CN110037733A - 一种便携式程控无线体音监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种便携式程控无线体音监测系统，所述系统包括：体音监测仪和主控仪；体音监测仪采集到体音信号，通过无线传递到主控仪，主控仪用于接收和分析来自体音监测仪采集的数据信息，将主控仪的控制命令发送至体音监测仪；体音监测仪包括：体音采集模块、工频抑制模块、共模降噪模块、前置程控差动放大模块、程控选频模块、程控幅度模块、A/D转换模块、控制模块、RF模块；主控仪包括：处理器、接口单元、存储单元、视频显示单元、数据分析单元、刺激控制单元、视频监控单元、系统设置单元、频谱分析显示单元、日志单元和数据记录单元；通过建立无创连续体音监测系统，采集健康成人受试者平静呼吸状态下的体音信号。

Description

一种便携式程控无线体音监测系统

技术领域

本发明涉及体音监测领域，具体地，涉及一种便携式程控无线体音监测系统。

背景技术

部分人体器官生理活动期间会产生一些声音，如心脏跳动的心音，呼吸道内气体流动的呼吸音，肠道蠕动的肠鸣音等。这些声音可以总称为体音，他们在器官结构和功能正常时叫生理性体音，当器官结构和功能发生改变时称为病理性体音。因此，通过监测这些体音的改变，能了解人体相应器官结构功能的健康状况。因此，听诊成为临床医生为患者实施体格检查的重要组成成分。

目前，临床医生常用的听诊工具是听诊器。传统听诊器是在1816年法国医学家RenéLaennec雷奈克发明的。最初是单声道木制听筒，逐渐演变到如今常见的双声道入耳式胶管型听诊器。迄今，听诊器成为一项重要的诊断工已有200多年来历史，其在临床仍然有不可取代的作用。

临床医生通过听诊器获取体音的基本特征并用于辅助诊断相应器官系统的疾病。尽管其具有低成本、安全、无创、实时等优点，但也存在如下缺点：(1)主观性：不同医师听诊的结果差异可能很大，与医师的基本技能和经验都有很大关系；(2)不能保存：不便于了解病情的进展和治疗的效果；(3)不能连续监测:对危重患者不能提供体音的连续变化；(4)不能远距离实施:必需医生与患者面对面才能完成听诊这一体格检查；(5)漏诊：受人耳听力的限制，体音的一些细微变化容易遗漏，从而不利于病情演变和治疗效果的精细化判断。

发明内容

社会已经进入二十一世纪，科技进入了电子化和信息化时代，我们完全有能力用先进的电子工程技术代替传统的听诊器，用信息化手段分析、保存和呈现体音，从而克服传统听诊的所有缺点，实现客观、连续、可保存、远程监测和共享等特性，本发明专利申请的一种便携式程控无线体音监测系统就能实现这些目标。它利用电子听诊器和计算机辅助体音分析技术拓展了体音的记录方式和分析视角，但需要克服噪音处理和优化分析计算方法。本发明的目的在于针对现有技术的不足，设计提供一种便携式程控无线体音监测系统，通过建立无创连续体音监测系统，采集健康成人受试者平静呼吸状态下的体音信号，采用基于时域的算法提取特征参数进行分析，计算呼吸频率，同时以对称肺部的传统听诊器听诊作为对照，验证监测系统的一致性；应用该监测系统在内镜室内拟行不插管全身麻醉的患者中记录监测体音信号，以鼻式二氧化碳采集管监测呼吸频率作为对照，观察在内镜室不插管全身麻醉中的呼吸特征，分析两种方法的一致性以探索监测系统的临床应用价值。

本系统的特点是：

(1)本系统有工频抑制模块；工频抑制模块能很好抑制50HZ(60HZ)工频干扰，提高了设备的抗干扰能力，信号准确性、保真度得到提升。

(2)有程控差动放大模块、幅度自适应模块；这样很好的解决了接收幅度动态范围的问题，不仅很大的提高了系统本身幅度接收范围，同时增强了系统的稳定性。这样设备的实用性强，同时在使用时不用考虑人的个体差异以及人身体部位的差异。

(3)本设备有程控选频模块，这样用户可以根据需要设定相应的采集频率范围，这样提高了系统采集信号的准确性，同时不至于让有用信号丢失；一个设备完成其他几个设备的功能，不仅简单实用，也减轻了使用者的负担。

(4)由于本系统是一个自适应程控系统，无线体音监测仪实时记录体音信号，可以根据不同的监测对象，来选择采集不同频率的声音信号，以适应不同的监测对象、不同的声音信号的幅度大小、用户的不同使用部位。这样对用户来说，该设备的使用安全、简单、范围大、治疗效果好。

(5)由于监测对象的声音信号较弱，容易受到外部信号的干扰，如环境杂音、心音、肌肉摩擦等，且体音信号在频谱上与其有部分重叠，难以寻找规律进行成分分离和降噪处理。系统设计了共模降噪模块以及身体移动模块，有效降低了环境噪声带来的对信号采集的干扰。

(6)数字化、电子化的发展实现了听诊的信息共享、录音存储和回放，同时提高了听诊的敏感性和特异性；声谱图分析更分类细化地展示了不同疾病状态下的声学特点，同时开辟了听诊信号可视化的新方向，对临床辅助诊断和医学教育方面都大有贡献。

体音为非稳定信号，不同分析方法提取出的特征参数不同，既往研究多只针对某一类异常体音或某一特殊呼吸系统疾病监测，找到相对合适的算法，而较局限的特征参数用于体音分类的效果不佳，且不同临床需要所对应的参数亦不同，难以交互匹配，前者实时性欠佳，后者则对信号质量有较高要求、易被干扰。

本申请提供了一种便携式程控无线体音监测系统，所述系统包括：

体音监测仪和主控仪；体音监测仪采集到体音信号，通过无线传递到主控仪，主控仪用于接收和分析来自体音监测仪采集的数据信息，将主控仪的控制命令发送至体音监测仪；

体音监测仪包括：体音采集模块、工频抑制模块、共模降噪模块、前置程控差动放大模块、程控选频模块、程控幅度模块、A/D转换模块、控制模块、RF模块；体音采集模块将采集到的原始信号接入前置程控差动放大模块的输入端，对动作原始声音信号进行放大，放大后的信号输入工频抑制模块和共模降噪模块进行降噪处理，经降噪后的信号输入程控选频模块；程控选频模块选择需要的频率，程控选频模块处理后的信号输入程控幅度模块进行处理输出需要的幅度信号，并输入A/D转换模块进行A/D转换；控制模块通过同步串行接口与RF模块相联，RF模块将信号调制后通过无线方式传输至主控仪；

主控仪包括：处理器、接口单元、存储单元、视频显示单元、数据分析单元、刺激控制单元、视频监控单元、系统设置单元、频谱分析显示单元、日志单元和数据记录单元；所述处理器用于连接于接口单元、存储单元、视频监控单元，通过数据分析单元、刺激控制单元、系统设置单元、频谱分析显示单元、日志单元和数据记录单元进行数据处理，最后通过视频显示单元进行显示；视频显示单元用于根据处理器的处理结果显示信号波形；系统设置单元用于设置相关参数；频谱分析显示单元用于分析信号的频谱图，并对显示信号的频谱图类型进行选择；日志单元用于记录上位机的操作日志；存储单元用于存储分析后的数据信息；接口单元用于连接主控仪和体音监测仪；数据分析单元用于对采集到的信息进行处理和分析，包括根据设置的频段进行数字滤波及工频过滤，特征信号的提取；视频监控单元用于采用视频图像监控采集对象，并将过程视频信息记录在特定格式的文件中。

优选的，共模降噪模块通过对两路声音采集模块采集到的共模信号进行处理。

优选的，程控选频模块的工作过程为：

(1)用户通过主控仪设定需要的频率工作范围；

(2)主控仪根据用户设定的参数利用有源滤波器的算法计算出相应的电阻电容参数；

(3)主控仪将相应参数发送到动作电位仪控制模块，控制模块安装相应参数控制可变电容模块、可变电阻模块；

(4)主控仪收到动作电位仪控制模块反馈的信号后，发送选频校准命令；同时进入接收校准信号状态；

(5)体音监测仪输出校准信号，同时将收到的信号发送到主控仪；

(6)主控仪根据收到的信号判定收到的信号的准确性，同时做出修正；从重复上述2-5的流程；最终达到频率要求为止；

(7)程控选频模块校准结束，进入正常接收信号状态。

优选的，所述系统的工作过程为：

步骤1：系统初始化，启动整个系统；

步骤2：根据要监测的体音特征，在主控仪进行特征参数设置，通过无线传输将特征参数和信号采集、滤波参数传递给体音监测仪；

步骤3：将体音信号采集仪的声音采集模块与被监测者体表接触，体音信号采集仪对被监测者的体音信号进行实时采集；将采集到的信号发送至接收器；接收器接收到信号后，转发给上位机；

步骤4：在上位机上进行相关参数的设置，上位机根据设置的参数对信号进行分析，计算出体音相关的特征参数。

优选的，上位机对接收器转发过来的体音信号进行分析处理包括以下步骤：

步骤1：处理器对初次接收到的信号进行低通滤波，并过滤掉直流分量；

步骤2：计算噪声的均方根值，评估噪声的强度；根据均方根值的计算结果，得出合适的电压阈值；

步骤3：在上位机上根据得出的电压阈值进行设定，上位机发送命令至体音监测仪，进行信号的正式采集；

步骤4：根据接收到的采集信号，上位机计算出一个集信号值w(n)，其被定义为：

其中，x(n)为时间n的体音信号的幅度，其权值为b₀，x(n-1)为时间n-1的体音信号的幅度，其权值为b₁，以此类推；根据这个参数来对接收到的信号进行滤波，滤除短时间内的信号浮动；

步骤5：根据计算出来的w(n)，累加N个点，再计算平均值，计算出参数a(n)；

步骤6：根据参数a(n)，上位机生成另外一个变化率参数：

其中，r_n和r_n-1分别为时间n和n-1时刻的体音信号的变化率；

步骤7：上位机根据最近1秒内的数据，动态生成一个阈值门限；

步骤8：根据该阈值门限，判断是否是体音信号。

优选的，系统设置单元用于设置相关参数，用于对上位机进行滤波设置、频谱设置、目录设置、监控摄像头设置，以及对无线体音监测仪进行参数设置。

优选的，频谱图类型包括：平面频谱图、柱状频谱图和3D频谱图种显示模式。

优选的，工频抑制模块对50HZ工频信号抑制率达到-25db，对60HZ抑制率达到-38db。

优选的，前置程控差动放大模块能够根据不同信号调整差动放大模块的放大倍数，能够实现2至21倍的放大倍数调节。

优选的，程控选频模块能够获得0.1HZ至6KHZ内的带通滤波器；能够通过主控仪调整程控选频模块的相应参数。

进一步的，体音监测仪中体音去噪包括：呼吸音去噪和肠鸣音去噪，呼吸音去噪流程为：

对原始数据加窗选择一定时长的数据进行归一化处理，然后基于EMD分解为若干IMF分量；

基于选取的原始数据，通过心音定位程序，将心音信号片段从原始数据中提取出来进行下一步处理；

通过心音定位，得到含有心音片段的信号，以及不含心音信号的片段数据，将心音信号片段通过某一频率高通滤波得到滤波后的呼吸音信号，将不含心音信号片段通过带通滤波，去除低频、高频噪声；

将上述得到的心音信号片段及不含心音的呼吸音信号片段，再重新组装合成为去噪后的呼吸音信号片段，最终重构出需要的呼吸音信号。

进一步的，体音监测仪中体音去噪包括：呼吸音去噪和肠鸣音去噪，肠鸣音去噪流程为：

在体音监测仪的上增加一个屏蔽罩，用于降低外界噪声对肠鸣音信号的干扰；

基于采集得到的肠鸣音信号片段，加窗选择一定时长的数据，并基于此数据分别进行某两个频段的高通及低通滤波；

基于滤波后的数据，进一步采用自适应小波去噪，进一步得到去噪后的肠鸣音信号；

通过自适应阀值定位肠鸣音的起始点位置，并基于此得到疑似肠鸣音数据片段；

通过肠鸣音识别程序，对疑似肠鸣音数据片段进行识别处理，如果识别为肠鸣音，即可进行下一步特征计算，否则进行下一段数据采集分析。

本申请提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

1、灵活性高、实用性强：本发明采用无线数据传输的方式且整个装置体积下、重量轻，可以采集生物体在移动状态下的体音信号数据。可以排除因为将生物体固定在某个位置影响生物体体音信号的状态，进而影响分析和判断结果。以实现无创、连续、实时的体音监测，更好地保证患者安全。本系统中的控差动放大模块、幅度自适应模块，很好地解决了接收幅度动态范围的问题，不仅很大的提高了系统本身幅度接收范围，同时增强了系统的问题性。增强了设备的实用性，同时在使用时不用考虑人的个体差异以及人身体部位的差异。

2、应用领域广：本发明的系统和方法不仅可以适用于医学或者生物学研究，同时也可以适用于其他的领域。例如，通过内镜室内拟行不插管全身麻醉的患者中记录监测体音信号，以鼻式二氧化碳采集管监测呼吸频率作为对照，观察在内镜室不插管全身麻醉中的呼吸特征，分析两种方法的一致性，探索监测系统的临床应用价值。

3、精度高：本发明对神经信号的敏感程度可以达到0.28μV，大大提升了对体音信号的敏感程度，使得采集结果更加准确。本系统的工频抑制模块能很好抑制50HZ(60HZ)工频干扰，提高了设备的抗干扰能力，信号准确性、保真度得到提升。

4、安全性高、效果好：由于本系统是无创、连续、无线监测和对呼吸频率的准确计算，在安静环境下与传统听诊一致性好、抗干扰性较好，以适应不同的用户、不同使用阶段的用户、用户的不同使用部位。这样对用户来说，该设备的使用安全、简单、范围大、治疗效果好。

5、数据准确：由于本系统采用了降噪处理模块以及身体移动模块，有效地降低了环境噪声以及肌肉摩擦带来的信号的干扰，体音信号波形记录连续、清晰、完整，无漏记情况，信号可读性高，对下一步的特征值的计算及数据的提取带来质的提升。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定；

图1是本申请中体音监测仪的组成示意图；

图2是本申请中上位机的组成示意图；

图3是本申请中呼吸音去噪重构流程示意图；

图4是本申请中肠鸣音去噪计算流程示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在相互不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述范围内的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

本申请中的便携式程控无线体音监测系统，由体音监测仪和主控仪组成；体音监测仪采集到体音信号，通过无线传递到主控仪，主控仪通过上位机软件以无线通讯方式体音监测仪进行参数设置。

请参考图1，无线体音监测仪包括：体音采集模块、工频抑制模块、共模降噪模块、前置程控差动放大模块、程控选频模块、程控幅度模块、A/D转换模块、控制模块、RF模块。首先声音采集模块采集到的原始信号接入前置差动放大模块的输入端，在完成动作原始声音信号放大后，前置差动放大模块的输出端进入工频抑制模块和降噪模块进行降噪处理，经降噪后的信号进入程控选频模块；程控选频模块选择需要的频率，然后程控选频模块的输出端接入程控幅度模块的输入端；程控幅度模块输出需要的幅度信号，程控幅度模块的输出端接入A/D转换模块；最终控制模块通过同步串行接口与RF模块相联，RF模块将信号调制后通过无线方式与主控仪通信。

工频抑制模块

工频信号指的是50HZ或60HZ的交流电信号，与生物电信号相比交流电信号往往幅度大、随机、频率在生物电信号的范围内。工频信号影响生物电信号采集的准确性，极端情况甚至造成设备工作不正常；所以对工频信号的抑制是必要的。

本系统设计的工频抑制模块，能有效的抑制工频信号，对50HZ工频信号抑制率达到-25db,对60HZ抑制率达到-38db；极大的提升了系统工作的稳定性，采集信号的准确性得到大大的提高。

前置程控差动放大模块

所述差动放大模块采用专用的仪表放大器设计形成，通过软件可以实现2至21倍的放大倍数调节。整个放大模块耗电量很低，可实现100dB的共模抑制比(CMMR)；本差动放大模块有很大的输入阻抗，因此有很强的接入能力。

差动放大模块处于动作电位记录仪的最前端，根据不同信号可以调整差动放大模块的放大倍数；这样不仅可以提高动作电位记录仪的动态范围，还有可以调整动作电位记录仪的噪声系数。

用户可以根据测试的信号状况，通过上位机软件设置差动放大模块的放大倍数。

共模降噪模块

共模降噪模块通过对两路声音采集模块采集到的共模信号进行处理，达到降噪的目的，有效地降低环境噪声、心音等带来的干扰。

共模传导噪音是在设备内噪音电压的驱动下，经过大地与设备之间的寄生电容,在大地与电缆之间流动的噪音电流产生的。通过在在信号线或电源线中串联共模扼流圈、在地与导线之间并联电容器、组成LC滤波器进行滤波，达到滤去和减小共模传导噪声的目的。

程控选频模块

程控选频模块可以获得0.1HZ至6KHZ内的带通滤波器；用户可以通过上位机软件来调整程控选频模块的相应参数，从而来达到用户需要的带通滤波器。

该电路原理主要是，通过控制模块控制程控选频模块的可变电容模块和可变电阻模块从而来实现选频的功能；最后控制模块输出相应的频率信号用来校准选频模块是否工作在用户设定的频率参数范围内，从而达到选频的功能。

主要工作过程是：

1首先用户通过上位机软件设定需要的频率工作范围

2上位机软件根据用户设定的参数利用有源滤波器的算法计算出相应的电阻电容参数。

3上位机将相应参数发送到动作电位仪控制模块，控制模块安装相应参数控制可变电容模块、可变电阻模块。

4上位机收到动作电位仪控制模块反馈的信号后，发送选频校准命令；同时进入接收校准信号状态。

5无线体音监测仪输出校准信号，同时将收到的信号发送到上位机。

6上位机根据收到的信号判定收到的信号的准确性，同时做出修正；从重复上述2、3、4、5的流程；最终达到频率要求为止。

7程控选频模块校准结束，进入正常接收信号状态。

程控幅度模块

自适应幅度模块是具有自动控制输出幅度的电路，整个自适应模块具有60dB的动态范围；放大倍数为30dB，衰减器为30dB；在自适应幅度模块动态范围内输出幅度为1.2Vpp。

通过自适应放大模块能提高系统的动态范围，增加系统接收信号的幅度范围，同时还有利于提高系统的稳定性。

自适应放大模块根据输出幅度检波的大小，在动态范围内将输出幅度控制在1.2Vpp。

A/D转换模块、控制模块

A/D转换模块主要完成信号的数模转换，将自适应放大模块的输出信号转换成数字信号。A/D转换模块具有自动低功耗突发模式，可以将A/D自动置于低功耗断电状态；为了提高采样精度用户可以自行通过上位机调整A/D转换模块的采样率。

控制模块主要完成和RF模块之间的通讯、处理A/D转换模块的数据、处理前端差动放大模块的放大指令和程控选频模块的选频指令。

RF模块

RF模块主要完成数据的接收和发送功能。其工作在世界通用ISM频段，主要功能包括：频率发生器、功率放大器、调制解调器。

RF模块无线传输速率可达2Mbps，其有125个可选择的工作频道，同时每个频道之间的切换时间非常短。RF模块处于接收模式时其有很高的接收灵敏度，最低可达-85dBm；当RF模块处于发送模式时其输出功率是可以调整的，输出功率最高可达3dBm。

请参考图2，上位机用于接受和分析来自无线体音监测仪采集的数据信息，将上位机的控制命令经接收器分别发送至无线体音监测仪。所述上位机包括：处理器、接口单元、存储单元、视频显示单元、数据分析单元、刺激控制单元、视频监控单元、系统设置单元、频谱分析显示单元、日志单元和数据记录单元。所述处理器用于连接于接口单元、存储单元、视频监控单元，通过数据分析单元、刺激控制单元、系统设置单元、频谱分析显示单元、日志单元和数据记录单元进行数据处理，最后通过视频单元进行显示；所述视频单元，用于根据处理器的处理结果显示信号波形；所述系统设置单元，用于设置相关参数，用于对上位机进行滤波设置、频谱设置、目录设置、监控摄像头设置，以及对无线体音监测仪进行参数设置；所述频谱分析单元，用于分析信号的频谱图，并可以对显示信号的频谱图类型进行选择，所述频谱图类型有：平面频谱图、柱状频谱图和3D频谱图种显示模式；所述日志单元，用于记录上位机的操作日志；所述存储单元，用于存储分析后的数据信息；所述接口单元，用于连接上位机和无线体音监测仪；所述数据分析单元，用于对采集到的信息进行处理和分析，包括根据设置的频段进行数字滤波及工频过滤，特征信号的提取；所述视频监控单元，用于采用视频图像监控采集对象，并将过程视频信息记录在特定格式的文件中。

系统的工作过程为：

步骤1：系统初始化，启动整个系统；

步骤2：根据要监测的体音特征，在主控仪进行特征参数设置，通过无线传输将特征参数和信号采集、滤波参数传递给体音监测仪；

步骤3：将体音信号采集仪的声音采集模块与被监测者体表接触，体音信号采集仪对被监测者的体音信号进行实时采集；将采集到的信号发送至接收器；接收器接收到信号后，转发给上位机；

步骤4：在上位机上进行相关参数的设置，上位机根据设置的参数对信号进行分析，计算出体音相关的特征参数。

优选的，上位机对接收器转发过来的体音信号进行分析处理包括以下步骤：

步骤1：处理器对初次接收到的信号进行低通滤波，并过滤掉直流分量；

步骤2：计算噪声的均方根值，评估噪声的强度；根据均方根值的计算结果，得出合适的电压阈值；

步骤3：在上位机上根据得出的电压阈值进行设定，上位机发送命令至体音监测仪，进行信号的正式采集；

步骤4：根据接收到的采集信号，上位机计算出一个集信号值w(n)，其被定义为：

其中，x(n)为时间n的体音信号的幅度，其权值为b₀，x(n-1)为时间n-1的体音信号的幅度，其权值为b₁，以此类推；根据这个参数来对接收到的信号进行滤波，滤除短时间内的信号浮动；

步骤5：根据计算出来的w(n)，累加N个点，再计算平均值，计算出参数a(n)；

步骤6：根据参数a(n)，上位机生成另外一个变化率参数：

其中，r_n和r_n-1分别为时间n和n-1时刻的体音信号的变化率；

步骤7：上位机根据最近1秒内的数据，动态生成一个阈值门限；

采用上述技术方案，在变化率参数生成的过程中，对参数r(n)进行了简化，仅仅考虑了当前体音信号的幅度，以及最近0.1秒内采集到的体音信号来进行计算。此外，在变化率参数生成的过程中，对分子分母同时加1，以防止分子为0引起的计算错误。我们定义了一个动态的上限阈值和一个下限阈值来标记这些关键变化点。

其中，在本申请实施例中，体音监测仪中体音去噪包括：呼吸音去噪和肠鸣音去噪，请参考图3，经验模态分解(Empirical Mode Decomposition，简称EMD))，基于信号本身特征来进行分解，对体音信号的分解去噪具有重要作用。该方法的关键是经验模式分解，它能使复杂信号分解为有限个本征模函数(Intrinsic Mode Function，简称IMF)，所分解出来的各IMF分量包含了原信号的不同时间尺度的局部特征信号。

基于单通道呼吸音去噪，主要是去除心音的干扰，以及部分低频及高频的噪声干扰，因此针对呼吸音去噪，采用EMD分解，将呼吸音信号分解为有限个IMF，并且针对心音进行定位，提取出包含心音的信号片段，对此片段信号进行去噪处理，去掉心音信号的干扰，并且对非心音信号片段进行去噪处理，去除工频干扰、低频及高频等杂波的干扰。最终结合处理后的信号，进行IMF重构，得到纯净的呼吸音信号。

呼吸音去噪流程为：对原始数据加窗选择一定时长的数据进行归一化处理，然后基于EMD分解为若干IMF分量。

基于选取的原始数据，通过心音定位程序，将心音信号片段从原始数据中提取出来进行下一步处理。

通过心音定位，得到含有心音片段的信号，以及不含心音信号的片段数据，将心音信号片段通过某一频率高通滤波得到较为纯净的呼吸音信号，将不含心音信号片段通过带通滤波，去除低频、高频噪声。

将上述得到的心音信号片段及不含心音的呼吸音信号片段，再重新组装合成为纯净的呼吸音信号片段，最终重构出需要的呼吸音信号。

为了有效提升呼吸音信号的信噪比，采用多通道体音采集装置，一路传感器采集呼吸音混合信号，一路传感器采集心音及外界环境信号，结合ICA盲源分离算法结合LMS自适应滤波去除心音及环境噪声的干扰。一导采集纯外界噪声信号，另外一路采集心音，第三导采集呼吸音，通过分离得到纯净的心音信号，呼吸音及心音混合信号，再通过自适应滤波去除心音信号。

肠鸣音噪声中主要为心音、摩擦音、血管流动、外界的嘈杂声音，对于心肺等干扰，由于肠鸣音信号一般较强，相对心肺音等人体内部的噪声差异较大，通过滤波基本能够消除其对肠鸣音的信号干扰，而为了解决外界的噪声源，在采集器的设计上增加一个独立的屏蔽罩，能够很大程度的降低外界噪声对肠鸣音信号的干扰。因此，基于传感器采集得到的信号，通过某一频段的高通滤波器，然后采用某一频段低通滤波器，并结合自适应小波去噪，最终得到较为纯净的肠鸣音信号。

请参考图4，肠鸣音去噪流程为：基于采集得到的肠鸣音信号片段，加窗选择一定时长的数据，并基于此数据分别进行。某两个频段的高通及低通滤波

基于滤波后的数据，进一步采用自适应小波去噪，进一步得到较为纯净的肠鸣音信号。

通过自适应阀值定位肠鸣音的起始点位置，并基于此得到疑似肠鸣音数据片段。

通过肠鸣音识别程序，对疑似肠鸣音数据片段进行识别处理，如果识别为肠鸣音，即可进行下一步特征计算，否则进行下一段数据采集分析。

肠鸣音信号片段，主要包含一般的心音、呼吸音、环境噪声等干扰，肠鸣音发生时，信号较为突出，信号相对较强，通过滤波去噪后，信号相对纯净，能够很好呈现肠鸣音的相关特征，进行下一步的处理计算。如何从强背景环境噪声恢复肠鸣音信号，基于多通道的ICA+LMS算法，具有较为理想的结果。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (12)

1.一种便携式程控无线体音监测系统，其特征在于，所述系统包括：

体音监测仪和主控仪；体音监测仪采集到体音信号，通过无线传递到主控仪，主控仪用于接收和分析来自体音监测仪采集的数据信息，将主控仪的控制命令发送至体音监测仪；

体音监测仪包括：体音采集模块、工频抑制模块、共模降噪模块、前置程控差动放大模块、程控选频模块、程控幅度模块、A/D转换模块、控制模块、RF模块；体音采集模块将采集到的原始信号接入前置程控差动放大模块的输入端，对动作原始声音信号进行放大，放大后的信号输入工频抑制模块和共模降噪模块进行降噪处理，经降噪后的信号输入程控选频模块；程控选频模块选择需要的频率，程控选频模块处理后的信号输入程控幅度模块进行处理输出需要的幅度信号，并输入A/D转换模块进行A/D转换；控制模块通过同步串行接口与RF模块相联，RF模块将信号调制后通过无线方式传输至主控仪；

主控仪包括：处理器、接口单元、存储单元、视频显示单元、数据分析单元、刺激控制单元、视频监控单元、系统设置单元、频谱分析显示单元、日志单元和数据记录单元；所述处理器用于连接于接口单元、存储单元、视频监控单元，通过数据分析单元、刺激控制单元、系统设置单元、频谱分析显示单元、日志单元和数据记录单元进行数据处理，最后通过视频显示单元进行显示；视频显示单元用于根据处理器的处理结果显示信号波形；系统设置单元用于设置相关参数；频谱分析显示单元用于分析信号的频谱图，并对显示信号的频谱图类型进行选择；日志单元用于记录上位机的操作日志；存储单元用于存储分析后的数据信息；接口单元用于连接主控仪和体音监测仪；数据分析单元用于对采集到的信息进行处理和分析，包括根据设置的频段进行数字滤波及工频过滤，特征信号的提取；视频监控单元用于采用视频图像监控采集对象，并将过程视频信息记录在特定格式的文件中。

2.根据权利要求1所述的便携式程控无线体音监测系统，其特征在于，共模降噪模块通过对两路声音采集模块采集到的共模信号进行处理。

3.根据权利要求1所述的便携式程控无线体音监测系统，其特征在于，程控选频模块的工作过程为：

(1)用户通过主控仪设定需要的频率工作范围；

(2)主控仪根据用户设定的参数利用有源滤波器的算法计算出相应的电阻电容参数；

(3)主控仪将相应参数发送到动作电位仪控制模块，控制模块安装相应参数控制可变电容模块、可变电阻模块；

(4)主控仪收到动作电位仪控制模块反馈的信号后，发送选频校准命令；同时进入接收校准信号状态；

(5)体音监测仪输出校准信号，同时将收到的信号发送到主控仪；

(6)主控仪根据收到的信号判定收到的信号的准确性，同时做出修正；从重复上述2-5的流程；最终达到频率要求为止；

(7)程控选频模块校准结束，进入正常接收信号状态。

4.根据权利要求1所述的便携式程控无线体音监测系统，其特征在于，所述系统的工作过程为：

步骤1：系统初始化，启动整个系统；

步骤2：根据要监测的体音特征，在主控仪进行特征参数设置，通过无线传输将特征参数和信号采集、滤波参数传递给体音监测仪；

步骤3：将体音信号采集仪的声音采集模块与被监测者体表接触，体音信号采集仪对被监测者的体音信号进行实时采集；将采集到的信号发送至接收器；接收器接收到信号后，转发给上位机；

步骤4：在上位机上进行相关参数的设置，上位机根据设置的参数对信号进行分析，计算出体音相关的特征参数。

5.根据权利要求1所述的便携式程控无线体音监测系统，其特征在于，上位机对接收器转发过来的体音信号进行分析处理包括以下步骤：

步骤1：处理器对初次接收到的信号进行低通滤波，并过滤掉直流分量；

步骤2：计算噪声的均方根值，评估噪声的强度；根据均方根值的计算结果，得出合适的电压阈值；

步骤3：在上位机上根据得出的电压阈值进行设定，上位机发送命令至体音监测仪，进行信号的正式采集；

步骤4：根据接收到的采集信号，上位机计算出一个集信号值w(n)，其被定义为：

其中，x(n)为时间n的体音信号的幅度，其权值为b₀，x(n-1)为时间n-1的体音信号的幅度，其权值为b₁，以此类推；根据这个参数来对接收到的信号进行滤波，滤除短时间内的信号浮动；

步骤5：根据计算出来的w(n)，累加N个点，再计算平均值，计算出参数a(n)；

步骤6：根据参数a(n)，上位机生成另外一个变化率参数：

其中，r_n和r_n-1分别为时间n和n-1时刻的体音信号的变化率；

步骤7：上位机根据最近1秒内的数据，动态生成一个阈值门限；

步骤8：根据该阈值门限，判断是否是体音信号。

6.根据权利要求1所述的便携式程控无线体音监测系统，其特征在于，系统设置单元用于设置相关参数，用于对上位机进行滤波设置、频谱设置、目录设置、监控摄像头设置，以及对无线体音监测仪进行参数设置。

7.根据权利要求1所述的便携式程控无线体音监测系统，其特征在于，频谱图类型包括：平面频谱图、柱状频谱图和3D频谱图种显示模式。

8.根据权利要求1所述的便携式程控无线体音监测系统，其特征在于，工频抑制模块对50HZ工频信号抑制率达到-25db，对60HZ抑制率达到-38db。

9.根据权利要求1所述的便携式程控无线体音监测系统，其特征在于，前置程控差动放大模块能够根据不同信号调整差动放大模块的放大倍数，能够实现2至21倍的放大倍数调节。

10.根据权利要求1所述的便携式程控无线体音监测系统，其特征在于，程控选频模块能够获得0.1HZ至6KHZ内的带通滤波器；能够通过主控仪调整程控选频模块的相应参数。

11.根据权利要求1所述的便携式程控无线体音监测系统，其特征在于，体音监测仪中体音去噪包括：呼吸音去噪和肠鸣音去噪，呼吸音去噪流程为：

对原始数据加窗选择一定时长的数据进行归一化处理，然后基于EMD分解为若干IMF分量；

基于选取的原始数据，通过心音定位程序，将心音信号片段从原始数据中提取出来进行下一步处理；

通过心音定位，得到含有心音片段的信号，以及不含心音信号的片段数据，将心音信号片段通过某一频率高通滤波得到滤波后的呼吸音信号，将不含心音信号片段通过带通滤波，去除低频、高频噪声；

将上述得到的心音信号片段及不含心音的呼吸音信号片段，再重新组装合成为去噪后的呼吸音信号片段，最终重构出需要的呼吸音信号。

12.根据权利要求1所述的便携式程控无线体音监测系统，其特征在于，体音监测仪中体音去噪包括：呼吸音去噪和肠鸣音去噪，肠鸣音去噪流程为：

在体音监测仪的上增加一个屏蔽罩，用于降低外界噪声对肠鸣音信号的干扰；

基于采集得到的肠鸣音信号片段，加窗选择一定时长的数据，并基于此数据分别进行某两个频段的高通及低通滤波；

基于滤波后的数据，进一步采用自适应小波去噪，进一步得到去噪后的肠鸣音信号；

通过自适应阀值定位肠鸣音的起始点位置，并基于此得到疑似肠鸣音数据片段；

通过肠鸣音识别程序，对疑似肠鸣音数据片段进行识别处理，如果识别为肠鸣音，即可进行下一步特征计算，否则进行下一段数据采集分析。