CN107432751A - 共振频率可调节的听诊采集头 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是为了解决现有的听诊头拾音效果不理想，噪信比低﹑失真度高的问题，提出了一种共振频率可调节的听诊采集头。通过设计共振腔内腔面积及体积使其与麦克风达到最优匹配，即通过按压方式改变共振腔体积和形状自动改变共振腔频率使麦克风的拾音效果最好。本采集头是由共振腔壳﹑内置探头(驻极电容麦克风)﹑前置放大电路﹑信号滤波电路以及A/D转换电路组成。根据驻极电容麦克风灵敏度和频率特性，利用共振腔和共振频率的关系重新设计的共振腔壳的相关参数，使由共振腔拾取的人体声信号放大到麦克风的灵敏度范围内和将人体声信号的频率调制到麦克分频率响应曲线较平坦段对应的频率范围内。

Description

共振频率可调节的听诊采集头

技术领域

本发明涉及一种医疗器械技术领域，特别涉及一种电子听诊器的听诊头。

背景技术

自听诊器被临床使用以来，在医生为病人看病的时候扮演着非常重要作用。医生借助听诊器能听到病人的心音﹑呼吸音﹑肺音以及其他的杂音，即通过听诊器能够诊断病人的病情。近年来，为了满足现实需要，听诊器不断地被优化，现在主要有传统结构的听诊器以及电子听诊器。无论是传统的听诊器还是电子听诊器都有采用钟型或者膜型的听诊头，其拾音的效果也不够明显。为了能将生理声音放大，有人提出了将麦克风直接放在胸口采集，然后通过放大电路把生理声信号放大的方法，但这样会导致环境噪声信号同时被拾取和放大，除此之外由于人体声音没有落在麦克风灵敏区域内，麦克风拾音的效果不理想，比如信噪比低﹑漏取部分生理声信号。也有人提出了将麦克风直接接在传统的听诊器上的方法，但这种方法制造的听诊器结构复杂，不利于推广应用。为了能使人体声信号放大，采用共振腔设计的听诊头进行拾音，然而传统听诊器的共振腔设计是为了满足人耳蜗的灵敏度的，而不是满足麦克风的灵敏度的。为了改进以上问题，本文设计了共振频率可调节的听诊采集头(附图1～4)，共振频率可调节的听诊采集头是根据麦克风(本文采用的是驻极电容麦克风)的灵敏度，通过按压方式改变共振腔体积和形状自动改变共振腔频率，进而使人体声信号在麦克风灵敏度范围内传到麦克风，提高了信噪比，降低了失真度。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种共振频率可调节的听诊采集头。灵敏度和频率响应是麦克风拾音性能两个重要的指标。本发明结合这两个指标，将人体声信号放大到麦克风的灵敏度范围内和将人体声信号的频率调制到麦克风频率响应曲线较平坦段对应的频率范围内，这样麦克风拾取生理声信号的更接近原生理声信号。共振频率可调节的听诊采集头是根据麦克风的灵敏度，通过按压方式改变共振腔体积和形状自动改变共振腔频率及生理声信号放大比例，进而使人体声信号在麦克风灵敏度范围内传到麦克风，提高了信噪比，降低了失真度。采用共振频率可调节听诊采集技术的听诊器能够采集信噪比高，低失真的声源信号，医生用该类型听诊器诊断病情的时候能听取更全面的声信号，能得到更加全面有用的信息，更快速地做出更准确的判断。

本发明的目的是为了解决现有的听诊头拾音效果不理想，噪信比低﹑失真度高的问题，提出了共振频率可调节的听诊采集头的技术方案。本技术方案是通过设计共振腔内腔面积及体积使其与麦克风达到最优匹配，即通过按压方式改变共振腔体积使麦克风的拾音效果最好。本采集头是由共振腔壳﹑内置探头(驻极电容麦克风)﹑前置放大电路﹑信号滤波电路以及A/D转换电路组成。平时我们能听到声音是因为气流汇聚激射形成声波刺激耳道形成声音信号，同理共振腔壳的作用是利用设计共振腔顶面振动膜的面积是其底面振动膜面积的50倍，使其的共振腔的顶面振动膜大面积接触振动的皮肤通过汇聚形成高能量激射的原理，进而对采集声音的进行扩大。

根据驻极电容麦克风灵敏度和频率特性，利用共振腔和共振频率的关系重新设计的共振腔壳的相关参数，如表7所示，使由共振腔拾取的人体声信号放大到麦克风的灵敏度范围内和将人体声信号的频率调制到麦克分频率响应曲线较平坦段对应的频率范围内。

表7

共振腔参数和共振频率的关系：其中π为圆周率3.14，u为声速340.0m/s，r和d分别为共振腔的底面振动膜的半径和直径，L为底面和顶面振动膜之间的垂直距离，V为共振腔的体积。驻极电容麦克分频率响应曲线较平坦段对应的频率范围一般50～5000HZ。声速u＝340.0m/s,共振腔的顶面振动膜的半径r0＝17.7mm,底面振动膜的半径r1＝2.5mm﹑直径d1＝5.0mm，两个振动膜之间的垂直距离L＝5.0mm,共振腔体积V＝1.9×10-6m3。将r1﹑d1﹑L和V代入1式得到共振腔初始共振频率f＝1834.1HZ。医生想利用电子听诊器准确诊断病人的病情，那必须借助听诊器尽可能清楚地听到与病情相关的重要生理声信号。医生听到的生理声信号越清晰﹑准确，才能保证准确掌握病人的病情，才能对症下药。要使电子听诊器听诊头能拾取到高信噪比﹑低失真度的生理声信号，只有将人体声信号放大到麦克风的灵敏度范围内和将人体声信号的频率调制到麦克分频率响应曲线较平坦段对应的频率范围内。将共振频率可调节的听诊采集头放贴放在胸前的皮肤上，共振腔的顶面振动膜紧贴皮肤，顶面振动膜会因皮肤的振动而振动并且其形状发生形变，并且按压的力度大小与顶面振动膜形变程度成正比。内置探头(驻极电容麦克风)拾取经过共振腔放大和调制的生理声信号后输出电信号，电信号被前置放大电路放大后作为滤波电路的输入，被滤波(自适应滤波)后的电平信号进入信号分离模块进行信号分离(盲源分离的心肺音信号分离)，分离得到目标信号进入信号特征提取模块进行特征提取(小波奇异熵的心音特征提取)，信号特征提取之后经过A/D转换电路进行模数转换，得到数字信号输入到处理器，处理器处理后，经过D/A转换电路进行数模转换，得到的模拟信号经过功率放大电路后，再有扬声器转换为音频信号(生理声信号)，然后根据听到得生理声信号是否清晰，不断调整按压本听诊头的力度(在顶面振动膜发生形变的同时共振腔的体积和共振频率也自动发生变化，即生理声信号被放大的倍数及生理声信号频率被调制的倍数也发生变化。)直到能听到清晰的生理声信号(将人体声信号放大到驻极电容麦克风的灵敏度范围内和将人体声信号的频率调制到驻极电容麦克风频率响应曲线较平坦段对应的频率范围内)，维持此按压力度就能持续听到高信噪比﹑低失真度的生理声信号。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果,共振频率可调节的听诊采集头的优点是能根据驻极电容麦克风的灵敏度，通过按压方式改变共振腔体积和形状自动改变共振腔频率，进而使人体声信号在麦克风灵敏度范围内传到麦克风，提高了信噪比，降低了失真度。

附图说明

图1～4是共振频率可调节的听诊采集头的结构图；

图1正视图；

图2俯视图；

图3仰视图；

图4侧视图；

图5是共振频率可调节的听诊采集头的顶部盖子；

图6是共振频率可调节的听诊采集头的底部盖子。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例(1)

图1～4是共振频率可调节的听诊采集头的结构图，共振频率可调节的听诊采集头包括共振腔壳体﹑共振膜﹑底部和顶部盖子﹑驻极电容麦克风﹑电路模块以及电源组成。共振腔壳体1包括了顶部螺纹2和底部螺纹3﹑放置驻极电容麦克风的卡槽5﹑顶部螺纹内壁6和顶部螺纹外壁7﹑固定驻极电容麦克风的卡槽8﹑低部螺纹内壁10和底部螺纹外壁11﹑充电圆孔12和连接主体的内凹平面13；4是采集头的共振腔，9是放置信号采集电路的内腔，14是底部盖子，15是顶部盖子。如图5-6所示，其中顶部的盖子15把共振膜拧紧固定在共振腔壳体1上，驻极电容麦克风的咪头插到卡槽5上并利用卡槽8进行固定，电路模块放到信号采集电路的内腔9里面，电源通过充电圆孔12向电路模块供电，采集头通过连接主体的内凹平面13与听诊器主体拼接一起，最后把底部盖子14拧紧在共振腔壳体的底部。

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之内。

Claims (4)

1.一种共振频率可调节的听诊采集头，采集头是由共振腔壳﹑内置探头，驻极电容麦克风﹑前置放大电路﹑信号滤波电路以及A/D转换电路组成；通过设计共振腔内腔面积及体积使其与麦克风达到最优匹配，即通过按压方式改变共振腔体积使麦克风的拾音效果最好。

2.根据权利要求1所述的听诊采集头，其特征在于：结合灵敏度和频率响应，将人体声信号放大到麦克风的灵敏度范围内和将人体声信号的频率调制到麦克风频率响应曲线较平坦段对应的频率范围内，这样麦克风拾取生理声信号的更接近原生理声信号；共振频率可调节的听诊采集头是根据麦克风的灵敏度，通过按压方式改变共振腔体积和形状自动改变共振腔频率及生理声信号放大比例，进而使人体声信号在麦克风灵敏度范围内传到麦克风，提高信噪比，降低失真度。

3.根据权利要求2所述的听诊采集头，其特征在于：根据驻极电容麦克风灵敏度和频率特性，利用共振腔和共振频率的关系重新设计的共振腔壳的相关参数，使由共振腔拾取的人体声信号放大到麦克风的灵敏度范围内和将人体声信号的频率调制到麦克分频率响应曲线较平坦段对应的频率范围内。

4.根据权利要求3所述的听诊采集头，其特征在于：共振腔参数和共振频率的关系：其中π为圆周率3.14，u为声速340.0m/s，r和d分别为共振腔的底面振动膜的半径和直径，L为底面和顶面振动膜之间的垂直距离，V为共振腔的体积。