CN102078201A

CN102078201A - 便携式无线电子听诊器

Info

Publication number: CN102078201A
Application number: CN 201010239176
Authority: CN
Inventors: 李丕丁
Original assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Current assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Priority date: 2010-07-28
Filing date: 2010-07-28
Publication date: 2011-06-01

Abstract

本发明提供一种便携式无线电子听诊器，其包括能贴设在人体表面的听诊头和能与所述听诊头无线通信的处理装置，使用时，由听诊头的声音传感器感测肺音信号，经过放大、滤波、模数转换后以无线方式发送给处理装置，处理装置接收后，与心音信号端口接入的心音信号进行自适应运算后，将肺音信号中的心音信号滤除，再将滤除了心音信号的肺音信号予以显示，由此可实现对肺音信号的监控，由于听诊头和处理装置之间采用无线通信，因此，也可有效避免现有听诊器使用时的医患之间的交叉感染，使得使用更为安全。

Description

便携式无线电子听诊器

技术领域

本发明技术涉及听诊器，尤其涉及一种便携式无线电子听诊器。

背景技术

肺音是一种声音信号，发声的原理是由于肺泡在进行气体交换时，肺部随之进行扩张及收缩的动作，带动气流运动，再由呼吸道中气流振动产生声能。丰富的肺音信号蕴藏着有助于临床疾病诊断和鉴别诊断的重要信息。听诊器是最常用的诊断设备，通过听诊器可以得到肺部病变的某些信息。然而，现在诸多医院的医生采用的听诊器，还是通过将听诊头贴在病人的肺部，由医生双耳听取肺音来感知病人肺部的病情。然而，在此种方式中，人的感官和思考力只能从中获取小部份的信息，而根本无法完全解读肺音的频率或振幅变化所含的信息量；再者此种听诊主观性强，不同的医生对同一肺音的判定会存在差异，使得肺音的诊断难有一致。

因此，现有研究人员研制出各种高精度的听诊器，如申请号为200720189890的中国专利文献中，公开了一种电子听诊器，其在听诊器检测头内同定设置有微型麦克风，麦克风上设有耳机，由此使得医务人员在听诊时，能够使音量增大，并减少外耳道不适感，提高诊断准确率。再有，在申请号为200510063183的中国专利文献中，提到了一种能避免听诊时杂音干扰的接触式电子听诊器，其也是通过麦克风来感测肺音信号。

尽管已经研发出各类的听诊器，但在实际应用中，往往还是通过医护人员的现场聆听来感知肺音，这种方式极为不便，尤其是在人口膨胀的当代，各类肺部传染病不时发生，例如SARS、禽流感和肺鼠疫等高传染性疾病。对于感染了这些重症的病人，进行面对面的肺部听诊很容易造成医护人员和患者间的交叉感染；而且现有的听诊方式也不能对患者的肺音进行连续监测。因此发展一种客观的、连续的、无接触的便携的肺部听诊手段，满足临床和社会的需求，就显得尤为迫切。

发明内容

本发明的目的在于提供一种便携式无线电子听诊器，以实现对肺音的监控。

为达上述目的及其他目的，本发明提供的的便携式无线电子听诊器，包括：能贴设在人体表面的听诊头和能与所述听诊头无线通信的处理装置。

其中，所述听诊头包括：用于感测肺音信号的声音传感器；与所述声音传感器连接且用于对感测的肺音信号进行采样放大的放大器；与所述放大器连接且用于滤除直流、高频干扰与工频信号的滤波器；连接在所述滤波器输出端且用于将滤波后的信号进行模数转换以获得数字化肺音信号的模数转换模块；无线发送模块，用于以无线方式发送所述数字化肺音信号；和用于向声音传感器、放大器、滤波器、模数转换模块和无线发送模块供电的第一供电电路。

其中，所述处理装置包括：用于接收所述无线发送模块所发送的所述数字化肺音信号的无线接收模块；用于接入数字化心音信号的心音信号接口；用于根据自适应算法将所述无线接收模块所接收的所述数字化肺音信号和所述接口所接入的数字化心音信号予以处理以消除数字化肺音信号中的心音成分的自适应心音消除模块；用于将滤除了心音成分的肺音信号予以显示以实现肺音监测的显示模块；和用于向无线接收模块、自适应心音消除模块、和显示模块供电的第二供电电路。

此外，所述滤波器可包括：用于滤除直流和高频干扰的带通滤波器、以及用于滤除工频信号的陷波滤波器。

此外，所述处理装置还可包括用于将滤除了心音成分的肺音信号予以播放的播放模块；还可设置与Internet网连接的网络通信模块；可设置有用于存储所述滤除了心音成分的肺音信号的存储模块；可设置供用户操作的心音监控按键和肺音监控按键、以及与所述心音监控按键和肺音监控按键连接且根据按键信号将滤除了心音成分的肺音信号或所述接口所接入的心音信号提供给所述显示模块的切换模块等。

较佳的，所述自适应心音消除模块可采用MLMS算法滤除心音成分；所述存储模块可采用SD卡存储信息；所述无线发送模块和无线接收模块之间的信息收发采用射频。

综上所述，本发明的便携式无线电子听诊器的听诊头和处理装置之间采用无线方式通信，由此可有效避免现有听诊器使用时的医患之间的交叉感染，而且可以实现对患者的肺音进行持续有效监控。

附图说明

图1是本发明的便携式无线电子听诊器的基本结构思意图；

图2是本发明的便携式无线电子听诊器采用的带通滤波器电路图；

图3是本发明的便携式无线电子听诊器采用的陷波滤波器电路图；

图4是本发明的便携式无线电子听诊器采用的自适应心音消除模块的芯片示意图；

具体实施方式

请参阅图1，本发明的便携式无线电子听诊器包括两部分，即听诊头和能与所述听诊头无线通信的处理装置。

所述听诊头能贴设在人体表面，通常可佩戴在患者的胸部或背部，其可包括：声音传感器、放大器、滤波器、模数转换模块、无线发送模块和第一供电电路等。其中，所述声音传感器用于采集肺音信号，由于肺音是微弱的声信号，使之无创地通过胸壁提取出来较困难，因此本实施例中采用的声音传感器是美国BIOPAC公司生产高精度声音传感器TSD108，其具体参数如下：频率响应：35Hz到3500Hz，输出：2V(p-p)最大极限，噪音：5μVrms-(500-3500Hz)。所述放大器连接在声音传感器的输出端，用于将声音传感器TSD108感测的肺音信号进行采样放大，本实施例采用的采样率：50kSps；采样分辨率：12Bits；带宽：25-2000Hz；放大级采用OP2832，初级放大倍数为20倍。所述滤波器连接在放大器的输出端，用于滤除直流、高频干扰与工频信号，其可包括：带通滤波器和陷波滤波器，两者的先后顺序不限，也就是说可以先由带通滤波器滤除直流和高频，再由陷波滤波器滤除工频，也可以先由陷波滤波器滤除50Hz工频后再进行带通滤波。所采用的带通滤波器的电路可如图2所示，其是单一运算放大器构成的无限增益多路反馈二阶带通滤波电路的基本结构示意图，带通滤波器采用无限增益多路反馈型滤波电路，它是由一个理论上具有无限增益运算放大器(即U4B)赋以多路反馈构成的滤波电路，无限增益多路反馈型滤波电路由于没有正反馈，故稳定性高。放大器采用TI公司的LM324，带通滤波器的相关参数为：

通带增益：

H_{0} = - \frac{R_{4} C_{2}}{R_{2} (C_{2} + C_{3})}

中心频率：

ω_{0} = \sqrt{\frac{R_{2} + R_{3}}{R_{2} R_{3} R_{4} C_{2} C_{3}}}

品质因素：

\frac{ω_{0}}{Q} = \frac{1}{R_{4}} (\frac{1}{C_{2}} + \frac{1}{C_{3}})

所采用的陷波滤波器可如图3所示，该电路是带双T网络的有源滤波器，R₁＝R₂＝R₃＝R4＝R，C₁＝C₂＝C₃＝C4＝C，u1、u₂和双T桥组成双T有源带阻滤波器，其中R₁、R₂、R₃、R₄、C₁、C₂、C₃和C₄构成双T网络，R₅和R₆构成分压反馈，陷波器电路接成了正反馈的形式，具有频率增强作用。双T有源带阻滤波器的特性主要取决于两支路R、C的对称程度，R、C的对称程度同时还决定陷波点所能衰减的最低程度。只有保持R和R/2之间以及C和ZC(即容抗)之间的严格对称关系，才能使对应于f₀的信号频率互相抵消，衰减到零。滤波点的衰减程度影响信号的质量，衰减不够会降低信噪比。C和R的值可由中心频率f₀确定，

当f₀＝50Hz时，C和R分别取0.068μF和47kΩ；f₀＝100Hz时，C和R分别取0.068μF和24kΩ。

所述模数转换模块连接在所述滤波器输出端，用于将滤波后的信号进行模数转换以获得数字化肺音信号，其可采用TI公司的超低功耗MSP430-1471来实现，该芯片具有一个12位A/D，可以直接实现肺音信号的数字化处理。所述无线发送模块用于以无线方式发送所述数字化肺音信号，其可采用TI公司的低功率低成本、低功耗2.4GHz射频收发器CC2500。所述第一供电电路用于向声音传感器、放大器、滤波器、模数转换模块和无线发送模块供电，其可采用电池供电。

所述处理装置包括：无线接收模块、心音信号接口、自适应心音消除模块、显示模块和第二供电电路等等。其中，所述无线接收模块用于接收所述无线发送模块所发送的所述数字化肺音信号，同样可以采用TI公司的低功率低成本、低功耗2.4GHz射频收发器CC2500。所述心音信号接口用于接入数字化心音信号，数字化心音信号可以由心电设备来采集，此技术已为本领域技术人员所知悉，故在此不再详述。所述自适应心音消除模块用于根据自适应算法将所述无线接收模块所接收的所述数字化肺音信号和所述接口所接入的数字化心音信号予以处理以消除数字化肺音信号中的心音成分，例如，可采用ADI公司的BlackfinBF533，该芯片具有强大的数据处理功能，可以轻松完成自适应心音消除算法等复杂计算，其部分电路图如图4所示，其中，无线接收模块接收到的数字化肺音信号送入BlackfinBF533芯片的主输入端，而由心音信号接口接入的心音信号送入BlackfinBF533芯片的参考输入端，由于心脏与肺同处胸部，且心的搏动很强，因此混入肺音的心音干扰往往比肺音信号高一个数量级。而且，心音频带为1～800Hz，与肺音频带(100～2000Hz)有很大范围的重叠，使用普通滤波方法不能有效地将它消除。因此，BlackfinBF533芯片采用MLMS算法滤除心音成分，即若采集的肺音信号为：

d_j＝b_j+h_j′+n_j′ (1)

其中，b_j为信号中肺音成分的采集值；h_j′为通过体壁传来的心音成分；n_j′为主输入端的随机噪声。而参考输入端接入的心音信号是从心尖部位采集的，为：

x_j＝h_j+n_j (2)

其中，h_j为心音参考信号采集值；n_j为参考信号中的噪声。

如果n_j，n_j′和b_j为互不相关的，且它们与h_j，h_j′也不相关，由此可得到自适应消噪声器的基本方程为：

e_j＝d_j-y_j (3)

确定y_j的方程由采用的自适应算法而定。采用MLMS算法，其递推方程为

e_j＝d_j-W_j-1 ^TX_j (4)

G_{j} = 2 μ / [1 + 2 μ X_{j}^{T} X_{j}] - - - (5)

和W_j＝W_j-1+G_je_jX_j (6)

式中W_j为j时刻的自适应权矢量。设它为p阶矢量，设

W_j＝[W_j0，W_j1，......，W_j，p-1]^T

而X_j为自适应滤波器的输入信号矢量，为：X_j＝[X_j，X_j-1，......，X_j-(p-1)]^T。

所述显示模块则用于将滤除了心音成分的肺音信号予以显示以实现肺音监测。所述第二供电电路用于向无线接收模块、自适应心音消除模块、和显示模块等供电，其可采用电池供电，由于BlackfinBF533芯片等采用3.3V的电压，而两节AA电池提供的电压为2.4V，所以供电电路设置了升压电路，例如，采用凌特公司的Mc34063，输出电压为3.3V。

此外，处理装置还可以设置一播放模块，用于将滤除了心音成分的肺音信号予以播放；还可以设置用于存储所述滤除了心音成分的肺音信号和心音信号接口接入的心音信号的存储模块，该存储模块可采用SD卡来存储信息；还可以设置有与Internet网连接的网络通信模块，网络通信模块采用Crystal公司的CS8900，该芯片支持10M/100Mbps通讯速率，支持16为/32位总线带宽，全双工和半双工工作模式，CS8900数据端口DEVICE_A1-DEVICE_A8和DEVICE_D0-DEVICE_D15分别经过74HC245与Blackfin的A1-A8(地址)和D0-D15(数据)端口相连；再有，处理装置还可以设置用于供用户操作的心音监控按键和肺音监控按键、以及与所述心音监控按键和肺音监控按键连接且根据按键信号将滤除了心音成分的肺音信号或所述接口所接入的心音信号提供给所述显示模块的切换模块等。需要说明的是，处理装置中的各部件都由第二供电电路供电，为简化图示，图1中所示的第二供电电路与各部件的连线未示出。

综上所述，本发明的便携式无线电子听诊器采用无线传输肺音数据，其电路功能强大，功耗低、可靠性高，整个系统体积非常小巧，实现了便携式要求，能够完成肺音采集、数据存储、心音滤除，还能实现网络远程肺音监护。

上述实施例仅列示性说明本发明的原理及功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此项技术的人员均可在不违背本发明的精神及范围下，对上述实施例进行修改。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。

Claims

1.一种便携式无线电子听诊器，其特征在于包括：能贴设在人体表面的听诊头和能与所述听诊头无线通信的处理装置，其中，所述听诊头包括：

用于感测肺音信号的声音传感器；

与所述声音传感器连接且用于对感测的肺音信号进行采样放大的放大器；

与所述放大器连接且用于滤除直流、高频干扰与工频信号的滤波器；

连接在所述滤波器输出端且用于将滤波后的信号进行模数转换以获得数字化肺音信号的模数转换模块；

无线发送模块，用于以无线方式发送所述数字化肺音信号；和

用于向声音传感器、放大器、滤波器、模数转换模块和无线发送模块供电的第一供电电路；

所述处理装置包括：

无线接收模块，用于接收所述无线发送模块所发送的所述数字化肺音信号；

用于接入数字化心音信号的心音信号接口；

自适应心音消除模块，用于根据自适应算法将所述无线接收模块所接收的所述数字化肺音信号和所述接口所接入的数字化心音信号予以处理以消除数字化肺音信号中的心音成分；

显示模块，用于将滤除了心音成分的肺音信号予以显示以实现肺音监测；和

用于向无线接收模块、自适应心音消除模块、和显示模块供电的第二供电电路。

2.如权利要求1所述的便携式无线电子听诊器，其特征在于所述滤波器包括：与所述声音传感器输出端连接且用于滤除直流和高频干扰的带通滤波器、以及连接于所述带通滤波器输出端且用于滤除工频信号的陷波滤波器。

3.如权利要求1所述的便携式无线电子听诊器，其特征在于所述滤波器包括：与所述声音传感器输出端连接且用于滤除工频信号的陷波滤波器、以及连接于所述陷波滤波器输出端且用于滤除直流和高频干扰的带通滤波器。

4.如权利要求1所述的便携式无线电子听诊器，其特征在于：采用MLMS算法滤除心音成分。

5.如权利要求1所述的便携式无线电子听诊器，其特征在于：所述处理装置还包括用于将滤除了心音成分的肺音信号予以播放的播放模块。

6.如权利要求1所述的便携式无线电子听诊器，其特征在于：所述处理装置还设置有与Internet网连接的网络通信模块。

7.如权利要求1所述的便携式无线电子听诊器，其特征在于：所述处理装置设置有供用户操作的心音监控按键和肺音监控按键、以及与所述心音监控按键和肺音监控按键连接且根据按键信号将滤除了心音成分的肺音信号或所述接口所接入的心音信号提供给所述显示模块的切换模块。

8.如权利要求1所述的便携式无线电子听诊器，其特征在于：所述处理装置设置有用于存储所述滤除了心音成分的肺音信号的存储模块。

9.如权利要求8所述的便携式无线电子听诊器，其特征在于：所述存储模块包括SD卡。

10.如权利要求1所述的便携式无线电子听诊器，其特征在于：所述无线发送模块和无线接收模块之间的信息收发采用射频。