CN113974679A - 一种听诊器、心音检测方法、心音检测器及听诊系统 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例涉及医疗器械领域，具体公开了一种听诊器、心音检测方法、心音检测器及听诊系统，包括：听诊头；音频采集模块，安装于听诊头内；模数转换模块，与音频采集模块连接；处理模块，与模数转换模块连接，处理模块用于根据数字信号，生成心音图；第一听筒；第二听筒，第二听筒的一端与第一听筒的一端转动连接，第二听筒的另一端和第二听筒的另一端间隔设置；调节装置，分别与第一听筒和第二听筒连接，调节装置用于第二听筒的另一端和第二听筒的另一端间隔的距离；音频输出模块，设置于第一听筒的另一端和/或第二听筒的另一端，并且音频输出模块与音频采集模块连接。通过上述方式，本发明实施例能够避免医生与他人面对面进行心脏听诊。
Description
技术领域
本发明实施例涉及医疗器械领域，特别是涉及一种听诊器、心音检测方法、心音检测器及听诊系统。
背景技术
听诊器是内外妇儿医师最常用的诊断用具，是医师的标志，现代医学即始于听诊器的发明。其中，心脏疾病大多发生在老年人身上，老年人的心脏定时体检尤为重要。
但是，本发明的发明人在实现本发明的过程中，发现：现有的听诊器只能面对面对他人进行诊断，老年人主动上医院进行心脏体检，或者，医师主动上门对老年人进行心脏体检，老年人或者医生需要来回奔波，非常不方便。
发明内容
鉴于上述问题，本发明实施例提供了一种听诊器、心音检测方法、心音检测器及听诊系统，克服了上述问题或者至少部分地解决了上述问题。
根据本发明的一个方面，提供了一种听诊器，包括：听诊头；
音频采集模块，安装于所述听诊头内，所述音频采集模块用于在所述听诊头贴附于用户上时，采集所述用户的心音；
模数转换模块，与所述音频采集模块连接，所述模数转换模块用于将所述音频采集模块输出的心音转换为数字信号；
处理模块，与所述模数转换模块连接，所述处理模块用于根据所述数字信号，生成心音图；
第一听筒；
第二听筒，所述第二听筒的一端与所述第一听筒的一端转动连接，所述第二听筒的另一端和第二听筒的另一端间隔设置；
调节装置，分别与所述第一听筒和第二听筒连接，所述调节装置用于所述第二听筒的另一端和第二听筒的另一端间隔的距离；
音频输出模块，设置于所述第一听筒的另一端和/或第二听筒的另一端，并且所述音频输出模块与所述音频采集模块连接。
在一种可选的方式中，所述调节装置包括连杆、螺杆、套筒和弹性件；
所述筒套的一端设置有滑槽，所述筒套的另一端设置有螺槽，所述弹性件收容于所述滑槽内，并且所述弹性件靠近所述滑槽的槽口的一端固定于所述滑槽内，所述连杆的一端与所述第一听筒连接，所述连杆的另一端自所述滑槽的槽口伸出入所述滑槽内，并且所述连杆的另一端设置有挡片，所述挡片抵接所述弹性件另一端，所述螺杆的一端与所述第二听筒固定，所述螺杆的另一端螺接于所述螺槽。
在一种可选的方式中，所述弹性件为弹簧，所述弹簧套设于所述连杆。
在一种可选的方式中，所述听诊器还包括信号放大模块；所述信号放大模块与所述音频采集模块连接，所述模数转换模块与所述信号放大模块连接，所述信号放大模块用于对所述音频采集模块所采集到的心音进行放大处理。
在一种可选的方式中，所述听诊器还包括音频压缩模块；所述音频压缩模块与所述信号放大模块连接。
在一种可选的方式中，所述听诊器还包括音频过滤模块，所述信号放大模块通过所述音频过滤模块与所述音频采集模块连接。
在一种可选的方式中，所述听诊头包括金属壳体、膜片、温度传感器和加热组件；所述金属壳体设置有腔体，所述膜片安装于所述腔体，所述温度传感器设置于所述金属壳体的外表面，所述加热组件贴附于所述金属外壳的内表面，所述处理模块分别与所述温度传感器和加热组件连接，所述处理模块用于在所述温度传感器检测到所述金属壳体的外表面的温度低于预设阈值时，控制所述加热组件对金属壳体加热。
在一种可选的方式中，所述听诊器还包括接触传感器；所述接触传感器安装于金属壳体的外表面，所述接触传感器与所述处理模块连接，所述处理模块用于在接触传感器检测到用户时，控制所述加热组件停止加热。
在一种可选的方式中，所述听诊器还包括异常指示模块，所述异常指示模块设置于所述金属壳体上，所述异常指示模块与所述处理模块连接，所述处理模块用于根据所述心音图判断到用户的心音存在异常时，控制所述异常指示模块输出指示信号。
在一种可选的方式中，所述异常指示模块为显示器。
在一种可选的方式中，所述听诊器还包括屏蔽罩，所述听诊头安装于所述屏蔽罩。
根据本发明实施例的另一个方面，提供了一种心音检测方法，包括：接收心音数据，所述心音数据由听诊器的音频输出模块发送；从心音数据库中提取多个心音的频率特征，并对所述频率特征进行训练建立神经网络模型；利用所述神经网络模型检测所述接收的心音数据是否存在异常。
在一种可选的方式中，所述从心音数据库中提取多个心音的频率特征，具体包括：
对心音数据库中的输入的心音进行语音数据帧预加重、分帧和加窗处理；
将放大处理的语音数据帧进行快速傅里叶变换，得到第一结果；
将第一结果取绝对值或平方值得到第二结果；
将所述第二结果进行Mel滤波，得到第三结果；
将所述第三结果进行取对数运算，得到第四结果；
将所述第四结果进行离散余弦变换，确定所述语音数据帧的MFCC。
根据本发明实施例的另一个方面，提供了一种心音检测器，包括：至少一个处理器；以及，与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够上述心音检测方法。
根据本发明实施例的另一个方面，提供了一种听诊系统，包括：如上所述的听诊器和心音检测器。
本发明实施例的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明实施例通过将音频采集模块安装于所述听诊头内，音频采集模块用于在听诊头贴附于用户上时，采集用户的心音，模数转换模块与音频采集模块连接，模数转换模块用于将音频采集模块输出的心音转换为数字信号，之后，处理模块与模数转换模块连接，处理模块用于根据数字信号，生成心音图，处理模块与音频采集模块连接，第二听筒的一端与第一听筒的一端转动连接，第二听筒的另一端和第二听筒的另一端间隔设置，调节装置分别与第一听筒和第二听筒连接，调节装置用于第二听筒的另一端和第二听筒的另一端间隔的距离，音频输出模块设置于第一听筒的另一端和/或第二听筒的另一端，并且音频输出模块与所述音频采集模块连接，这样设置，医师可直接对他人的心音进行采集，，并生成心音图，也可播放采集到的心音，通过心音图和播放的心音可实现对他人的诊断，避免只能面对面对他人诊断，非常方便，或者用户可直接采集自己的心音，并将数据发送给医师，避免去医院，来回奔波。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施例或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1是本发明实施例听诊器的整体结构示意图
图2是本发明实施例听诊器的内部结构模块示意图；
图3是本发明听诊器的一实施例的整体模块示意图；
图4是本发明实施例听诊器的听诊头整体结构示意图；
图5是本发明听诊器的另一实施例的整体模块示意图；
图6是Tensorflow训练系统中的神经网络模型的建立步骤流程图；
图7是音频输出模块与Tensorflow训练系统交互流程图；
图8是心音的频率特征提取步骤流程图；
图9是音频输出模块的音频经神经网络模型诊断的一结果；
图10是音频输出模块的音频经神经网络模型诊断的一结果；
图11是音频输出模块的音频经神经网络模型诊断的一结果；
图12是音频输出模块的音频经神经网络模型诊断的一结果；
图13是音频输出模块的音频经神经网络模型诊断的一结果；
图14是音频输出模块的音频经神经网络模型诊断的一结果；
图15是音频输出模块的音频经神经网络模型诊断的一结果；
图16是音频输出模块的音频经神经网络模型诊断的一结果；
图17是音频输出模块的音频经神经网络模型诊断的一结果；
图18是音频输出模块的音频经神经网络模型诊断的一结果；
图19是音频输出模块的音频经神经网络模型诊断的一结果。
附图标记：10、听诊头；101、金属壳体；102、膜片；103、温度传感器；104、加热组件；20、音频采集模块；30、模数转换模块；40、处理模块；50、音频输出模块；60、信号放大模块；70、音频压缩模块；80、音频过滤模块；90、接触传感器；100、异常指示模块；110、屏蔽罩；120、第一听筒；130、第二听筒；140、调节装置；1401、连杆；1402、螺杆；1403、套筒；1404、弹性件；1405、滑槽；1406、螺槽。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。需要说明的是，当元件被表述“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。本说明书所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本发明。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参阅图1-3，听诊器01包括：听诊头10、音频采集模块20、模数转换模块30、处理模块40、音频输出模块50、信号放大模块60、音频压缩模块70、音频过滤模块80、接触传感器90、异常指示模块100(图未示)、屏蔽罩110(图未示)、第一听筒120、第二听筒130以及调节装置140。音频采集模块20安装于听诊头10内，听诊头10安装于屏蔽罩110，模数转换模块30与音频采集模块20连接，处理模块40与模数转换模块30连接，音频输出模块50与音频采集模块20连接，信号放大模块60与音频采集模块20连接，音频输出模块50通过音频压缩模块70与信号放大模块60连接，信号放大模块60通过音频过滤模块80与音频采集模块20连接，接触传感器90与处理模块40连接，异常指示模块100与处理模块40连接。用户利用音频采集模块20采集心音，音频过滤模块80对采集到的的心音信号过滤处理，之后信号放大模块60对心音信号进行放大处理，心音信号被放大后，可通过音频压缩模块70处理之后通过音频输出模块50输出，用户可播放采集到的的心音，或者，通过模数转化模块处理之后通过处理模块40生成心音图，用户可直接观察心音图。
具体的，对于上述第一听筒120、第二听筒130以及调节装置140，如图1所示，所述第二听筒130的一端与所述第一听筒120的一端转动连接，所述第二听筒130的另一端和第二听筒130的另一端间隔设置，调节装置，分别与所述第一听筒120和第二听筒130连接，所述调节装置用于所述第二听筒130的另一端和第二听筒130的另一端间隔的距离。
在一些实施例中，所述调节装置140包括连杆1401、螺杆1402、套筒1403和弹性件1404；所述筒套的一端设置有滑槽1405，所述套筒1403的另一端设置有螺槽1406，所述弹性件1404收容于所述滑槽1405内，并且所述弹性件1404靠近所述滑槽1405的槽口的一端固定于所述滑槽1405内，所述连杆1401的一端与所述第一听筒120连接，所述连杆1401的另一端自所述滑槽1405的槽口伸出入所述滑槽1405内，并且所述连杆1401的另一端设置有挡片，所述挡片抵接所述弹性件1404另一端，所述螺杆1402的一端与所述第二听筒130固定，所述螺杆1402的另一端螺接于所述螺槽1406。这样设置，可利用弹性件1404的伸缩性以及螺杆1402可在螺槽1406内移动实现对第一听筒120和第二听筒130之间的间距进行调节。
在一些实施例中，所述弹性件1404为弹簧，所述弹簧套设于所述连杆1401。弹簧具有伸缩性，能够实现对第一听筒120和第二听筒130之间的间距进行调节。
对于上述听诊头10、音频采集模块20、音频过滤模块80和信号放大模块60，如图2和图3所示，音频采集模块20安装于所述听诊头10内，所述信号放大模块60与所述音频采集模块20连接，所述信号放大模块60通过所述音频过滤模块80与所述音频采集模块20连接。其中，所述音频采集模块20用于在所述听诊头10贴附于用户上时，采集所述用户的心音，所述信号放大模块60用于对所述音频采集模块20所采集到的心音进行放大处理，所述音频过滤模块80用于对所述音频采集模块20所采集到的心音进行过滤处理。
其中，信号放大模块60可采用JRC5532运放芯片进行单电源放大，心跳引起的压力转变为电信号，此电信号通过压电陶瓷片输入到电路中，对所产生的信号根据电容耦合外接交流信号，隔离输入端偏置的直流信号而产生交流信号，对信号进行放大，采用运放负反馈信号增强控制电路负反馈网络阻抗愈大，负反馈愈小，使信号放大倍数增大，起到信号增强作用。
在一些实施例中，如图4和图5所示，所述听诊头10包括金属壳体101、膜片102、温度传感器103和加热组件104，其中，所述金属壳体101设置有腔体，所述膜片102安装于所述腔体，所述温度传感器103设置于所述金属壳体101的外表面，所述加热组件104贴附于所述金属外壳的内表面，所述处理模块40分别与所述温度传感器103和加热组件104连接，所述处理模块40用于在所述温度传感器103检测到所述金属壳体101的外表面的温度低于预设阈值时，控制所述加热组件104对金属壳体101加热。
对于音频输出模块50和音频压缩模块70，如图5所示，音频输出模块50，与所述音频采集模块20连接，所述音频输出模块50通过所述音频压缩模块70与所述信号放大模块60连接。其中，所述音频压缩模块70对经信号放大模块60放大处理的信号压缩处理，可滤除噪声和避免动态过大的失真，降低环境噪音中信号的动态范围，对于幅度信号范围大的进行压缩处理。所述音频输出模块50用于播放所述采集到的心音。
在一些实施例中，音频输出模块设置于所述第一听筒120的另一端和/或第二听筒130的另一端，并且所述音频输出模块与所述音频采集模块连接。
对于上述模数转换模块30和处理模块40，如图5所示，模数转换模块30与所述音频采集模块20连接，处理模块40与所述模数转换模块30连接，所述模数转换模块30与所述信号放大模块60连接。其中，所述模数转换模块30用于将所述音频采集模块20输出的心音转换为数字信号，所述处理模块40用于根据所述数字信号，生成心音图，同时，当所述处理模块40判断到用户的心音存在异常时，所述处理模块40可控制异常指示模块100输出指示信号。
在一些实施例中，采用CM6533处理芯片实现模数转换模块30的心音模拟信号转换为数字信号使数据存入磁盘中完成音频收集，有着智能降噪，过滤杂音功能,在回放和录制路径上集成均衡器，以补偿麦克风和耳机的频率响应。
对于上述接触传感器90、异常指示模块100以及屏蔽罩110，如图5所示，所述接触传感器90安装于金属壳体101的外表面，所述接触传感器90与所述处理模块40连接，所述异常指示模块100设置于所述金属壳体101上，所述异常指示模块100与所述处理模块40连接，所述听诊头10安装于屏蔽罩110内。其中，所述处理模块40用于在接触传感器90检测到用户时，控制所述加热组件104停止加热。当所述处理模块40判断到用户的心音存在异常时，所述异常指示模块100被所述处理模块40控制输出指示信号。屏蔽罩110可减少外界杂音对采集的心音的干扰。
在一些实施例中，所述异常指示模块100为显示器，用户可直接通过显示器观察到异常指示信号，非常方便。
值得说明的是：在一些实施例中，听诊器可以包括壳体(图未示)，音频采集模块20、模数转换模块30、处理模块40、信号放大模块50、音频压缩模块60和音频过滤模块70可以安装于壳体内，壳体再安装于第一听筒120、第二听筒130或者听诊头上，又或者，音频采集模块20、模数转换模块30、处理模块40、信号放大模块50、音频压缩模块60和音频过滤模块70直接安装于第一听筒120、第二听筒130或者听诊头上。
在本发明实施例中，通过将音频采集模块安装于所述听诊头内，音频采集模块用于在听诊头贴附于用户上时，采集用户的心音，模数转换模块与音频采集模块连接，模数转换模块用于将音频采集模块输出的心音转换为数字信号，之后，处理模块与模数转换模块连接，处理模块用于根据数字信号，生成心音图，处理模块与音频采集模块连接，第二听筒130的一端与第一听筒120的一端转动连接，第二听筒130的另一端和第二听筒130的另一端间隔设置，调节装置分别与第一听筒120和第二听筒130连接，调节装置用于第二听筒130的另一端和第二听筒130的另一端间隔的距离，音频输出模块设置于第一听筒120的另一端和/或第二听筒130的另一端，并且音频输出模块与所述音频采集模块连接，这样设置，医师可直接对他人的心音进行采集，，并生成心音图，也可播放采集到的心音，通过心音图和播放的心音可实现对他人的诊断，避免只能面对面对他人诊断，非常方便，或者用户可直接采集自己的心音，并将数据发送给医师，避免去医院，来回奔波。
本发明还提供了一种心音检测方法的实施例，该方法包括：接收心音数据，所述心音数据由听诊器的音频输出模块发送；从心音数据库中提取多个心音的频率特征，并对所述频率特征进行训练建立神经网络模型；利用所述神经网络模型检测所述接收的心音数据是否存在异常。需要说明的是：本神经网络模型通过分析心音在不同频率下的能量判断该心音正常与否。运用傅立叶变换将信号表达为一连续频率函数形式的频谱，时域是由不同频率信号叠加起来的不同谐波合成，频域根据这些谐波的频率、振幅、相位去得到谐波对应的时域波形，然后根据频域中的不同频率的能量去判断心音状态。
其中，对所述频率特征进行训练建立神经网络模型可利用Tensorflow训练系统完成，利用Tensorflow训练系统确定神经网络模型的权重系数，如图7所示，所述音频输出模块输出的音频输入所述神经网络模型中即可直接诊断出心音是否异常的结果，准确区分正常心音和异常心音。如图9-图18，分别为神经网络模型诊断出的不同的心音结果，具体结构请参阅下表。
如图6所示，所述Tensorflow训练系统中的神经网络模型的建立至少包括以下步骤：
S10：定义卷积层的参数；
S20：定义池化层的函数；
S30：对输入层进行处理；
S40：建立卷积层和池化层的递归；
S50：建立全连接层；
S60：建立输出层；
S70：训练神经网络模型(预测函数)；
S80：推理模型(执行预测)；
S90：计算损失(权重系数)；
S100：计算参数更新(权重系数)，判断损失程度是否达到预设值，若是，则神经网络模型训练完成，若否，返回步骤S70。
在一些实施例中，所述Tensorflow训练系统中的神经网络模型的建立还包括如下步骤：
步骤81:在进行步骤S90时，加入经分类标签的心音数据进行损失计算，其中，经分类标签的心音数据指的是心音数据经过权威专家鉴定标记。
如图8所示，在一些实施例中，所述从心音数据库中提取多个心音的频率特征包括：
S1：对心音数据库中的输入的心音进行语音数据帧预加重、分帧和加窗处理；
S2：将放大处理的语音数据帧进行快速傅里叶变换，得到第一结果；
S3：将第一结果取绝对值或平方值得到第二结果；
S4：将所述第二结果进行Mel滤波，得到第三结果；
S5：将所述第三结果进行取对数运算，得到第四结果；
S6：将所述第四结果进行离散余弦变换，确定所述语音数据帧的MFCC。
本发明还提供了一种心音检测器的实施例，该心音检测器包括：至少一个处理器；以及，与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行上述心音检测方法。
本发明还提供了一种听诊系统的实施例，该听诊系统包括如上所述的听诊器以及心音检测器，听诊器和心音检测器功能和结构可参阅上述实施例，此处不再一一赘述。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种听诊器，其特征在于，包括：
听诊头；
音频采集模块，安装于所述听诊头内，所述音频采集模块用于在所述听诊头贴附于用户上时，采集所述用户的心音；
模数转换模块，与所述音频采集模块连接，所述模数转换模块用于将所述音频采集模块输出的心音转换为数字信号；
处理模块，与所述模数转换模块连接，所述处理模块用于根据所述数字信号，生成心音图；
第一听筒；
第二听筒，所述第二听筒的一端与所述第一听筒的一端转动连接，所述第二听筒的另一端和第二听筒的另一端间隔设置；
调节装置，分别与所述第一听筒和第二听筒连接，所述调节装置用于所述第二听筒的另一端和第二听筒的另一端间隔的距离；
音频输出模块，设置于所述第一听筒的另一端和/或第二听筒的另一端，并且所述音频输出模块与所述音频采集模块连接。
2.根据权利要求1所述的听诊器，其特征在于，所述调节装置包括连杆、螺杆、套筒和弹性件；
所述筒套的一端设置有滑槽，所述筒套的另一端设置有螺槽，所述弹性件收容于所述滑槽内，并且所述弹性件靠近所述滑槽的槽口的一端固定于所述滑槽内，所述连杆的一端与所述第一听筒连接，所述连杆的另一端自所述滑槽的槽口伸出入所述滑槽内，并且所述连杆的另一端设置有挡片，所述挡片抵接所述弹性件另一端，所述螺杆的一端与所述第二听筒固定，所述螺杆的另一端螺接于所述螺槽。
3.根据权利要求2所述的听诊器，其特征在于，所述弹性件为弹簧，所述弹簧套设于所述连杆。
4.根据权利要求2所述的听诊器，其特征在于，还包括信号放大模块；
所述信号放大模块与所述音频采集模块连接，所述模数转换模块和与所述信号放大模块连接，所述信号放大模块用于对所述音频采集模块所采集到的心音进行放大处理。
5.根据权利要求4所述的听诊器，其特征在于，还包括音频压缩模块；
所述音频输出模块通过所述音频压缩模块与所述信号放大模块连接。
6.根据权利要求5所述的听诊器，其特征在于，所述听诊头包括金属壳体、膜片、温度传感器和加热组件；
所述金属壳体设置有腔体，所述膜片安装于所述腔体，所述温度传感器设置于所述金属壳体的外表面，所述加热组件贴附于所述金属外壳的内表面，所述处理模块分别与所述温度传感器和加热组件连接，所述处理模块用于在所述温度传感器检测到所述金属壳体的外表面的温度低于预设阈值时，控制所述加热组件对金属壳体加热。
7.一种心音检测方法，其特征在于，所述方法包括：
接收心音数据，所述心音数据由听诊器的音频输出模块发送；
从心音数据库中提取多个心音的频率特征，并对所述频率特征进行训练建立神经网络模型；
利用所述神经网络模型检测所述接收的心音数据是否存在异常。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述从心音数据库中提取多个心音的频率特征，具体包括：
对心音数据库中的输入的心音进行语音数据帧预加重、分帧和加窗处理；
将放大处理的语音数据帧进行快速傅里叶变换，得到第一结果；
将第一结果取绝对值或平方值得到第二结果；
将所述第二结果进行Mel滤波，得到第三结果；
将所述第三结果进行取对数运算，得到第四结果；
将所述第四结果进行离散余弦变换，确定所述语音数据帧的MFCC。
9.一种心音检测器，其特征在于，包括：
至少一个处理器；以及，
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行权利要求7-8任一项所述方法。
10.一种听诊系统，其特征在于，包括如权利要求1-6所述的听诊器及如权利要求9所述的心音检测器。
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