CN113520451B - 穿戴式呼吸音采集系统 - Google Patents

Abstract

发明公开了一种穿戴式呼吸音采集系统，包括：柔性支撑层包括多个贯通孔；多个检测组件一一对应可拆卸的设置在多个贯通孔内，任一检测组件包括第一充气伸缩筒；第二充气伸缩筒；压电薄膜传感器；硅胶环；其中，第二充气伸缩筒的放气收缩长度和硅胶环的厚度之和等于第一充气伸缩筒的充气伸长的长度，且第二充气伸缩筒的充气伸长的长度和硅胶环的厚度之和大于第一充气伸缩筒的放气收缩的长度；第一微型气泵和第二微型气泵；电机Ⅰ和电机Ⅱ分别驱动第一微型气泵和第二微型气泵；加速度传感器，以及单片机Ⅰ。发明提供的穿戴式呼吸音采集系统，能够实现多部位听诊，且多通道采集呼吸音并进行存储记录，以便后期对听诊结果进行定量比较。

Description

穿戴式呼吸音采集系统

技术领域

发明涉及听诊器技术领域，特别涉及一种穿戴式呼吸音采集系统。

背景技术

呼吸系统疾病已成为影响人类和我国人民健康的重要常见疾病。据近20年的国家卫生统计数据显示，呼吸系统疾病病死率在农村一直处于第一位，在城市位居第4位。提高我国呼吸系统疾病诊治水平，降低其发生率和病死率，已成为呼吸科医师共同努力的目标。

近年来，有关呼吸系统疾病的检查及诊断方法，如X线检查(胸透、胸片、胸部CT、肺动脉造影等)、支气管镜检查、肺功能测定及肺通气灌注扫描等，都有新的进展，为发现和诊断呼吸系统疾病提供了可靠的根据。尽管各种先进技术在不断发展，但却不能代替肺部听诊。肺部听诊所得的异常呼吸音及附加音，如干、湿啰音，是上述任何仪器难以查到的。诊断肺部疾病的第一步是医学专业人员进行医学听诊，在呼吸过程中从肺部结构获取声学信号，并将其分类为正常或异常。通过肺部传出的声学性质进行肺部听诊是医生诊断肺部疾病、评估治疗效果的重要手段。无论患者的年龄和疾病的严重程度如何，听诊都很容易应用，是一种动态的观察方法，可重复进行，且对人体没有伤害。但是在目前临床应用中，传统听诊器使用过程中普遍存在听诊器性能限制使肺声信号不能良好地传输、频率响应范围比较窄、受主观因素影响很大、无法记录和存储听诊结果、对结果难以定量比较等问题。

发明内容

发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

发明还有一个目的是提供一种穿戴式呼吸音采集系统，其能够实现多部位听诊，且多通道采集呼吸音并进行存储记录，以便后期对听诊结果进行定量比较。

为了实现根据发明的这些目的和其它优点，提供了一种穿戴式呼吸音采集系统，包括：

柔性支撑层，其设置为内衣形状，柔性支撑层包括多个贯通孔，其设置在柔性支撑层上，且自上向下，多个贯通孔对应人体的双肺部排布；

多个检测组件，其一一对应可拆卸的设置在多个贯通孔内，任一检测组件包括第一充气伸缩筒，其侧壁内成型第一筒形充气腔；第二充气伸缩筒，其同轴设置在第一充气伸缩筒内，第二充气伸缩筒的侧壁内成型第二筒形充气腔，且第一充气伸缩筒的上端和第二充气伸缩筒的上端周向衔接设置，第一充气伸缩筒的内侧壁与第二充气伸缩筒的外侧壁相对独立；压电薄膜传感器；其设置在第二充气伸缩筒的下端面上；硅胶环，其套设在压电薄膜传感器的外周上，且硅胶环的下端面与压电薄膜传感器的检测面处于同一平面；其中，第二充气伸缩筒的放气收缩长度和硅胶环的厚度之和等于第一充气伸缩筒的充气伸长的长度，且第二充气伸缩筒的充气伸长的长度和硅胶环的厚度之和大于第一充气伸缩筒的放气收缩的长度；

第一微型气泵和第二微型气泵，其设置在柔性支撑层上，且靠近内衣形状的下边缘设置，第一微型气泵的抽气口连通至第一筒形充气腔，第一微型气泵的出气口连通至第二筒形充气腔内；第二微型气泵的抽气口连通至第二筒形充气腔，第二微型气泵的出气口连通至第一筒形充气腔；加速度传感器，其设置在柔性支撑层上；以及

单片机Ⅰ，其与压电薄膜传感器、电机Ⅰ、电机Ⅱ和加速度传感器电连接；单片机Ⅰ包括存储模块、蓝牙模块Ⅰ、呼吸音信号转换模块、呼吸音滤波处理模块和数据分析模块；其中，存储模块内预存储有多个检测组件的压电薄膜传感器的编号和移动速度阈值T1；数据分析模块实时获取加速度传感器当前时刻的移动速度T2，以及前一时刻电机Ⅰ和电机Ⅱ的启闭状态；

若T2≥T1，且前一时刻电机Ⅰ关闭，电机Ⅱ开启，则单片机Ⅰ控制开启电机Ⅰ，同步关闭电机Ⅱ；

若T2＜T1，且前一时刻电机Ⅰ开启，电机Ⅱ关闭，则单片机Ⅰ控制关闭电机Ⅰ，同步开启电机Ⅱ。

优选的是，还包括：多个帽体，其可拆卸的扣设在多个检测组件上，任一帽体的侧壁的厚度不超过3mm；多对魔术贴，任一对魔术贴的公魔术贴和母魔术贴分别固定在多个帽体的外表面和相邻的柔性支撑层的外表面上。

优选的是，柔性支撑层为棉性透气材质，柔性支撑层还包括前胸片和后背片，前胸片和后背片可拆卸的衔接设置；

两组第一微型气泵和第二微型气泵，其分别设置在前胸片和后背片上。

优选的是，还包括：手持部，其包括弧形支撑板；手柄，其设置在弧形支撑板的上表面上；以及卡扣，其设置在手柄周围的弧形支撑板的上表面上，前胸片或者后背片上的多个检测组件对应可拆卸的铺设在弧形支撑板上，前胸片或者后背片的边沿卡置在卡扣上。

优选的是，第一充气伸缩筒的侧壁和第二充气伸缩筒的侧壁均为螺纹状；以使得第一筒形充气腔和第二筒形充气腔均成型为螺旋腔。

优选的是，第一充气伸缩筒的放气收缩的长度≤5mm，第一充气伸缩筒的充气伸长的长度≤10mm。

优选的是，还包括：手环，其上设置有蓝牙模块Ⅱ，蓝牙模块Ⅱ和蓝牙模块Ⅰ通讯连接；无线耳机，其可拆卸的嵌入是设置在手环内；单片机Ⅱ，其上设置信号放大电路、信号滤波处理电路、A/D转换电路和存储电路，单片机Ⅱ与蓝牙模块Ⅱ电连接。

优选的是，单片机Ⅰ控制开启电机Ⅰ时，同时控制关闭电机Ⅱ。

发明至少包括以下有益效果：

柔性支撑层用于支撑固定多个检测组件，使得多个检测组件根据听诊呼吸音的肺部听诊的各个部位分布，可实现多通道采集呼吸音，并依次存储至单片机Ⅰ上；其中，肺部听诊：按锁骨中线、腋前线、腋中线三条线，上、中、下三个部位左右对称；背部听诊：肩胛间区脊柱上下左右四个部位，腋后线、肩胛线上下左右，双侧对照听诊；

通过多个贯通孔，将压电薄膜传感器对应听诊部位设置，第一充气伸缩筒和第二充气伸缩筒内充入一定量空气，可有效隔绝大部分的外部噪音，且可有效保护压电薄膜传感器，避免其遭受外部撞击而破损；

第一充气伸缩筒和第二充气伸缩筒为充气筒体，具有一定的伸缩度和弹性，在应用过程中，不会对人体造成硬性挤压损害；

当人体处于静坐状态时，第一充气伸缩筒充气伸长同时，第二伸缩筒放气收缩，将压电薄膜传感器轻轻靠近对应听诊部位的皮肤上，可有效获得呼吸音，收音效果好；而当人体处于运动中，第一充气伸缩筒放气收缩同时，第二伸缩筒充气伸长，将压电薄膜传感器按压在对应听诊部位的皮肤上，以获得稳定的呼吸音，抗干扰效果好；硅胶环起到密封固定的作用。

综上，发明能够实现多部位听诊，且多通道采集呼吸音并进行存储记录，以便后期对听诊结果进行定量比较。

发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为发明的一个实施例中所述的穿戴式呼吸音采集系统的前胸片的正视结构示意图；

图2为发明的一个实施例中任一检测组件的纵剖面的结构示意图；

图3为发明的再一个实施例中任一检测组件的纵剖面的结构示意图；

图4为发明的再一个实施例中所述的穿戴式呼吸音采集系统的后背片正视结构示意图；

图5为发明的一个实施例中所述的弧形支撑板的下表面的仰视结构示意图；

图6为发明的一个实施例中所述的弧形支撑板的上表面的俯视结构示意图；

图7为第一充气伸缩筒和第二充气伸缩筒的充气伸长或抽气收缩的长度变化示意图；

图8为发明的一个实施例中所述的手环的正视结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

如图1、2所示，发明提供一种穿戴式呼吸音采集系统，包括：柔性支撑层10，其设置为内衣形状，柔性支撑层包括多个贯通孔，其设置在柔性支撑层上，且自上向下，多个贯通孔对应人体的双肺部排布；多个检测组件20，其一一对应可拆卸的设置在多个贯通孔内，任一检测组件包括第一充气伸缩筒201，其侧壁内成型第一筒形充气腔2011；第二充气伸缩筒202，其同轴设置在第一充气伸缩筒内，第二充气伸缩筒的侧壁内成型第二筒形充气腔2021，且第一充气伸缩筒的上端和第二充气伸缩筒的上端周向衔接设置，第一充气伸缩筒的内侧壁与第二充气伸缩筒的外侧壁相对独立；不黏连，使得二者能够在抽充气同时，自由伸缩；压电薄膜传感器203，其设置在第二充气伸缩筒的下端面上；硅胶环204，其套设在压电薄膜传感器的外周上，且硅胶环的下端面与压电薄膜传感器的检测面处于同一平面；其中，第二充气伸缩筒的放气收缩长度和硅胶环的厚度之和等于第一充气伸缩筒的充气伸长的长度，且第二充气伸缩筒的充气伸长的长度和硅胶环的厚度之和大于第一充气伸缩筒的放气收缩的长度；第一微型气泵205和第二微型气泵206，其设置在柔性支撑层上，且靠近内衣形状的下边缘设置，第一微型气泵的抽气口通过管路Ⅰ连通至第一筒形充气腔，第一微型气泵的出气口通过管路Ⅱ连通至第二筒形充气腔内；第一筒形充气腔和第二筒形充气腔内的容积近相等，因此，第一微型气泵启动后，会将同一检测组件的第一筒形充气腔内的空气抽气并充入第二筒形充气腔内；而第二微型气泵启动后，会将同一检测组件的第二筒形充气腔内的空气抽气并充入第一筒形充气腔内，空气往复循环利用；第二微型气泵的抽气口通过管路Ⅲ连通至第二筒形充气腔，第二微型气泵的出气口通过管路Ⅳ连通至第一筒形充气腔；电机Ⅰ和电机Ⅱ，其分别驱动第一微型气泵和第二微型气泵；加速度传感器，其设置在柔性支撑层上；以及

单片机Ⅰ30，其与压电薄膜传感器、电机Ⅰ、电机Ⅱ和加速度传感器电连接；单片机Ⅰ包括存储模块、蓝牙模块Ⅰ、呼吸音信号转换模块、呼吸音滤波处理模块和数据分析模块；其中，存储模块内预存储有多个检测组件的压电薄膜传感器的编号(自上向下，一条龙编号，并按编号对应存储呼吸音)和移动速度阈值T1(比如：T1为1.0m/s、1.3m/s、1.5m/s或2.0m/s等)；数据分析模块实时获取加速度传感器当前时刻的移动速度T2，以及前一时刻电机Ⅰ和电机Ⅱ的启闭状态；

若T2≥T1，且前一时刻电机Ⅰ关闭，电机Ⅱ开启，则单片机Ⅰ控制开启电机Ⅰ，同步关闭电机Ⅱ；

若T2＜T1，且前一时刻电机Ⅰ开启，电机Ⅱ关闭，则单片机Ⅰ控制关闭电机Ⅰ，同步开启电机Ⅱ。在本方案中，柔性支撑层用于支撑固定多个检测组件，使得多个检测组件根据听诊呼吸音的肺部听诊的各个部位分布，可实现多通道采集呼吸音，并依次存储至单片机Ⅰ上；其中，肺部听诊：按锁骨中线、腋前线、腋中线三条线，上、中、下三个部位左右对称；背部听诊：肩胛间区脊柱上下左右四个部位，腋后线、肩胛线上下左右，双侧对照听诊；

通过多个贯通孔，将压电薄膜传感器对应听诊部位设置，第一充气伸缩筒和第二充气伸缩筒内充入一定量空气，可有效隔绝大部分的外部噪音，且可有效保护压电薄膜传感器，避免其遭受外部撞击而破损；

第一充气伸缩筒和第二充气伸缩筒为充气筒体，具有一定的伸缩度和弹性，在应用过程中，不会对人体造成硬性挤压损害；

当人体处于静坐状态时，第一充气伸缩筒充气伸长同时，第二伸缩筒放气收缩，将压电薄膜传感器轻轻靠近对应听诊部位的皮肤上，可有效获得呼吸音，收音效果好；而当人体处于运动中，第一充气伸缩筒放气收缩同时，第二伸缩筒充气伸长，将压电薄膜传感器按压在对应听诊部位的皮肤上，以获得稳定的呼吸音，抗干扰效果好；硅胶环起到密封固定的作用。

综上，发明能够实现多部位同时听诊，以压电薄膜为传感器，为非侵入式的呼吸音监测设备，该穿戴式呼吸音采集系统可方便地实现人体呼吸音监测工作，并且不受时间、地点、场合等外界因素的影响与限制；且可进行多通道采集呼吸音并进行存储记录，以便对听诊结果进行定量比较。

如图3所示，一个优选方案中，还包括：多个帽体207，其可拆卸的扣设在多个检测组件上，任一帽体的侧壁的厚度不超过3mm；多对魔术贴，任一对魔术贴的公魔术贴和母魔术贴分别固定在多个帽体的外表面和相邻的柔性支撑层的外表面上，管路Ⅰ、管路Ⅱ、管路Ⅲ和管路Ⅳ经多个帽体与多对魔术贴的缝隙向外延伸设置。在本方案中，多个帽体一方面对多个检测部件起到限位固定的作用，另一方面，还能够进一步提高多个检测部件环境音的抗干扰性能。

如图1、4所示，一个优选方案中，柔性支撑层为棉性透气材质，柔性支撑层还包括前胸片101和后背片102，前胸片和后背片可拆卸的衔接设置；两组第一微型气泵和第二微型气泵，其分别设置在前胸片和后背片上。棉性透气材质可直接贴皮肤穿着，使得压电薄膜传感器可直接接触皮肤，进行呼吸音的收音检测；前胸片和后背片可通过纽扣、魔术贴或按扣等相互拼接的设置，方便穿戴。

如图5、6所示，一个优选方案中，还包括：手持部40，其包括弧形支撑板401；手柄402，其设置在弧形支撑板的上表面上；以及卡扣403，其设置在手柄周围的弧形支撑板的上表面上，前胸片或者后背片上的多个检测组件对应可拆卸的铺设在弧形支撑板上，前胸片或者后背片的边沿卡置在卡扣上，卡扣可以是常规的燕尾夹、鸭嘴夹或大蛇夹等塑料夹子或金属夹子。弧形支撑板带有人体胸腹部的弧度结构，便于使前胸片或者后背片分别与身体的前胸部或者后背部的体表充分接触；因此，可将前胸片或者后背片单独拆卸，用于手持听诊操作，方便快捷。

如图7所示，一个优选方案中，第一充气伸缩筒的侧壁和第二充气伸缩筒的侧壁均为螺纹状；以使得第一筒形充气腔和第二筒形充气腔均成型为螺旋腔。当放气或充气后，第一充气伸缩筒和第二充气伸缩筒在其轴向上发生长短的变化，以便能够物理的控制压电薄膜传感器与皮肤的接触程度，配合第一充气伸缩筒和第二充气伸缩筒的结构，以有效改善压电薄膜传感器采集呼吸音的收音环境。

一个优选方案中，第一充气伸缩筒的放气收缩的长度≤5mm(比如3mm、4mm或5mm)，第一充气伸缩筒的充气伸长的长度≤10mm(比如6mm、8mm或10mm)。

如图8所示，一个优选方案中，还包括：手环50，其上设置有蓝牙模块Ⅱ，蓝牙模块Ⅱ和蓝牙模块Ⅰ通讯连接；无线耳机60，其可拆卸的嵌入是设置在手环内，靠近手环的液晶显示屏设置，可设置盖体盖设住无线耳机的容纳腔，保存和使用都很方便；无线耳机与手环共用电源；单片机Ⅱ，其上设置信号放大电路、信号滤波处理电路(自适应滤波器)、A/D转换电路和存储电路，单片机Ⅱ与蓝牙模块Ⅱ电连接。手环上设置蓝牙模块Ⅱ和蓝牙模块Ⅰ通讯连接，通过蓝牙传输方式，将采集的各个检测点的呼吸音进行放大、滤波及存储处理，以便后期对听诊结果进行定量比较。

具体的，压电薄膜传感器的布设位置分别与双肺的听诊区相对应，各个压电薄膜传感器将对听诊区的呼吸音信号进行采集，并将采集到的呼吸音信号传递至单片机Ⅰ的呼吸音信号处理模块，由呼吸音信号处理模块将声音信号转换成数字信号，再由蓝牙模块将数字信号传送给手环等移动控制端，从而在手环上可同时滤波存储多个通道的呼吸音；当需要直接监听呼吸音时，可将如无线耳机等声音信号播放装置与信号输出单元相接通，再通过声音通道选择模块依次切换与信号输出单元相接通的传感器，即可分别监听每个听诊区的呼吸音信号。一个优选方案中，单片机Ⅰ控制开启电机Ⅰ时，同时控制关闭电机Ⅱ。

尽管发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (8)

1.一种穿戴式呼吸音采集系统，其特征在于，包括：

柔性支撑层，其设置为内衣形状，柔性支撑层包括多个贯通孔，其设置在柔性支撑层上，且自上向下，多个贯通孔对应人体的双肺部排布；

多个检测组件，其一一对应可拆卸的设置在多个贯通孔内，任一检测组件包括第一充气伸缩筒，其侧壁内成型第一筒形充气腔；第二充气伸缩筒，其同轴设置在第一充气伸缩筒内，第二充气伸缩筒的侧壁内成型第二筒形充气腔，且第一充气伸缩筒的上端和第二充气伸缩筒的上端周向衔接设置，第一充气伸缩筒的内侧壁与第二充气伸缩筒的外侧壁相对独立；压电薄膜传感器；其设置在第二充气伸缩筒的下端面上；硅胶环，其套设在压电薄膜传感器的外周上，且硅胶环的下端面与压电薄膜传感器的检测面处于同一平面；其中，第二充气伸缩筒的放气收缩长度和硅胶环的厚度之和等于第一充气伸缩筒的充气伸长的长度，且第二充气伸缩筒的充气伸长的长度和硅胶环的厚度之和大于第一充气伸缩筒的放气收缩的长度；

第一微型气泵和第二微型气泵，其设置在柔性支撑层上，且靠近内衣形状的下边缘设置，第一微型气泵的抽气口连通至第一筒形充气腔，第一微型气泵的出气口连通至第二筒形充气腔内；第二微型气泵的抽气口连通至第二筒形充气腔，第二微型气泵的出气口连通至第一筒形充气腔；电机Ⅰ和电机Ⅱ，其分别驱动第一微型气泵和第二微型气泵；

加速度传感器，其设置在柔性支撑层上；以及

单片机Ⅰ，其与压电薄膜传感器、电机Ⅰ、电机Ⅱ和加速度传感器电连接；单片机Ⅰ包括存储模块、蓝牙模块Ⅰ、呼吸音信号转换模块、呼吸音滤波处理模块和数据分析模块；其中，存储模块内预存储有多个检测组件的压电薄膜传感器的编号和移动速度阈值T1；数据分析模块实时获取加速度传感器当前时刻的移动速度T2，以及前一时刻电机Ⅰ和电机Ⅱ的启闭状态；

若T2≥T1，且前一时刻电机Ⅰ关闭，电机Ⅱ开启，则单片机Ⅰ控制开启电机Ⅰ，同步关闭电机Ⅱ；

若T2＜T1，且前一时刻电机Ⅰ开启，电机Ⅱ关闭，则单片机Ⅰ控制关闭电机Ⅰ，同步开启电机Ⅱ。

2.如权利要求1所述的穿戴式呼吸音采集系统，其特征在于，还包括：

多个帽体，其可拆卸的扣设在多个检测组件上，任一帽体的侧壁的厚度不超过3mm；

多对魔术贴，任一对魔术贴的公魔术贴和母魔术贴分别固定在多个帽体的外表面和相邻的柔性支撑层的外表面上。

3.如权利要求1所述的穿戴式呼吸音采集系统，其特征在于，柔性支撑层为棉性透气材质，柔性支撑层还包括前胸片和后背片，前胸片和后背片可拆卸的衔接设置；

两组第一微型气泵和第二微型气泵，其分别设置在前胸片和后背片上。

4.如权利要求3所述的穿戴式呼吸音采集系统，其特征在于，还包括：

手持部，其包括弧形支撑板；

手柄，其设置在弧形支撑板的上表面上；以及

卡扣，其设置在手柄周围的弧形支撑板的上表面上，前胸片或者后背片上的多个检测组件对应可拆卸的铺设在弧形支撑板上，前胸片或者后背片的边沿卡置在卡扣上。

5.如权利要求1所述的穿戴式呼吸音采集系统，其特征在于，第一充气伸缩筒的侧壁和第二充气伸缩筒的侧壁均为螺纹状；以使得第一筒形充气腔和第二筒形充气腔均成型为螺旋腔。

6.如权利要求1所述的穿戴式呼吸音采集系统，其特征在于，第一充气伸缩筒的放气收缩的长度≤5mm，第一充气伸缩筒的充气伸长的长度≤10mm。

7.如权利要求1所述的穿戴式呼吸音采集系统，其特征在于，还包括：

手环，其上设置有蓝牙模块Ⅱ，蓝牙模块Ⅱ和蓝牙模块Ⅰ通讯连接；无线耳机，其可拆卸的嵌入式设置在手环内；单片机Ⅱ，其上设置信号放大电路、信号滤波处理电路、A/D转换电路和存储电路，单片机Ⅱ与蓝牙模块Ⅱ电连接。

8.如权利要求1所述的穿戴式呼吸音采集系统，其特征在于，单片机Ⅰ控制开启电机Ⅰ时，同时控制关闭电机Ⅱ。

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