CN109480896A - 一种带有音腔传声器阵列的健康实时监护装置及监护方法 - Google Patents
一种带有音腔传声器阵列的健康实时监护装置及监护方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种带有音腔阵列的健康实时监护装置及监护方法，包括阵列式音腔传声器组件、控制装置和固定装置；其中，所述阵列式音腔传声器组件包括至少两个音腔传声器，所述音腔传声器用于采集待测者体内所发出的声音；所述控制装置用于根据所述阵列式音腔传声器组件采集的信号计算声源位置，并基于声源位置对阵列式音腔传声器组件采集到的信号进行后处理，得到实时监测声学信号；所述阵列式音腔传声器组件的每个音腔传声器内设置听音腔，该听音腔有一个敞开的开口，开口密封处理，保证音腔的密闭性，构成的音腔传声器用于增强接收声音的幅度。传声器组件的每个传声器中均设置音腔结构，能够有效排除杂音信号的干扰，提高监测信号的准确度。
Description
技术领域
本发明涉及一种带有音腔传声器阵列的健康实时监护装置和方法，属于智能穿戴设备及医疗器械领域。
背景技术
目前个人实时健康医疗监护逐渐在人们的生活中发挥了重要作用。
个人实时健康医疗监护是一种新型的医疗模式，它的出现使得现有的医院功能得以延伸到家庭，它不仅提供方便舒适的生活环境，还承担了健康教育、慢性病检测，胎儿健康状况监测、老年生活照顾和保健等责任，具有非常广阔的市场潜力。
目前现有的基于检测声音现象的监护装置包括胎心监护、心肺音监护等，设备在监护过程中始终与人体紧密接触，外界噪声、人体活动或与衣物摩擦等会产生很多杂音，而人体的各种声音信号相对微弱且位置不确定，现有的传感器结构均为直接利用传感器采集声音信号，无法有效排除这些杂音，导致监测结果不准确，给实时监护增加了工作难度。
现有医用听诊器带有音腔结构，但该结构在使用时需要具有专业知识的医生手动寻找声源位置，无法自动根据声源位置采集声音信号，且听诊器无法对人体进行实时监护。
发明内容
本发明的目的是提供一种结构简单、使用方便，可以避免杂音，能够用于多种实时监护领域的带有音腔阵列的健康实时监护装置。该装置无需专业人士采用专业方式操作，即能够长期且连续地进行准确的健康监护，获得高信噪比的实时监测信号，适合用户在生活中实时连续监测健康状况。
一种带有音腔阵列的健康实时监护装置，包括阵列式音腔传声器组件、控制装置和固定装置；
其中，所述阵列式音腔传声器组件包括至少两个音腔传声器，所述音腔传声器用于采集待测者体内所发出的声音，所述阵列式音腔传声器组件设置在所述固定装置上；
所述固定装置用于将所述阵列式音腔传声器组件与待测者固定；
所述控制装置用于根据所述阵列式音腔传声器组件采集的信号计算声源位置，并基于声源位置对阵列式音腔传声器组件采集到的信号进行后处理，得到实时监测声学信号；
其特征在于：所述阵列式音腔传声器组件的每个音腔传声器内设置听音腔，该听音腔有一个敞开的开口，开口密封处理，保证音腔的密闭性，构成的音腔传声器用于增强接收声音的幅度。
优选的，所述音腔由敞开的开口逐渐收缩至小型声传感器单位尺寸，并且预留一个相应尺寸的开口，在音腔的末端开口处安装小型声传感器，小型声传感器和开口密封处理。
优选的，所述小型声传感器可以选择硅微麦克风。
优选的，所述控制装置包括：
滤波模块，用于根据预设的监测信号的频率和周期特征过滤阵列式音腔传声器组件采集到的信号中的噪声信号，获得预处理信号。
方位识别模块，基于预设的监测信号的传播速度和幅度，对预处理信号进行处理，计算声源位置；
信号处理模块，基于声源位置对所述预处理信号进行后处理，得到实时监测声学信号。
优选的，在听音腔敞开的开口上连接一听音膜。
优选的，所述听音腔的内端可以根据应用领域不同选择不同的收缩曲率。
优选的，所述听音腔内端可以为常规圆柱状，在音腔的末端开口处安装小型声传感器，小型声传感器和开口密封处理。
优选的，所述小型声传感器的增强频段为50-2000Hz。
优选的，所述方位识别模块采用基于阵列信号处理的方位识别算法计算声源位置。
优选的，所述信号处理模块采用自适应阵列处理算法对阵列式音腔传声器组件采集到的信号进行后处理，得到实时监测声学信号。
优选的，所述信号处理模块采用盲源分离算法对阵列式音腔传声器组件采集到的信号进行后处理，得到实时监测声学信号。
优选的，所述控制装置还包括：
特征计算模块，对实时监测声学信号进行后处理，从中提取可以表征待测者健康状况的特征参数。
优选的，所述带有音腔传声器阵列的健康实时监护装置用于胎心监护，获得的实时监测声学信号为胎心信号。
优选的，所述带有音腔传声器阵列的健康实时监护装置用于心肺监护，获得的实时监测声学信号为心音及肺音信号。
优选的，所述控制装置还包括：音频放大电路，音频放大电路的输入端接信号处理模块，声音放大电路的输出端连接扬声器，用于直接播放该实时监测声学信号，也可数字化后传输至远端进行播放和分析处理。
优选的，所述控制装置还包括显示模块，用于显示信号处理模块输出的实时监测声学信号。
优选的，所述阵列式音腔传声器组件还包括柔性基底，所述至少两个音腔传声器设置在所述柔性基底上，所述柔性基底连接所述固定装置。
优选的，所述健康实时监护装置还包括加速计，用于测量所述音腔传声器阵列的加速度；所述控制装置根据所述加速度判断所述音腔传声器阵列是否移位及移动的位置，并根据音腔传声器阵列的位置变化，重新定位声源位置并对目标运动状态进行连续监测。
根据本发明的又一个方面，提供了一种利用带有音腔传声器阵列的健康实时监护装置进行健康实时监护的方法，包括：
根据音腔传声器阵列组件中的音腔传声器采集的信号计算声源位置；其中，所述音腔传声器阵列组件包括至少两个音腔传声器，所述音腔传声器用于采集待测者体内所发出的声音，所述阵列式音腔传声器组件的每个音腔传声器内设置听音腔，该听音腔有一个敞开的开口，开口密封处理，保证音腔的密闭性，构成的音腔传声器用于增强接收声音的幅度，所述音腔传声器阵列组件设置在所述固定装置上，所述固定装置用于将所述音腔传声器阵列组件与待测者固定；
基于声源位置对音腔传声器阵列采集到的信号进行后处理，得到实时监测声学信号。
优选的，所述音腔由敞开的开口逐渐收缩至小型声传感器单位尺寸，并且预留一个相应尺寸的开口，在音腔的末端开口处安装小型声传感器，小型声传感器和开口密封处理。
优选的，根据音腔传声器阵列组件中的音腔传声器采集的信号计算声源位置包括：根据预设的监测信号的频率和周期特征过滤音腔传声器采集到的信号中的噪声信号，获得预处理信号，基于预设的监测信号的传播速度和幅度，对预处理信号进行处理，计算声源位置。
优选的，在听音腔敞开的开口上连接一听音膜。
优选的，所述听音腔的内端可以根据应用领域不同选择不同的收缩曲率。
优选的，所述传感器的增强频段为50-2000Hz。
优选的，使用基于阵列信号处理的方位识别算法对预处理信号进行处理，计算声源位置。
优选的，基于声源位置对音腔传声器阵列采集到的信号进行后处理包括：采用自适应阵列处理算法对音腔传声器阵列采集到的信号进行后处理，得到实时监测声学信号。
优选的，基于声源位置对音腔传声器阵列采集到的信号进行后处理包括：采用盲源分离算法对音腔传声器阵列采集到的信号进行后处理，得到实时监测声学信号。
优选的，所述健康实时监护的方法进一步包括：对实时监测声学信号进行后处理，从中提取可以表征待测者健康状况的特征参数。
优选的，所述健康实时监护的方法监测的为胎心信号。
优选的，所述健康实时监护的方法监测的为心肺音信号。
优选的，所述健康实时监护的方法可以播放该实时监测声学信号，或显示所述实时监测声学信号的波形。
本发明能产生的有益效果包括：
采用音腔传声器阵列组件，因此能够灵敏且准确地定位声源位置，无需人工寻找声源位置，无需专业人士采用专业方式操作，即可对被测者进行实时健康监护。并且，通过固定装置将探头固定在待测者身上，使用方便，只需待测者穿戴即可进行实时健康监护。同时，在传声器组件的每个传声器中均设置音腔结构，能够有效排除杂音信号的干扰，更加准确的定位声源位置，获得高信噪比的监测信号，提高监测信号的准确度。
附图说明
图1为本发明的带有音腔传声器阵列的健康实时监护装置。
图2为本发明的带有音腔传声器阵列的健康实时监护装置的结构示意图；
图3为本发明的音腔传声器中听音腔的结构示意图（图3(a)和图3(b) 分别示出了不同收缩曲率的音腔）；
图4为本发明的带有音腔传声器阵列的健康实时监护装置中的控制框图；
图5为本发明的健康实时监护的方法的流程图；
具体实施方式
下面结合附图对本专利实施例进行详细描述。
应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明的带有音腔传声器阵列的健康实时监护装置，图2为本发明的带有音腔阵列的健康实时监护装置的结构示意图。参考图1和图2，该健康实时监护装置包括：阵列式音腔传声器组件1、控制装置2和固定装置3。
其中，所述阵列式音腔传声器组件1包括至少两个音腔传声器11，所述音腔传声器用于采集待测者体内所发出的声音，所述音腔传声器阵列组件设置在所述固定装置3上。
所述阵列式音腔传声器组件的每个音腔传声器内设置听音腔，该听音腔有一个敞开的开口，开口密封处理，保证音腔的密闭性，构成的音腔传声器用于增强接收声音的幅度。
所述固定装置3用于将所述阵列式音腔传声器组件1与待测者固定。
所述控制装置2用于根据所述阵列式音腔传声器组件1采集的信号计算声源位置，并基于声源位置对阵列式音腔传声器组件1采集到的信号进行后处理，得到实时监测声学信号。
优选的，所述音腔由敞开的开口逐渐收缩至小型声传感器单位尺寸，并且预留一个相应尺寸的开口，在音腔的末端开口处安装小型声传感器，小型声传感器和开口密封处理。
优选的，控制装置2能够持续周期性地根据所述探头采集的信号计算声源位置，并基于声源位置对音腔传声器阵列采集到的信号进行后处理，得到实时监测信号。因此，如果在监测过程中声源位置发生变化，控制装置2能够及时检测到新的声源位置并获得准确可靠的实时监测信号。
进一步地，在听音腔敞开的开口上连接一听音膜。
所述听音腔内端可以根据应用领域不同选择不同的收缩曲率。
所述传感器的增强频段为50Hz-2000Hz。
图3是本发明的带有音腔阵列的健康实时监护装置中音腔传声器中听音腔的结构示意图。如图3所示，所述音腔传声器阵列组件的每个音腔传声器内设置听音腔1001，该听音腔有一个敞开的开口，在音腔传声器内安装用于增强接收音频的小型声传感器1002，小型声传感器直接连接在音频信号调理放大电路板上 1003。
进一步地，在听音腔敞开的开口上连接一听音膜。
所述听音腔的内端可以呈收缩状，可以根据应用领域不同选择不同的收缩曲率。图3(a)和图3(b) 分别示出了不同收缩曲率的音腔。
图4本发明的带有音腔传声器阵列的健康实时监护装置中的控制框图。
如图4所示，该健康实时监护装置中的控制装置2包括滤波模块21、方位识别模块22和信号处理模块23。
其中，滤波模块21，用于根据预设的监测信号的频率特征和周期性特征过滤音腔传声器采集到的信号中的噪声信号，获得预处理信号。
方位识别模块22，基于预设的监测信号的传播速度，对预处理信号进行处理，计算声源位置。
信号处理模块23，基于声源位置对所述预处理信号进行后处理，得到实时监测声学信号。
进一步的，所述方位识别模块22采用基于阵列信号处理的方位识别算法计算声源位置。
进一步的，所述信号处理模块23采用自适应阵列处理算法对阵列式音腔传声器组件采集到的信号进行后处理，得到实时监测声学信号。
进一步的，所述信号处理模块23采用盲源分离算法对阵列式音腔传声器组件采集到的信号进行后处理，得到实时监测声学信号。
进一步地，滤波模块21根据预设的监测信号的频率和周期性特征过滤音腔传声器采集到的信号中的噪声信号，从而能够将无关的信号滤掉，进一步增强了检测的准确度。
在本发明实施例的上述技术方案的基础上，在一种具体的实现方式中，所述控制装置2中包括电源，为所述音腔传声器阵列组件中的各个音腔传声器11供电。
在本发明实施例的上述技术方案的基础上，在一种具体的实现方式中，所述音腔传声器阵列组件还包括柔性基底14，所述至少两个音腔传声器11设置在所述柔性基底14上，所述柔性基底14连接所述固定装置3。
在本发明实施例的上述技术方案的基础上，在一种具体的实现方式中，所述带有音腔阵列的健康实时监护装置为胎心实时监护装置，获得的实时监测信号为胎心信号。
在本发明实施例的上述技术方案的基础上，在一种具体的实现方式中，所述带有音腔阵列的健康实时监护装置用于心肺实时监护，获得的实时监测信号为心音及肺音。
在本发明实施例的上述技术方案的基础上，在一种具体的实现方式中，所述音腔传声器阵列组件包括三个音腔传声器11，所述三个音腔传声器11构成圆形阵列。采用圆形阵列，能够尽可能覆盖被测信号的可能范围。采用三个音腔传声器11，既能够精确地确定被测信号的位置，又能够有效的控制成本。上述三个音腔传声器11之间的间距需要控制在合适区间内，间距太大会离被测器官的位置较远，导致采集的信号较弱，间距太小会导致对被测器官的定位精度降低。在一种具体实现方式中，上述三个音腔传声器11 之间较佳的间距在6至10厘米之间。
在本发明实施例的上述技术方案的基础上，在一种具体的实现方式中，所述探头11还包括加速计，用于测量所述音腔传声器11的线加速度。所述控制装置1还用于根据所述音腔传声器11的线加速度判断所述音腔传声器11是否移位。因此，如果监测过程中由于被测者的运动导致音腔传声器11的位置发生变化，控制装置2能够根据加速计测量的音腔传声器11的线加速度检测到音腔传声器11的位置变化，例如，控制装置2能够检测不同音腔传声器11中加速计相对值的变化，从而检测到音腔传声器11的位置变化，因而采用该健康实时监护装置，能够通过重新定位来纠正音腔传声器11变化对连续监测的影响。
在本发明实施例的上述技术方案的基础上，在一种具体的实现方式中，探头中的传感器可以采用麦克风或者其他特制器件，例如，针对被测信号频段的振动传感器。
图5为本发明实施例三的利用带有音腔阵列的健康实时监护装置进行健康实时监护的方法的流程图。如图5所示，该方法包括以下步骤：
步骤S1：根据音腔传声器阵列组件中的音腔传声器采集的信号计算声源位置；
其中，所述音腔传声器阵列组件包括至少两个音腔传声器，所述音腔传声器用于采集待测者体内所发出的声音，所述阵列式音腔传声器组件的每个音腔传声器内设置听音腔，该听音腔有一个敞开的开口，开口密封处理，保证音腔的密闭性，构成的音腔传声器用于增强接收声音的幅度，所述音腔传声器阵列组件设置在所述固定装置上，所述固定装置用于将所述音腔传声器阵列组件与待测者固定；
步骤S2：基于声源位置对音腔传声器阵列采集到的信号进行后处理，得到实时监测声学信号。
优选的，所述音腔由敞开的开口逐渐收缩至小型声传感器单位尺寸，并且预留一个相应尺寸的开口，在音腔的末端开口处安装小型声传感器，小型声传感器和开口密封处理。
优选的，根据音腔传声器阵列组件中的音腔传声器采集的信号计算声源位置包括：根据预设的监测信号的频率特征和周期特征过滤音腔传声器采集到的信号中的噪声信号，获得预处理信号，基于预设的监测信号的传播速度，对预处理信号进行处理，计算声源位置。
在本发明实施例的技术方案的基础上，步骤S1进一步包括：使用基于阵列信号处理的方位识别算法对预处理信号进行处理，计算声源位置。
在本发明实施例的技术方案的基础上，步骤S2进一步包括：采用自适应阵列处理算法对音腔传声器阵列采集到的信号进行后处理，得到实时监测声学信号。
在本发明实施例的技术方案的基础上，步骤S2进一步包括：采用盲源分离算法对音腔传声器阵列采集到的信号进行后处理，得到实时监测声学信号。
在本发明实施例的技术方案的基础上，所述健康实时监护的方法进一步包括：对实时监测信号进行后处理，从中提取可以表征待测者健康状况的特征参数。
在本发明实施例的技术方案的基础上，步骤S1进一步包括测量所述音腔传声器的线加速度；所述控制装置根据所述音腔传声器的线加速度判断所述探头是否移位，并根据探头的位置变化，能够通过重新定位来纠正音腔传声器位置变化对连续监测的影响。
进一步地，优选的，所述健康实时监护的方法监测的为胎心信号。
优选的，所述健康实时监护的方法监测的为心肺音信号。
优选的，上述步骤持续周期性进行。因此，如果在监测过程中声源位置发生变化，能够及时检测到新的声源位置并获得准确可靠的实时监测信号。
在本发明中，采用阵列式音腔传声器组件，因此能够灵敏且准确地定位声源位置，无需人工寻找声源位置，无需专业人士采用专业方式操作，即可对被测者进行实时健康监护，并且，通过固定装置将音腔传声器固定在待测者身上，使用方便，只需待测者穿戴即可进行实时健康监护。同时，在音腔传声器阵列组件的每个音腔传声器中均设置音腔结构，能够有效排除杂音信号的干扰，更加准确的定位声源位置，获得高信噪比的监测信号，提高监测信号的准确度。
以上所述，仅是本申请的几个实施例，并非对本申请做任何形式的限制，虽然本申请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。
Claims (10)
1.一种带有音腔阵列的健康实时监护装置，包括阵列式音腔传声器组件、控制装置和固定装置；
其中，所述阵列式音腔传声器组件包括至少两个音腔传声器，所述音腔传声器用于采集待测者体内所发出的声音，所述阵列式音腔传声器组件设置在所述固定装置上；
所述固定装置用于将所述阵列式音腔传声器组件与待测者固定；
所述控制装置用于根据所述阵列式音腔传声器组件采集的信号计算声源位置，并基于声源位置对阵列式音腔传声器组件采集到的信号进行后处理，得到实时监测声学信号；
其特征在于：所述阵列式音腔传声器组件的每个音腔传声器内设置听音腔，该听音腔有一个敞开的开口，开口密封处理，保证音腔的密闭性，构成的音腔传声器用于增强接收声音的幅度。
2.根据权利要求1所述的带有音腔阵列的健康实时监护装置，其特征在于：所述音腔由敞开的开口逐渐收缩至小型声传感器单位尺寸，并且预留一个相应尺寸的开口，在音腔的末端开口处安装小型声传感器，小型声传感器和开口密封处理，或所述听音腔内端可以为常规圆柱状，在音腔的末端开口处安装小型声传感器，小型声传感器和开口密封处理，所述小型声传感器可选硅微麦克风，在听音腔敞开的开口上连接一听音膜，所述听音腔的内端可以根据应用领域不同选择不同的收缩曲率。
3.根据权利要求1所述的带有音腔阵列的健康实时监护装置，其特征在于：所述控制装置包括：
滤波模块，用于根据预设的监测信号的频率和周期特征过滤阵列式音腔传声器组件采集到的信号中的噪声信号，获得预处理信号。
方位识别模块，基于预设的监测信号的传播速度和幅度，对预处理信号进行处理，计算声源位置；
信号处理模块，基于声源位置对所述预处理信号进行后处理，得到实时监测声学信号。
4.根据权利要求1所述的带有音腔阵列的健康实时监护装置，其特征在于：所述小型声传感器的增强频段为50-2000Hz。
5.根据权利要求1所述的带有音腔阵列的健康实时监护装置，其特征在于：所述控制装置还包括：
特征计算模块，对实时监测声学信号进行后处理，从中提取可以表征待测者健康状况的特征参数。
6.根据权利要求1所述的带有音腔阵列的健康实时监护装置，其特征在于：所述带有音腔传声器阵列的健康实时监护装置用于胎心监护或心肺监护，获得的实时监测声学信号为胎心信号或心音及肺音信号。
7.根据权利要求1所述的带有音腔阵列的健康实时监护装置，其特征在于：所述控制装置还包括：音频放大电路或显示模块，其中音频放大电路的输入端接信号处理模块，声音放大电路的输出端连接扬声器，用于直接播放该实时监测声学信号，也可数字化后传输至远端进行播放和分析处理，显示模块用于显示信号处理模块输出的实时监测声学信号的波形。
8.根据权利要求1所述的带有音腔阵列的健康实时监护装置，其特征在于：所述阵列式音腔传声器组件还包括柔性基底，所述至少两个音腔传声器设置在所述柔性基底上，所述柔性基底连接所述固定装置。
9.根据权利要求1所述的带有音腔阵列的健康实时监护装置，其特征在于：所述健康实时监护装置还包括加速计，用于测量所述音腔传声器阵列的加速度；所述控制装置根据所述加速度判断所述音腔传声器阵列是否移位及移动的位置，并根据音腔传声器阵列的位置变化，重新定位声源位置并对目标运动状态进行连续监测。
10.一种利用如权利要求1-12任一所述的带有音腔传声器阵列的健康实时监护装置进行健康实时监护的方法，包括：
步骤s1：根据音腔传声器阵列组件中的音腔传声器采集的信号计算声源位置；
步骤s2：基于声源位置对音腔传声器阵列采集到的信号进行后处理，得到实时监测声学信号。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20190319 |
|
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |