CN106539595B - 一种提升肠鸣音区分度的主动多点肠蠕动监测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种提升肠鸣音区分度的主动多点肠蠕动监测装置，其包括肠蠕动监听信号采集模块、肠鸣音处理模块、声音信号输出模块、人机交互模块和电源；肠蠕动监听信号采集模块由带状包腹采集装置构成，负责多方位长时采集肠蠕动监听信号，然后转换成数字信号，以及在需要辅助肠鸣音产生的时候，发出脉冲超声信号以模仿手指叩击的效果；肠鸣音处理模块从采集到的肠蠕动监听信号中提取肠鸣音，给出每分钟肠鸣音的出现频次；声音信号输出模块将肠鸣音处理模块处理后的肠鸣音信号还原成声信号播放；人机交互模块进行人工控制开关机，显示肠鸣音处理模块的处理结果。本发明使得肠鸣音监测过程更加智能化，更加安全高效。
Description
技术领域
本发明涉及传感器技术和语音信号处理技术，具体涉及提升肠鸣音区分度的主动多点肠蠕动监测装置。
背景技术
肠鸣音，是肠蠕动时，肠管内气体和液体随之流动，产生一种断续的咕噜声或气过水声。胃肠道犹如一个只装了部分水的“瓶子”，其中稀薄的液体若加上气体，再加上胃肠壁本身的运动（胃肠蠕动）会使得胃内容物产生移动，在这一过程中便产生了肠鸣音。人体的肠蠕动一般与性别无太大的关系，大概是一分钟在4到5次左右，其频率、声响和音调变化较大，餐后频繁而明显，休息时稀疏而微弱。正常人的肠鸣音平时难以感觉到，甚至耳朵也听不到，只有将耳朵紧贴于腹壁或用听诊器才能听到它。它的频率范围为50-1000赫兹（Hz），持续时间为5-200毫秒（ms）。肠鸣音是人体重要的生理信号之一，是小肠运动状态的反映。肠鸣音是临床物理检查中的一个重要内容，是诊断某些肠道疾病的一项重要指标。不过由于肠鸣音不似心音、肺音那样有规律性，它的非周期性和随机性强，给肠鸣音检测和处理带来很大困难。
正常与病理状态下的肠运动不同，由此形成不同特征的肠鸣音。人体患有某些疾病时，肠鸣音会出现异常现象，如出现腹痛腹泻等症状时，肠蠕动会明显的增加，这称为肠鸣音活跃，若每分钟的次数在10次以上，称为肠鸣音亢进。各种原因的肠壁肌肉劳损，肠蠕动减弱时，肠鸣音也会减弱、变少，使得医生数分钟才听到一次，称肠鸣音减弱，见于老年性便秘、腹膜炎、电解质紊乱（低血钾），胃肠动力低下等。如持续听诊3到5分钟未听到肠鸣音，应重点听诊右下腹，并用手指轻叩或搔弹腹部仍无肠鸣音，称为肠鸣音消失，见于急性腹膜炎或麻痹性肠梗阻。通过肠鸣音每分钟出现的次数可以大致判断患者情况，但是更为细致的病理分析还需要提取肠鸣音的不同特征来进行判断，这对医生的经验和专业知识要求比较高。
正确区分不同的肠鸣音，可以为临床提供重要的诊断信息。目前，临床医生是通过听诊器来进行听诊的。正常情况下，肠鸣音每分钟 4-5次，医生很容易听到。但是有些病人，肠鸣音在连续 3-5 分钟以上才听到一次，有时候数十分钟也听不到，这容易造成医生的听诊疲劳，产生漏诊。另外，由于肠鸣音具有信号弱、噪声强、个体差异大以及随机性强等特点，使得每个病例的听诊时间大大增加。既然肠鸣音是一种声音信号，完全可以将其采集起来，转化为语音数字信号，再利用数字信号的方法处理。专利“肠鸣音监测识别系统”（ 申请号 201410559667.5）就将采集到的肠鸣音进行存储分析，另外对存储的肠鸣音进行频谱分析提取特征等，以辅助医生对疾病的诊断。专利“便携式医用肠鸣音分析、储存、播放系统”（ 申请号 201410559667.5）也将采集到的肠鸣音进行存储，然后回放，但是回放的仍然是直接采集的监测信号，即是监测时间多长，该信号也多长，而不是直接的肠鸣音。可见，在临床上医生对肠鸣音的判断还是基于听诊，若能将采集到的肠鸣音进行存储、识别和处理使其转化为合适的形式被人耳高灵敏听到，将会减短听诊时间，提高听诊效率。
传统的肠鸣音监测方法是让有肠鸣音诊断相关经验的医生用听诊器对其进行大约10-20分钟的听诊，听诊器主要由胸件、胶管和耳件组成。胸件将肠鸣声音收集放大，通过胶管传递到耳件并由人耳听到。医生需直接接触病人，通过听诊结果中监测到的肠鸣音各项特征指标来评判病人胃肠方面是否正常。目前临床上使用的听诊器具有许多的缺点：首先，普通听诊器对声音的拾取和传递有失真，歪曲和损失了许多有价值的声音信息；另外，由于人耳间的听觉差异，造成不同医生的听诊效果也不尽相同；再有，使用听诊器往往是依靠医生的经验判断，主观性强。
纵观目前的听诊方法有以下地方可以改进：
（1）使用听诊器听诊一般需要医生观测10-20分钟，但每次肠鸣声的持续时间仅仅几百毫秒，因此完全可以把几百毫秒的肠鸣声从观测时间里面提取出来供医生听。传统的听诊需要医生逐个听取患者10-20分钟的监测音（监测信号），过长时间的听诊容易使医生疲劳，且在病人较多的情况下，不仅所需的医生资源较大，而且会使患者等待时间过长。并且人为进行肠鸣音监测，容易造成主观上的判断失误。
（2）听诊方法需要医生与病人之间近距离的接触，可能导致病源从患者传播到医生。
（3）肠鸣音信号强度低，噪声大，因此采集过程中需要准确放置在肠鸣音最强的位置。但由于个体差异性大，不同的人在不同的时刻最强的肠鸣音信号可能出现在不同的位置。传统的肠鸣音采集装置仅是靠人工移动胸件，单点采集，容易错过肠鸣音，或者采集到的信号较弱。而且不同区域的肠鸣音不同，对记录到的信号进行处理后发现，中下腹的信号比其他区域丰富，而左下腹的信号则有更高的频率。
（4）肠鸣音信号的频率范围为50-1000Hz，人耳对3kHz-5kHz声音最敏感，幅度很小的声音信号都能被人耳听到，而在低频区（如小于800Hz），人耳对声音的灵敏度要低得多，容易发生掩蔽效应。一个较弱的声音（被掩蔽音）的听觉感受被另一个较强的声音（掩蔽音）影响，出现人耳的“掩蔽效应”。特别是在响度级较小时，低频声音灵敏度降低更加剧烈。也就是说肠鸣音的这个频率范围大部分频段是不适合用直接听得方式来加以辨别。
（5）目前的肠鸣音信号采集都是通过听诊器听诊或者其他一些采集装置去采集，属于被动地采集，但是根据上面的分析，对肠鸣音消失的诊断，需要在持续听诊3-5分钟未听到肠鸣音之后，再用手指轻叩或搔弹腹部，若此时仍无肠鸣音，才可以认为是肠鸣音消失。因此，为了减少人工干预，可以考虑在此情况下主动加一个激励信号，以刺激肠道。
发明内容
针对目前在肠鸣音监测与诊断领域存在的一些诸如听诊时间长，与病患接触可能导致病源传播，采集位置单一，采集形式被动，采集的肠鸣音即使回放也难以听出不同的特征等问题，本发明旨在提出一种提升肠鸣音区分度的主动多点肠蠕动监测装置，利用多点采集装置在肠道不同部位同时监听肠蠕动信号，且在特定时间没有采集到肠鸣音的情况下主动给外在激励以模仿手指轻叩来刺激肠道；从监听信号里面提取有用的肠鸣音，经过数字信号处理方法在频域扩展到人耳敏感的频段同时去掩蔽，变成适合人耳清晰辨认的语音信号，使得肠鸣音监测过程更加智能化，医生听诊肠鸣音更客观、时间更短、更高效、更安全。
本发明通过如下技术方案实现。
一种提升肠鸣音区分度的主动多点肠蠕动监测装置，该装置分为肠蠕动监听信号采集模块、肠鸣音处理模块、声音信号输出模块、人机交互模块和电源。肠蠕动监听信号采集模块由带状包腹采集装置构成，负责多方位长时采集肠蠕动监听信号，然后转换成数字信号，以及在需要辅助肠鸣音产生的时候，发出脉冲超声信号，以此模仿手指叩击的效果。肠鸣音处理模块从采集到的长时肠蠕动监听信号中提取肠鸣音，给出每分钟肠鸣音的出现频次，然后采用去掩蔽频域扩展技术，将肠鸣音信号从50-1000Hz扩展到人耳敏感的频段，将距离过近的谱线拉开防止掩蔽现象发生。声音信号输出模块将肠鸣音处理模块处理后的肠鸣音信号还原成声信号播放。人机交互模块进行人工控制开关机，显示简单的肠鸣音处理模块的处理结果，如一分钟有几次肠鸣音以及显示波形等。电源为各个模块提供电力支持。
以上各个模块可以构成单机便携式的肠鸣音听诊装置，以取代现在使用的听诊器；也可以在上面进行扩展，添加无线传输模块、后台处理器和后台人机交互模块，组成终端和服务器端的工作模式。肠蠕动监听信号采集模块多方位长时采集肠蠕动监听信号，通过无线传输模块发送到后台处理器进行各种处理，提取各种特征。后台人机交互模块对信号和各种特征及其处理诊断结果进行显示。肠鸣音处理模块和声音信号输出模块也可以放置在后台处理器，对肠蠕动监听信号提取的肠鸣音去掩蔽频域扩展技术处理后进行语音回放输出。
作为上述一种提升肠鸣音区分度的主动多点肠蠕动监测装置的优化方案，肠蠕动监听信号采集模块使用的是一种带状包腹的采集装置，外形像市面上由透气橡胶和莱卡棉布等组成的腰带，柔韧性好，和腹部贴合紧密，该采集装置上嵌有声采集传感器阵列和声发射探头。声采集传感器阵列将人体腹部分为若干个区域，每个区域都有传感器，以便固定及从多个角度接收到肠蠕动监听信号，得到更加全面的采集结果。在带状包腹采集装置的右下角（用于放于右下腹）设置了一个声发射探头，若肠蠕动监听信号采集模块的声采集传感器阵列持续采集3-5分钟，每个传感器获得的肠蠕动监听信号，在肠鸣音处理模块中都没有提取出肠鸣音，肠鸣音处理模块将给采集装置的声发射探头一个脉冲发送信号，声发射探头发送超声波到右下腹，刺激右下腹以此模仿手指叩击的效果，辅助肠鸣音的产生。若在多次刺激下仍然没有采集到肠鸣音，则判断为肠鸣音消失，这样可以避免人工判断和干预。
作为上述一种提升肠鸣音区分度的主动多点肠蠕动监测装置的优化方案，所述声采集传感器阵列中的每个传感器都由薄膜声音接收探头、低噪声运算放大电路和A/D转换器构成。薄膜声音接收探头非常薄而且敏感。当肠蠕动监听信号声音传输到薄膜声音接收探头时，其薄膜会随着声音一同振动。而薄膜下设有一个电极，薄膜在振动的时候会接触电极，接触时间长短跟振动的幅度有关（也就是声音的响度），这样就完成了声音信号到电信号的转换。但是这个信号非常微弱，低噪声运算放大电路对该声音进行放大处理，然后A/D转换器把模拟电信号转换成数字电信号，完成信号采集。
作为上述一种提升肠鸣音区分度的主动多点肠蠕动监测装置的优化方案，所述的肠鸣音处理模块包括肠鸣音提取单元、肠鸣音频次计算单元、去掩蔽频域扩展单元和脉冲产生单元，通过单片机或者数字信号处理器（DSP）编程来对声采集传感器阵列得到的肠蠕动监听信号提取肠鸣音和进行去掩蔽频域扩展处理，得到处理后的短时肠鸣音数字信号。所述肠鸣音提取单元依次从声采集传感器阵列得到的肠蠕动监听信号提取肠鸣音。所述肠鸣音频次计算单元根据每个传感器获得的完整肠蠕动监听信号提取出的肠鸣音，计算出每分钟的肠鸣音出现的频次，然后提供给人机交互模块进行显示，若同时在3-5分钟内计算出其肠鸣音频次都为0 ，即是未听到肠鸣音，则给脉冲产生单元一个控制信号，使其产生脉冲来辅助肠鸣音的产生。所述去掩蔽频域扩展单元将肠鸣音做快速傅里叶运算从时域转换到频域上，再进行频谱映射扩展，映射扩展到人耳敏感的频段，然后进行去掩蔽处理，得到处理后的短时肠鸣音数字信号。由于频谱进行了扩展，根据时频测不准原理，可知频谱扩展后的信号在时域上进行了压缩，即是再进行回放的时候，医生听得肠鸣音更短，同时变到人耳敏感的频段进行了去掩蔽处理，医生会听得更清楚和可分辨区分度更高。所述脉冲产生单元根据预设的脉冲参数产生特定脉冲信号给声发射探头，声发射探头发送相应的超声波来刺激右下腹以此模拟人工叩击的效果。
作为上述一种提升肠鸣音区分度的主动多点肠蠕动监测装置的优化方案，所述的声音信号输出模块由数模转换电路、放大电路和麦克风组成，将肠鸣音处理模块得到处理后的短时肠鸣音数字信号通过数模转换电路转变为模拟信号，然后经过放大电路放大后传递给麦克风进行播放。
作为一种提升肠鸣音区分度的主动多点肠蠕动监测装置的优化方案，所述的人机交互模块显示简单的肠鸣音处理模块的处理结果，如一分钟有几次肠鸣音；显示肠蠕动监听信号采集模块每个传感器获取的完整的长时肠蠕动监听信号；以及肠鸣音处理模块处理后的短时肠鸣音数字信号等。
上述一种提升肠鸣音区分度的主动多点肠蠕动监测方法，包括如下步骤：
（1）开始工作，采集肠蠕动监听信号。患者采取仰卧或者靠背坐的姿势，正确固定带状包腹采集装置，在人机交互模块处开启电源。肠蠕动监听信号采集模块工作大约20分钟，采集患者的肠蠕动监听信号，一边采集一边处理，即在采集的过程中一边采集，而已经采集的肠蠕动监听信号则送到肠鸣音处理模块进行处理。
（2）提取肠鸣音。肠鸣音处理模块根据一定的判断准则从声采集传感器阵列得到的肠蠕动监听信号提取肠鸣音。
（3）计算肠鸣音每分钟出现的频次。肠鸣音频次计算单元根据每个传感器获得的完整肠蠕动监听信号提取出的肠鸣音，计算出肠鸣音每分钟出现的频次，然后提供给人机交互模块进行显示。
（4）判断是否需要辅助肠鸣音的产生。若在肠鸣音处理模块中没有提取出肠鸣音，即肠鸣音处理模块的肠鸣音频次计算单元在3-5分钟内计算出其肠鸣音频次都为0，即未听到肠鸣音，则肠鸣音频次计算单元给脉冲产生单元一个控制信号，脉冲产生单元根据预设的脉冲参数产生特定脉冲信号给声发射探头，声发射探头发送超声波到右下腹，刺激右下腹以此模仿手指叩击的效果，辅助肠鸣音的产生。若在多次刺激下仍然没有采集到肠鸣音，则判断为肠鸣音消失。
（5）对肠鸣音进行频谱分析。肠鸣音处理模块去掩蔽频域扩展单元将肠鸣音做快速傅里叶运算从时域转换到频域。
（6）对肠鸣音进行映射扩展和去掩蔽处理。肠鸣音从频谱上进行映射扩展，映射扩展到人耳敏感的频段，同时进行去掩蔽处理。
（7）将处理后的短时肠鸣音数字信号传递到声音信号输出模块，播放给医生听。
（8）结果显示。人机交互模块显示简单的肠鸣音处理模块的处理结果，如一分钟有几次肠鸣音；显示肠蠕动监听信号采集模块每个传感器获取的完整的长时肠蠕动监听信号；以及肠鸣音处理模块处理后的短时肠鸣音数字信号等。
（9）诊断结束，关闭电源。
与现有技术相比较，本发明具有以下优点和技术效果：
（1）本发明采用带状包腹采集装置，多点采集装置在肠道不同部位同时监听肠蠕动信号，将腹部分为若干个区域，每个区域都有传感器，多角度全方位采集肠鸣音信号，避免错过肠鸣音，或者采集到的信号较弱。并在右下腹对应的位置设置有一个声发射探头，若在特定时间没有采集到肠鸣音的情况下主动给外在激励以模仿手指轻叩来刺激肠道，避免人工判断和减少人工干预。
（2）本发明采用该肠蠕动监测装置对患者进行检测，患者就医即可马上穿戴，等检测完成后，医生可以直接听取自己所需要的几百毫秒的肠鸣音并直接查看原有的和经过处理后的波形，使得医生听诊肠鸣音时间变短，减少医生和患者的等待时间。
（3）肠鸣音的频率范围为50~1000Hz，不是人耳最为敏感的频段，且在低频区人耳容易发生掩蔽效应。本发明采用去掩蔽频域扩展技术，将信号在频域上展宽，并将采集到的肠鸣音声音信号扩展到人耳敏感频段，经过数字信号处理去掩蔽，变成适合人耳清晰辨认的语音信号，使得医生听得更清楚和可分辨区分度更高。
（4）本发明设置持续听诊3-5分钟未听到肠鸣音之后，采用声发射探头发射超声波模拟手指轻叩腹部，以辅助产生肠鸣音。在这种情况下再静候一段时间，若还未收集到肠鸣音，才判断为肠鸣音的消失，提高了判断肠鸣音消失情况的客观性。
（5）使用该肠鸣音监测设备不需要医生和患者进行近距离的接触，避免了病源的传染。且在听诊短时肠鸣音的基础上还可以观察直接采集的长时监听肠蠕动信号、提取的肠鸣音波形与经过处理后的短时肠鸣音数字信号波形来辅助判断，避免了每个医生听觉差异而造成主观上的判断失误。
附图说明
图1是实例中提升肠鸣音区分度的主动多点肠蠕动监测装置单机模式的结构示意图。
图2是实例中升肠鸣音区分度的主动多点肠蠕动监测装置终端/服务器模式的结构示意图。
图3是实例中提升肠鸣音区分度的主动多点肠蠕动监测装置单机模式的示意图。
图4是实例中肠鸣音处理模块提取肠鸣音的原理示意图。
图5是实例中肠鸣音处理模块去掩蔽频域扩展的原理示意图。
图6是实例中提升肠鸣音区分度的主动多点肠蠕动监测方法的工作流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明，但本发明的实施不限于此。
如图1所示，是本实施例所述的提升肠鸣音区分度的主动多点肠蠕动监测装置的结构示意图。该装置分为肠蠕动监听信号采集模块、肠鸣音处理模块、声音信号输出模块、人机交互模块和电源。肠蠕动监听信号采集模块中的声采集传感器阵列监听腹部发出的肠蠕动声音，送至肠鸣音处理模块的肠鸣音提取单元。肠鸣音处理模块的肠鸣音提取单元根据一定的判断准则提取出肠鸣音，肠鸣音频次计算单元负责统计出现频次。若在一定的时间（3-5分钟）处理结果为0个肠鸣音，则给脉冲产生单元一个控制信号，脉冲产生单元产生特定脉冲信号给声发射探头。肠鸣音处理模块的肠鸣音提取单元提取出了肠鸣音，则由肠鸣音频次计算单元统计好出现频次后，交给去掩蔽频域扩展单元对其进行处理。最后肠鸣音提取单元、肠鸣音频次计算单元和去掩蔽频域扩展单元三者将各自的结果递交给人机交互模块进行显示，去掩蔽频域扩展单元将处理后的肠鸣音信号交给声音信号输出模块播放。电源为所有模块提供电能。
如图2所示，是本实施例所述的提升肠鸣音区分度的主动多点肠蠕动监测装置终端/服务器模式的结构示意图。各个单元之间的关系与图1所述基本相同，总体结构是将上述的各个模块分成两个部分构成终端和服务器端：肠蠕动监听信号采集模块，加上电源和无线传输模块构成终端；其余模块加上无线传输模块和电源构成服务器端，组成终端和服务器端的工作模式。
如图3所示，是本实施例所述的提升肠鸣音区分度的主动多点肠蠕动监测装置单机模式示意图。肠蠕动监听信号采集模块是一个带状包腹采集装置，外形像市面上由透气橡胶和莱卡棉布等组成的腰带，柔韧性好，和腹部贴合紧密，通过魔术贴301将其以类似腰带的形式固定在腹部。该采集装置上嵌有声采集传感器阵列302和声发射探头303。该实施例中声采集传感器阵列按照人体腹部分为5个区域，每个区域都有2个声采集传感器，以便固定及从多个角度接收肠蠕动监听信号，得到更加全面的采集结果。在带状包腹采集装置的右下角（用于放于右下腹）设置了一个声发射探头，当指定时间内没有探测到肠鸣音时，声发射探头发送超声波到右下腹，刺激右下腹以此模仿手指叩击的效果，辅助产生肠鸣音。肠蠕动监听信号采集模块负责将多方位长时采集的肠蠕动监听信号转换成数字信号，交给肠鸣音处理模块304进行处理，肠鸣音处理模块从采集到的长时肠蠕动监听信号中提取肠鸣音，然后采用去掩蔽频域扩展技术将信号转化为不掩蔽、适合人耳听觉范围的信号，得到的结果传递给人机交互模块305，由人机交互模块显示简单的肠鸣音处理模块的处理结果，如一分钟有几次肠鸣音，同时显示处理前和处理后的肠鸣音波形。声音信号输出模块306将处理好的肠鸣音信号还原成声信号，医生则可以通过佩戴图3所示的耳机307来进行听诊。
如图4所示，是本实施例所述的肠鸣音处理模块提取肠鸣音的原理示意图。可以简单的设定两个阈值（起始阈值A0，结束能量阈值差C0）来判断肠鸣音的起始和结束。肠鸣音提取单元通过预先设定的起始阈值A0来判断，当检测到信号超过肠鸣音起始阈值A0，则认为是肠鸣音的起始。开始后实时求取肠鸣音起始后的信号能量之和∑X2(n)并进行判断，若当前能量∑X2(n)与上一时刻能量的差值小于设定的结束能量阈值差C0时，则认为是肠鸣音的截止。根据以上原则提取出肠鸣音。
如图5所示，是本实施例所述的肠鸣音处理模块去掩蔽频域扩展的原理示意图。频域中的一个强音会掩蔽与之同时发声的附近的弱音，弱音离强音越近，一般越容易被掩蔽；反之，离强音较远的弱音不容易被掩蔽。例如，—个1000Hz的音比另一个900Hz的音高18dB，则900Hz的音将被1000Hz的音掩蔽。而若1000Hz的音比离它较远的另一个1800Hz的音高18dB，则这两个音将同时被人耳听到。因此每个频率的音都有掩蔽区域的音，在掩蔽区域若音强比较弱，就会被此频率的音掩蔽，但是声音频率与掩蔽区域不是线性关系，为从感知上来统一度量声音频率，引入了“临界频带”的概念。通常认为，在20Hz到16kHz范围内有24个临界频带，同一临界频带带内的音容易被屏蔽，不同临界频带带内的音不会被掩蔽。在低频区（如小于800Hz），由于人耳对低频声音的灵敏度要低得多，更容易发生掩蔽效应。正常肠鸣音的频率范围为50~1000Hz，人耳的识别频域范围在20Hz~14KHz之间（考虑到医生随着年龄增长识别的频率范围缩小，故取40岁时的人耳识别范围值），但是对3KHz到5KHz的频率最为敏感。为了使得医生更加全面地收集到肠鸣音所蕴含的信息，本实施例去掩蔽频域扩展技术，用一映射函数将50Hz~1000Hz映射扩展到50Hz~5KHz，如选择指数型映射函数，高阶多项式映射函数等，选择什么样的映射函数以去掩蔽效果最优，即是医生可分辨度最优为准则。具体选择是用具有不同特征的肠鸣音为训练样本，采用不同的映射函数来进行去掩蔽频域扩展，处理后的肠鸣音再给医生听诊和归类，归类的结果越接近初始不同特征的分类，以及再能细分更多的特征，这样的映射函数为最优。图中示意了一指数函数为映射函数，可以看出50Hz~1000Hz的频率一一映射扩展到50Hz~5KHz，且让距离较近的两个谱线在映射过后拉开距离，处于不同的临界频带，以此消除掩蔽效应。
如图6所示，是本实施例所述的提升区分度的主动多点肠蠕动监测装置的单次工作流程图。其对患者进行肠鸣音采集与监测的过程包括以下步骤：
（1）开始工作，采集肠蠕动监听信号。正确固定带状包腹采集装置，在人机交互模块处开启电源，肠蠕动监听信号采集模块工作大约10分钟，采集患者的肠蠕动监听信号，在采集的过程中一边采集一边处理，已经采集的肠蠕动监听信号先送到肠鸣音处理模块进行处理。
（2）提取肠鸣音。肠鸣音处理模块中的肠鸣音提取单元从声采集传感器阵列得到的肠蠕动监听信号提取肠鸣音。提取是通过预先设定的起始阈值A0来判断，当检测到信号超过肠鸣音起始阈值A0，则认为是肠鸣音的起始。开始后实时求取肠鸣音起始后的信号能量之和∑X2(n)并进行判断，若当前能量∑X2(n)与上一时刻能量的差值小于设定的结束能量阈值差C0时，则认为是肠鸣音的截止。
（3）计算肠鸣音每分钟出现的频次。分析完某个传感器获得的完整肠蠕动监听信号，肠鸣音频次计算单元根据每个传感器获得的完整肠蠕动监听信号提取出的肠鸣音，计算出每分钟的肠鸣音出现的频次，然后提供给人机交互模块进行显示。
（4）判断是否需要辅助肠鸣音的产生。若在肠鸣音处理模块中没有提取出肠鸣音，即肠鸣音处理模块的肠鸣音频次计算单元在3-5分钟内计算出其肠鸣音频次都为0，则是未听到肠鸣音。此时肠鸣音频次计算单元给脉冲产生单元一个控制信号，脉冲产生单元根据预设的脉冲参数产生特定脉冲信号给声发射探头，声发射探头发送超声波到右下腹，刺激右下腹以此模仿手指叩击的效果，辅助肠鸣音的产生。若在多次刺激下仍然没有采集到肠鸣音，则判断为肠鸣音消失。
（5）对肠鸣音进行频谱分析。肠鸣音处理模块去掩蔽频域扩展单元将肠鸣音做快速傅里叶运算从时域转换到频域。
（6）对肠鸣音进行映射扩展和去掩蔽处理。肠鸣音从频谱上进行映射扩展，映射扩展到人耳敏感的频段，同时进行了去掩蔽处理。
（7）将处理后的短时肠鸣音数字信号传递到声音信号输出模块，播放给医生听。
（8）结果显示。人机交互模块显示简单的肠鸣音处理模块的处理结果，如一分钟有几次肠鸣音；显示肠蠕动监听信号采集模块每个传感器获取的完整的长时肠蠕动监听信号，以及肠鸣音处理模块处理后的短时肠鸣音数字信号等。
（9）诊断结束，关闭电源。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种提升肠鸣音区分度的主动多点肠蠕动监测装置，其特征在于包括肠蠕动监听信号采集模块、肠鸣音处理模块、声音信号输出模块、人机交互模块和电源；肠蠕动监听信号采集模块由带状包腹采集装置构成，负责多方位长时采集肠蠕动监听信号，然后转换成数字信号，以及在需要辅助肠鸣音产生的时候，发出脉冲超声信号以模仿手指叩击的效果；肠鸣音处理模块从采集到的肠蠕动监听信号中提取肠鸣音，给出每分钟肠鸣音的出现频次，然后采用去掩蔽频域扩展技术，将肠鸣音信号从50-1000Hz扩展到人耳敏感的频段，将距离过近的谱线拉开防止掩蔽现象发生；声音信号输出模块将肠鸣音处理模块处理后的肠鸣音信号还原成声信号播放；人机交互模块进行人工控制开关机，显示肠鸣音处理模块的处理结果，处理结果包括一分钟有几次肠鸣音以及显示信号波形；电源为肠蠕动监听信号采集模块、肠鸣音处理模块、声音信号输出模块、人机交互模块提供电力；
所述的肠鸣音处理模块包括肠鸣音提取单元、肠鸣音频次计算单元、去掩蔽频域扩展单元和脉冲产生单元，通过单片机或者数字信号处理器编程来对声采集传感器阵列得到的肠蠕动监听信号提取肠鸣音和进行去掩蔽频域扩展处理，得到处理后的短时肠鸣音数字信号；所述肠鸣音提取单元依次从声采集传感器阵列得到的肠蠕动监听信号提取肠鸣音；所述肠鸣音频次计算单元根据每个传感器获得的完整肠蠕动监听信号提取出的肠鸣音，计算出每分钟的肠鸣音出现的频次，然后提供给人机交互模块进行显示，若同时在3-5分钟内计算出其肠鸣音频次都为0 ，即是未听到肠鸣音，则给脉冲产生单元一个控制信号，使其产生脉冲来辅助肠鸣音的产生；所述去掩蔽频域扩展单元将肠鸣音做快速傅里叶运算从时域转换到频域上，再进行频谱映射扩展，映射扩展到人耳敏感的频段，然后进行去掩蔽处理，得到处理后的短时肠鸣音数字信号；由于频谱进行了扩展，根据时频测不准原理，可知频谱扩展后的信号在时域上进行了压缩，即是再进行回放的时候，医生听得肠鸣音更短，同时变到人耳敏感的频段进行了去掩蔽处理，医生会听得更清楚和可分辨区分度更高；所述脉冲产生单元根据预设的脉冲参数产生特定脉冲信号给声发射探头，声发射探头发送相应的超声波来刺激右下腹以此模拟人工叩击的效果；
肠鸣音提取单元通过预先设定的起始阈值A0来判断，当检测到信号超过肠鸣音起始阈值A0，则认为是肠鸣音的起始，开始后实时求取肠鸣音起始后的信号能量之和∑X2(n)并进行判断，若当前能量∑X2(n)与上一时刻能量的差值小于设定的结束能量阈值差C0时，则认为是肠鸣音的截止；
所述带状包腹采集装置包括透气橡胶和莱卡棉布的腰带，通过魔术贴将其固定在腹部，肠蠕动监听信号采集模块上嵌有声采集传感器阵列和声发射探头；声采集传感器阵列按照人体腹部分为5个区域，每个区域都有2个声采集传感器，在带状包腹采集装置的右下角设置一个声发射探头，当3-5分钟内没有探测到肠鸣音时，声发射探头发送超声波到右下腹，刺激右下腹以此模仿手指叩击的效果，辅助产生肠鸣音；肠蠕动监听信号采集模块负责将多方位长时采集的肠蠕动监听信号转换成数字信号，交给肠鸣音处理模块进行处理，肠鸣音处理模块从采集到的长时肠蠕动监听信号中提取肠鸣音，然后采用去掩蔽频域扩展技术将信号转化为不掩蔽、适合人耳听觉范围的信号，得到的结果传递给人机交互模块，由人机交互模块显示简单的肠鸣音处理模块的处理结果，声音信号输出模块将处理好的肠鸣音信号还原成声信号。
2.根据权利要求1所述的一种提升肠鸣音区分度的主动多点肠蠕动监测装置，其特征在于肠蠕动监听信号采集模块、肠鸣音处理模块、声音信号输出模块、人机交互模块和电源集成为单机便携式的肠鸣音听诊装置，即作为检测终端，以取代现有使用的听诊器。
3.根据权利要求1或2所述的一种提升肠鸣音区分度的主动多点肠蠕动监测装置，其特征在于还包括无线传输模块、后台处理器和后台人机交互模块，肠蠕动监听信号采集模块多方位长时采集肠蠕动监听信号，通过无线传输模块发送到后台处理器进行处理；后台人机交互模块对信号和处理结果进行显示；肠鸣音处理模块和声音信号输出模块还能放置在后台处理器，对肠蠕动监听信号提取的肠鸣音去掩蔽频域扩展技术处理后进行语音回放输出。
4.根据权利要求3所述的一种提升肠鸣音区分度的主动多点肠蠕动监测装置，其特征在于所述声采集传感器阵列中的每个传感器都由薄膜声音接收探头、低噪声运算放大电路和A/D转换器构成；当肠蠕动监听信号声音传输到薄膜声音接收探头时，薄膜声音接收探头的薄膜会随着声音一同振动，而薄膜下设有一个电极，薄膜在振动的时候会接触电极，接触时间长短跟振动的幅度有关即对应声音的响度，这样就完成了声音信号到电信号的转换；低噪声运算放大电路对该电信号进行放大处理，然后A/D转换器把模拟电信号转换成数字电信号，完成信号采集。
5.根据权利要求3所述的一种提升肠鸣音区分度的主动多点肠蠕动监测装置，其特征在于所述的声音信号输出模块由数模转换电路、放大电路和麦克风组成，将肠鸣音处理模块得到处理后的短时肠鸣音数字信号通过数模转换电路转变为模拟信号，然后经过放大电路放大后传递给麦克风进行播放。
6.根据权利要求3所述的一种提升肠鸣音区分度的主动多点肠蠕动监测装置，其特征在于所述的人机交互模块显示简单的肠鸣音处理模块的处理结果，显示肠蠕动监听信号采集模块每个传感器获取的完整的长时肠蠕动监听信号，以及肠鸣音处理模块处理后的短时肠鸣音数字信号。
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