CN104715665A - 一种三维、全息、互感仿真听诊系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三维、全息、互感仿真听诊系统，包括：数据库单元（1），用于存储不同病例对应人体各听诊区的音频电流信息；人体模型（2），其在各听诊区内设置有第一线圈；控制单元（3），分别与数据库单元（1）和人体模型（2）中的各听诊区内第一线圈连接，用于控制所述数据库单元（1）向所述各听诊区内的第一线圈发送与各听诊区相应的音频电流信息；听诊器（4），其包括听诊头，所述听诊头内设置有第二线圈和扬声器，当所述听诊装置（4）与所述人体模型（2）接触时，所述第二线圈耦合由所述第一线圈接收的音频电流信息产生的磁场，并驱动所述扬声器发声；具有听诊区域广、仿真效果好、操作方便、可多人同时听诊等优点。

Description

一种三维、全息、互感仿真听诊系统

技术领域

本发明涉及医疗教学用品，特别提供了一种三维、全息、互感仿真听诊系统。

背景技术

目前，全国各个医学院校在进行诊断学教学时，均需采用胸、腹部听诊教学系统对学员进行听诊教学培训。操作者能够在人体模型上模拟真实人体进行临床常见的、非常见的听诊操作，将专用的听诊器放置在人体模型的各个听诊区上，即可听到该听诊区的心音或呼吸音，操作者通过操作计算机安装的听诊软件系统可设置不同的听诊病例，根据病例的不同在模型人相应的听诊区听到的声音也有区别。

以往上述功能的训练系统存在两种实现技术手段，第一种技术是用音频播放设备（扬声器）播放一路或多路病例音频，通过根据各个听诊部位在人体模型内部安装多个扬声器，并通过扬声器把病例的声音播放出来，然后通过普通的声学听诊器进行听诊，以便达到教学目的。第二种技术是采用磁性传感器（干簧管传感器或霍尔传感器）组成矩阵网络，根据听诊部位镶嵌在人体模型的内部，然后通过安装在定制听诊器听诊头上的磁钢触发干簧管或霍尔传感器，并通过单片机电路进行解码定位后控制计算机或音频播放设备播放病例音频，病例音频通过一条音频线连接到定制听诊器的扬声器上，实现听诊教学。

上述的这两种技术方式都存在着弊端。第一种技术方式，由于受扬声器的体积限制，一个人体模型内安装不了太多的扬声器而导致听诊部位极少，同时听诊部位因为要镶嵌安装圆形或方形的扬声器，操作者用手触摸人体模型寻找听诊区时的手感不符合人体生理结构。此外，扬声器的安装方式和扬声器的品质高低也直接影响了听诊病例音频的效果。第二种技术方式，在使用中受到定制听诊器与模型人之间连接的音频线限制，使用时不方便，经常容易拉断连线，并且每个模型人只能练习一位学员，每位学员不能有自己专属的听诊器。这样在教学时每位学员要交替使用模型人的定制听诊器，极不卫生，容易产生交叉感染；同时磁性传感器安装于人体模型的内部，因为真实人体听诊区分布的不规则，所以人体模型的磁性传感器安装相对散乱，各听诊区位置的传感器间隙过于密集，极容易造成操作者将听诊器放置在A区，但触发的是B区的传感器，这样听到的就是B区的声音，容易误导操作者学习。

因此，如何研发一种可用于临床医学教学用的胸、腹部听诊虚拟仿真训练系统，使操作者用听诊器在人体模型的相应听诊区内能听到正常或非正常的心音、呼吸音，满足各医学院校临床体格检查教学的基本要求，成为人们亟待解决的问题。

发明内容                                 

鉴于此，本发明的目的在于提供一种三维、全息、互感仿真听诊系统，以至少解决以往训练系统中人体模型存在的听诊部位少、手感不符合人体生理结构，无法实现同时多人听诊，存在听诊器交叉感使用等问题。

本发明提供的技术方案，具体为，一种三维、全息、互感仿真听诊系统，其特征在于，包括：

数据库单元1，用于存储不同病例对应人体各听诊区的音频电流信息；

人体模型2，其在各听诊区内设置有第一线圈；

控制单元3，分别与所述数据库单元1和所述人体模型2中的各听诊区内第一线圈连接，用于控制所述数据库单元1向所述各听诊区内的第一线圈发送与各听诊区相应的音频电流信息；

听诊器4，其包括听诊头，所述听诊头内设置有第二线圈和扬声器，当所述听诊装置4与所述人体模型2接触时，所述第二线圈耦合由所述第一线圈接收的音频电流信息产生的磁场，并驱动所述扬声器发声。

优选，所述各听诊区内的第一线圈形状与该听诊区内相应诊断听诊区的形状一致。

进一步优选，所述人体模型2包括胸、腹部支架以及覆盖于所述胸、腹部支架外表面的皮肤层，且所述胸、腹部支架对应的各听诊区内表面设置有与该诊断听诊区形状一致的凹槽轨道，所述第一线圈缠绕于所述凹槽轨道内。

进一步优选，所述控制单元3与所述各听诊区内的第一线圈之间均连接有功放电路5，所述功放电路5用于放大所述音频电流信息。

进一步优选，所述控制单元3与所述各功放电路5之间连接有矩阵切换器6，所述控制单元3通过控制所述矩阵切换器6控制所述数据库单元1向所述各功放电路5发送相应的音频电流信息。

进一步优选，所述第一线圈和所述第二线圈均为铜制的多匝线圈。

进一步优选，所述第二线圈的匝数大于所述第一线圈的匝数。

进一步优选，所述数据库单元1为能够提供多声道的音源设备。

进一步优选，所述听诊头具体包括：

壳体71；

压盖72，其扣合于所述壳体71的上方，且所述压盖72与所述壳体71之间形成腔体；

听诊模块，其设置于所述腔体内，包括支架73、第二线圈74和扬声器75；所述支架73的中央设置有通孔731，在所述支架73的上表面沿所述通孔731外周设置有凹槽732；所述第二线圈74设置于所述凹槽732内；所述扬声器75的上端从所述支架73的下方穿过所述通孔731位于所述第二线圈74内部；

振膜76，其覆盖于所述听诊模块的上方，与所述压盖72下表面相接。

进一步优选，所述听诊头还包括：O型环77；所述支架73的上表面位于所述凹槽732的外周设置有环形凹槽733，所述O型环77设置于所述环形凹槽733内。

本发明提供的三维、全息、互感仿真听诊系统，其以线圈之间的电磁耦合替代了国内、外医学教学常规应用的扬声器装置和磁性传感器装置，通过将第一线圈依照人体胸、腹部的听诊区设计安装在人体模型中，其中的第一线圈将数据库单元中发送的音频电流信息转化为磁场信息，然后由听诊器中的第二线圈耦合后，推动扬声器发声，实现数据库单元中不同病例对应的音频信息传递，完成听诊训练的目的。

本发明提供的三维、全息、互感仿真听诊系统，其电磁耦合式传感可以完全覆盖人体模型各个听诊区域，解决了扬声器装置出现的听诊位置少、声音失真等难题，同时也满足了操作者可自带专属听诊器的要求，可以实现多人同时进行听诊，解决了听诊区域间隙过小的技术难题，本发明提供的训练系统不仅能够准确听到各听诊区相应的体征，而且还能听到与其相关联部位的各种异常体征或各种正常体征，如同在真实病人身上进行胸、腹部听诊的体格检查，具有听诊区域广、仿真效果好、操作方便、可多人同时听诊等优点。

附图说明

图1为三维、全息、互感仿真听诊系统的模块图；

图2为改进后三维、全息、互感仿真听诊系统的模块图；

图3为人体模型对应各听诊区的示意图；

图4为听诊器的结构示意图。

具体实施方式

下面以具体的实施方案对本发明进行进一步解释，但是并不用于限制本发明的保护范围。

为了解决以往扬声器式训练系统，需要在人体模型中安装多个扬声器，导致操作者用手触摸人体模型寻找听诊区时的手感不符合人体生理结构，同时由于扬声器的占用空间较大，安装个数有限，造成听诊部位少等问题，以及干磁性传感器式训练系统，无法实现多人同时听诊，专用听诊器需要与电脑连接，操作困难等问题，本实施方案提供了一种三维、全息、互感仿真听诊系统，其中，三维是指：人体模型为模拟真实人体结构的1:1比例制作，可在模型身上的前胸、后背、左肋、右肋进行各听诊区的听诊操作；全息是指：人体模型中的第一线圈可安装在模型的肺脏、心脏等听诊区，且可根据肺脏及心脏的诊断听诊区大小、形状制作、缠绕线圈的外形；互感是指：第一线圈及听诊器实现在人体模型身上听诊操作训练的方式。该听诊系统可参见图1，包括数据库单元1，该数据库单元1中存储了收集于不同病例对应人体各听诊区的音频电流信息；人体模型2，在人体模型2中设置了依照人体听诊区的分布设计的第一线圈；控制单元3，其分别与数据库单元1和人体模型2中的各听诊区内第一线圈连接，并控制所述数据库单元1向所述各听诊区内的第一线圈发送与各听诊区相应的音频电流信息；听诊器4，其包括听诊头，在听诊头内设置有第二线圈和扬声器，当所述听诊装置4与所述人体模型2接触时，所述第二线圈耦合由所述第一线圈接收的音频电流信息产生的磁场，并驱动所述扬声器发声。

该听诊系统的具体工作过程为，通过控制单元选择要进行听诊的病例，并控制数据库单元将该病例对应的各听诊区的音频电流信息发送到人体模型中相应的第一线圈中，根据安培定律，在通电的第一线圈附近会产生相应的磁场，从而，通过第一线圈将数据库单元中的音频电流信转化为相应的磁场信息，而操作者使用听诊器进行听诊时，需要将听诊器的听诊头放置到相应的听诊部位，此时，设置在人体模型中的第一线圈和设置在听诊头中的第二线圈构成了类似于变压器的结构，其中，人体模型中的第一线圈相当于变压器的初级线圈，而听诊头中的第二线圈相当于变压器的次级线圈，当两个线圈靠近时，初级线圈产生的磁场信息会被次级线圈耦合过来，在次级线圈中产生电压，直接驱动听诊头中的扬声器进行发声，通过听诊器的乳胶管与耳件将数据库单元中的病例声音传送到操作者耳中，完整听诊训练。

此外，该听诊系统中是通过磁场的形式进行信息的传递，人体模型内第一线圈的大小和数量，均可以按照人体生理特征制作，并且完全按照人体听诊区内诊断听诊区的形状绕制，在安装中第一线圈可以实现交叉或重叠安装，实现听诊区域连续不间断，可以同时听到人体不同脏器发出的声音，比如听左侧呼吸音时还能听到心跳声，如同对真人进行听诊。

为了提高该听诊系统与真人听诊的仿真程度，作为技术方案的改进，将各听诊区内的第一线圈形状设计与该听诊区内相应诊断听诊区的形状一致。

为了使操作者用手触摸人体模型寻找听诊区时的手感与触摸真人手感一致，作为技术方案的进一步改进，将人体模型2设计为包括胸、腹部支架以及覆盖于所述胸、腹部支架外表面的皮肤层，且所述胸、腹部支架对应的各听诊区内表面设置有与该听诊区内相应诊断听诊区的形状一致的凹槽轨道，所述第一线圈缠绕于所述凹槽轨道内。

为了提高该听诊系统的传音效果，作为技术方案的改进，参见图2，在控制单元3与各听诊区内的第一线圈之间均连接有功放电路5，该功放电路5用于放大所述音频电流信息，因此，该功放电路5可以选用目前市售的具有放大功能的电路，例如，差分放大电路等；更优选，第一线圈和第二线圈均为铜质线圈，且第二线圈的匝数大于第一线圈的匝数，我们通过实验发现，由于在使用该训练系统进行听诊训练时，第一线圈和第二线圈距离很近，使用2W的音频功放推动人体模型内部的第一线圈即可，而由于听诊头中的第二线圈匝数较多，产生的感应电压高，因此在听诊头中不需要使用功放电路，就可以直接推动8欧姆的耳机扬声器发声，这样设计以后，听诊头中不需要使用功放电路，可避免音频失真，与电路自身和感应外界的干扰，而且免去更换电池或充电的麻烦。应用中，听诊器和人体模型之间没有导线连接，可以每个学员人手一个听诊器，避免多人共用一个听诊器产生交叉污染，并且人体模型不受听诊器数量限制，可以多个听诊器同时在不同部位听诊，使用方便灵活。

为了实现控制单元3对于各功放电路5的控制，参见图2，可在控制单元3与各功放电路5之间连接有矩阵切换器6，所述控制单元3通过控制所述矩阵切换器6控制所述数据库单元1向所述各功放电路5发送相应的音频电流信息，而所述的矩阵切换器6可从市场上购买。

所述听诊器与以往听诊器结构一致，包括依次连接的听诊头、乳胶管和耳件，其中，只有听诊头与以往的听诊头不同，下面详细介绍一个听诊头的结构，但其结构并不仅限于此，参见图4，该听诊包括壳体71，扣合于所述壳体71的上方且与所述压盖72之间形成腔体的压盖72，在腔体内设置听诊模块，所述听诊模块包括支架73、第二线圈74和扬声器75；所述支架73的中央设置有通孔731，在所述支架73的上表面沿所述通孔731外周设置有凹槽732；所述第二线圈74设置于所述凹槽732内；所述扬声器75的上端从所述支架73的下方穿过所述通孔731位于所述第二线圈74内部；覆盖于所述听诊模块上方，与所述压盖72下表面相接设置有振膜76；听诊模块中支架的大小和普通听诊器听诊头内部大小一致，将听诊模块安装到壳体71和压盖72之间形成的腔体后，在听诊模块的上方和下方分别形成两个独立的腔体，在第二线圈耦合到磁场信息后产生电压驱动扬声器，扬声器的振膜推动空气，经乳胶管和耳件传到的使用者耳中，这样的听诊器并没有破坏原有听诊器的功能，平时还可以作为普通听诊器正常听诊使用。当作普通听诊器时，听诊器的振膜振动推动空气振动，然后带动扬声器的振膜振动，再推动空气振动，经乳胶管和耳件传到使用者的耳中，这样的听诊器结构简单，使用可靠，方便学员，节约资源。

为了提高该听诊头的听诊效果，作为技术方案的改进，所述听诊头还包括：O型环77；所述支架73的上表面位于所述凹槽732的外周设置有环形凹槽733，所述O型环77设置于所述环形凹槽733内，通过该O型环实现密封，提高该听诊头的拾音效果。

参见图3为我们具体设计的一款人体模型，其中，21代表右肺尖、22代表左肺尖、23代表主动脉瓣听诊区、24代表肺动脉瓣听诊区、25代表右肺中、26代表左肺中、27代表心前区听诊区、28代表主动脉瓣第二听诊区、29代表右肺下、210代表三尖瓣听诊区、211代表左肺下、212代表心尖听诊区，21、22、25、26、29、211为肺脏的呼吸音听诊区，23、24、27、28、210、212为心脏的心音听诊区，按照上述听诊区的设计，将第一线圈缠绕于人体模型内对应位置处，并采用安装有听诊模块的听诊器进行听诊训练，通过控制单元选择病例，例如，当设置模型为“二尖瓣关闭不全”的心脏病例时，听诊部位“12”区可听到吹风样的心脏杂音，“12”区安装的第一线圈在该病例时发射、播放“吹风样杂音”的音频文件，该病例声音向模型的左腋下传导，听诊其余听诊区部位时可听到的是正常的心音和呼吸音；当设置模型病例为“细湿罗音”的肺脏病例时，听诊部位“9”区可听到小水泡音，“9”区安装的线圈在该病例时发射、播放“小水泡音”的音频文件，听诊其余听诊区部位时可听到的是正常的心音和呼吸音。

以往由扬声器组成的听诊区，大的听诊区是由4-5个扬声组成，小的听诊区由一个扬声器组成，这样在使用中模型人只能演示20几个病例，远远达不到教学需求，并且把听诊器放到两个扬声器之间听诊时，会明显的感觉到声音的变小，听诊器在听诊区移动时，会感到声音一会大一会小或没有声音的情况出现。

 本方案中由线圈构成的听诊区和人体相同，听诊时不会出现音一会大一会小或没有声音的情况，优选方案中由于采用多声道和音频矩阵切换电路，模型人演示的病例大幅增加，可到千余例。

 以往由干簧管和霍尔传感器构成的传感器矩阵组成的听诊区，在听诊时必须用专用的听诊器听诊，并且听诊器还有一条音频线和模型相连，在教学中经常出现拉断音频线的情况，学生十分不愿意共用一个听诊器，这种技术每个模型只能由一名学生听诊，只能一个听诊区一个听诊区的听诊，两个听诊区的病例音频不能叠加。

 本方案中的听诊器是无线的，是由一个第二线圈和普通听诊器组合成的，可以做到操作者人手一个，解决了不卫生的交叉使用问题，而且还可以做到多人不同区域的同时听诊，且听诊区可以重叠，符合人体生理结构。

本方案提供的三维、全息、互感仿真听诊系统中人体模型内由第一线圈构成的听诊区和人体听诊区大小形状相同；在同一听诊区内听诊，病例音频是连续的，超出听诊区后病例音频随着听诊器的远离，声音会逐渐减小与人体一致，不存在声音断续大小不一的问题；可以实现多人不同区域不同病例音频同时连续听诊；听诊器是由普通听诊器加上结构简单第二线圈构成，结构简单，不会产生故障，并且不影响用于人体做普通声学听诊器使用，听诊器中不使用电子功放电路可以避免音频失真，与电路自身和感应外界的干扰，并且免去更换电池或充电的麻烦；听诊器和人体模型没有导线连接，可以每个学员人手一个听诊器，避免产生不卫生的交叉使用。

本发明的具体实施方案是按照递进的形式进行撰写的，着重强调各个实施方案的不同之处，其相似部分可以相互参见，不影响技术问题的解决和技术效果的产生。

Claims (10)

1.一种三维、全息、互感仿真听诊系统，其特征在于，包括：

数据库单元（1），用于存储不同病例对应人体各听诊区的音频电流信息；

人体模型（2），其在各听诊区内设置有第一线圈；

控制单元（3），分别与所述数据库单元（1）和所述人体模型（2）中的各听诊区内第一线圈连接，用于控制所述数据库单元（1）向所述各听诊区内的第一线圈发送与各听诊区相应的音频电流信息；

听诊器（4），其包括听诊头，所述听诊头内设置有第二线圈和扬声器，当所述听诊装置（4）与所述人体模型（2）接触时，所述第二线圈耦合由所述第一线圈接收的音频电流信息产生的磁场，并驱动所述扬声器发声。

2.按照权利要求1所述三维、全息、互感仿真听诊系统，其特征在于：所述各听诊区内的第一线圈形状与该听诊区内相应诊断听诊区的形状一致。

3.按照权利要求1所述三维、全息、互感仿真听诊系统，其特征在于：所述人体模型（2）包括胸、腹部支架以及覆盖于所述胸、腹部支架外表面的皮肤层，且所述胸、腹部支架对应的各听诊区内表面设置有与该诊断听诊区形状一致的凹槽轨道，所述第一线圈缠绕于所述凹槽轨道内。

4.按照权利要求1所述三维、全息、互感仿真听诊系统，其特征在于：所述控制单元（3）与所述各听诊区内的第一线圈之间均连接有功放电路（5），所述功放电路（5）用于放大所述音频电流信息。

5.按照权利要求4所述三维、全息、互感仿真听诊系统，其特征在于：所述控制单元（3）与所述各功放电路（5）之间连接有矩阵切换器（6），所述控制单元（3）通过控制所述矩阵切换器（6）控制所述数据库单元（1）向所述各功放电路（5）发送相应的音频电流信息。

6.按照权利要求1~5任一所述三维、全息、互感仿真听诊系统，其特征在于：所述第一线圈和所述第二线圈均为铜制的多匝线圈。

7.按照权利要求1~5任一所述三维、全息、互感仿真听诊系统，其特征在于：所述第二线圈的匝数大于所述第一线圈的匝数。

8.按照权利要求1所述三维、全息、互感仿真听诊系统，其特征在于：所述数据库单元（1）为能够提供多声道的音源设备。

9.按照权利要求1所述三维、全息、互感仿真听诊系统，其特征在于，所述听诊头具体包括：

壳体（71）；

压盖（72），其扣合于所述壳体（71）的上方，且所述压盖（72）与所述壳体（71）之间形成腔体；

听诊模块，其设置于所述腔体内，包括支架（73）、第二线圈（74）和扬声器（75）；所述支架（73）的中央设置有通孔（731），在所述支架（73）的上表面沿所述通孔（731）外周设置有凹槽（732）；所述第二线圈（74）设置于所述凹槽（732）内；所述扬声器（75）的上端从所述支架（73）的下方穿过所述通孔（731）位于所述第二线圈（74）内部；

振膜（76），其覆盖于所述听诊模块的上方，与所述压盖（72）下表面相接。

10.按照权利要求9所述三维、全息、互感仿真听诊系统，其特征在于，所述听诊头还包括：O型环（77）；所述支架（73）的上表面位于所述凹槽（732）的外周设置有环形凹槽（733），所述O型环（77）设置于所述环形凹槽（733）内。