否，则表示已有血压测量过程中所需要的一些参数M，C，执行步骤702；如果是，则进入校准模式，确定血压测量过程中所需的参数M，C。

步骤702、执行顶端检测算法；

结合图6所示，即确定心电R波顶端506的时间位置，光电脉搏波的舒张期结束点508和收缩期结束点507的时间位置，以及第一心音504和第二心音505的时间位置。

步骤703、计算复合参数；

步骤704、判断检测到的有效复合参数的次数是否等于预设值；

为了避免不稳定因素的影响，减少误差发生的可能性。在本发明实施例中优选采用10个参数值的平均值，即步骤702需要重复执行，直至检测到10个参数值为止。

步骤705、计算血压；

将所获得的血压测量参数M，C以及复合参数Pc通过血压计算公式：血压＝M×Pc+C即可以得出血压，包括收缩压和舒张压。

步骤706、判断所述血压是否在预置范围内，如果超出范围，则发出错误信息，并在显示单元中显示所述错误信息；如果在预置范围内，则显示所述血压测量结果。

如果需要继续测量血压，则重复上述步骤。

需要说明的是，在本发明的血压计算公式：血压＝M×Pc+C中，系数M和C反映了每个使用者的参数与血压之间的关系，是因人而异的。因此在使用者在第一次使用本发明的电子听诊装置时，需要在校准模式中确定这些系数。由于系数M和C对于计算收缩压和舒张压分别不同，所以在校准模式中要分别确定对应于收缩压的一组参数Msys和Csys，以及对应于舒张压的一组参数Mdia和Cdia。确定这两组参数的方法可以采用现有技术中的任一种方法，例如，一种方法为，用Csys和Cdia的经验值来作为Csys和Cdia的输入值；使用者通过输入设备输入利用标准血压计测得的血压，并将它们保存在存储单元。然后，根据采集的心电、心音和光电脉搏波信号，确定所取得的复合参数Pc的平均值；根据公式Msys＝(收缩压-Csys)/Pc，和Mdia＝(舒张压-Cdia)/Pc分别计算出Msys和Mdia，保存在存储单元中。

另一种方法为，对于每个使用者测量至少两组参考血压值和复合参数Pc，然后分别对收缩压和舒张压用线性拟合的方法建立一条个性化的线性回归线，并确定系数Msys、Csys、Mdia和Cdia，最后将这些系数存入存储单元，用于对预测血压的计算中。

由于图7所示的方法可以对应适用于前述的方法实施例中，所以描述较为简略，未详尽之处可以参见本说明书前面相应部分的描述。

以上对本发明所提供的一种电子听诊装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1、一种电子听诊装置，其特征在于，包括：

声电信号传感器；

心电图信号采集器；

光电脉搏波信号采集器；

信号处理单元：用于对所述声电信号传感器、心电图信号采集器和光电脉搏波信号采集器获取的信号进行处理；

以及，参数获得单元：用于从所述信息处理单元输出的信号中获得预设生理参数。

2、如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：

输入单元：用于接收外部数据的输入，并连接所述参数获得单元。

3、如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，还包括：

显示单元：用于显示所述预设生理参数。

4、如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光电脉搏波信号采集器包括至少一个光源以及至少一个光电传感器。

5、如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述至少一个光源以及至少一个光电传感器设置在同一平面。

6、如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述的心电图信号采集器包括至少三个电极，所述至少一个电极与所述至少一个光源以及至少一个光电传感器设置在同一平面。

7、如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述声电信号传感器、心电图信号采集器、光电脉搏波信号采集器、信号处理单元和参数获得单元设置在听诊器的听头部分。

8、如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述心电图信号采集器的至少两个电极安装在所述听头的外围部分。

9、如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述光电脉搏波信号采集器安装在所述听头的顶部。

10、如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述信号处理单元的处理包括信号放大、信号滤波和模数转换处理。

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