CN203506719U - 耳声导抗检测数字校准系统 - Google Patents

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李跃杰
高用贺
张明蓉
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Abstract

一种耳声导抗检测数字校准系统，包括有FPGA单元，所述的FPGA单元的输出端依次通过D／A转换电路、第一放大器和耳机与被测入耳连接，所述被测入耳的反馈输出依次通过麦克风和A／D转换电路连接FPGA单元的输入端，所述的FPGA单元还通过压力单元连接被测入耳，所述的FPGA单元还分别连接用来保存系统设置参数的FLASH单元，以及用于显示结果的显示器。本实用新型的耳声导抗检测数字校准系统，采用数字校准方式，校准方式便捷稳定，进一步提高测量精度，测量结果误差由原来的5％提高到1％，确保鼓室图功能及声反射功能测量结果的准确性，为临床诊断提供可靠依据。

Description

耳声导抗检测数字校准系统
技术领域
本实用新型涉及一种耳声导抗检测系统。特别是涉及一种数字式的耳声导抗检测数字校准系统。
背景技术
声导抗检测是临床听力诊断的基本方法之一，其检测包括鼓室声导抗、声反射，用以对中耳炎症、咽鼓管功能及镫骨肌反射的了解与诊断。70年代以后普遍应用于临床，其在临床耳科和听力学科诊断方面的重要地位已得到临床医生的公认，已成为提高耳疾诊断正确率的一种先进手段。
目前临床所用国内耳声导抗检测系统为采用复杂的模拟检测电路手段实现耳声导抗测量，在进行声导抗校准时，由于耳机、麦克风及电子器件的非线性，使得校准误差范围较大。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种采用数字校准方式，能够进一步提高校准精度的耳声导抗检测数字校准系统。
本实用新型所采用的技术方案是：一种耳声导抗检测数字校准系统，包括有FPGA单元，所述的FPGA单元的输出端依次通过D／A转换电路、第一放大器和耳机与被测入耳连接，所述被测入耳的反馈输出依次通过麦克风和A／D转换电路连接FPGA单元的输入端，所述的FPGA单元还通过压力单元连接被测入耳，所述的FPGA单元还分别连接用来保存系统设置参数的FLASH单元，以及用于显示结果的显示器。
所述的麦克风通过第二放大器连接A／D转换电路。
所述的压力单元包括有与被测入耳通过气路相连接的气压泵和设置在气路上用于检测压力的压力传感器，所述的气压泵和压力传感器分别连接FPGA单元。
所述的FPGA单元选用ep1c6q240c8n芯片，包括有控制单元，以及分别与控制单元的信号输出端相连接的探音器和信号处理单元，其中，所述的控制单元分别与所述的压力单元和FLASH单元双向连接，所述的探音器的输出连接所述的D／A转换电路，所述的信号处理单元的输出连接显示器。
本实用新型的耳声导抗检测数字校准系统，采用数字校准方式，校准方式便捷稳定，进一步提高测量精度，测量结果误差由原来的5％提高到1％，确保鼓室图功能及声反射功能测量结果的准确性，为临床诊断提供可靠依据。
附图说明
图1是本实用新型的整体结构示意图；
图2是本实用新型信号处理流程图；
图3是本实用新型信号预处理流程图。
图中：
1：FPGA单元      2：D／A转换电路
3：第一放大器    4：耳机
5：显示器        6：麦克风
7：第二放大器    8：A／D转换电路
9：压力单元      10：FLASH单元
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本实用新型的耳声导抗检测数字校准系统做出详细说明。
本实用新型的耳声导抗检测数字校准系统，是采用FPGA构建的探测音发生器产生正弦波，通过匹配电路和换能器为外耳道提供探测音。传导链反射回来的声能，经换能器和匹配电路送入A／D转换器。数字信号通过耳声导抗信号处理计算出耳声导抗值，结果送入内存及显示。测量过程中，通过对输入到耳道内的探测音声强进行实时检测，并将数字信号处理结果反馈给控制单元，实时调节探测音输出声强，实现数字式实时耳声导抗测量。检测过程中探测音强度保持恒定，以减小耳道不同的影响。压力系统用来产生测量过程中压力变化，FLASH器件用来保存系统设置参数。
如图1所示，本实用新型的耳声导抗检测数字校准系统，包括有FPGA单元1，所述的FPGA单元1的输出端依次通过D／A转换电路2、第一放大器3和耳机4与被测入耳A连接，所述被测入耳A的反馈输出依次通过麦克风6和A／D转换电路8连接FPGA单元1的输入端，所述的FPGA单元1还通过压力单元9连接被测入耳A，所述的FPGA单元1还分别连接用来保存系统设置参数的FLASH单元10，以及用于显示结果的显示器5。所述的麦克风6通过第二放大器7连接A／D转换电路8。所述的压力单元9包括有与被测入耳A通过气路相连接的气压泵和设置在气路上用于检测压力的压力传感器，所述的气压泵和压力传感器分别连接FPGA单元1。
所述的FPGA单元1选用ep1c6q240c8n芯片，包括有控制单元12，以及分别与控制单元12的信号输出端相连接的探音器11和信号处理单元13，其中，所述的控制单元12分别与所述的压力单元9中的气压泵和压力传感器双向连接，所述的控制单元12与FLASH单元10双向连接，所述的探音器11的输出连接所述的D／A转换电路2，所述的信号处理单元13的输出连接显示器5。
本实施例中，所述的D／A转换电路2选用型号为tlv5623的芯片；所述的A／D转换电路8选用型号为ads7888的芯片；所述的第一放大器3和第二放大器7选用型号为max9812的芯片。
将一个探头塞进被测入耳A的耳道，使耳道形成一个封闭腔。这个密封腔由探头、外耳道、鼓膜组成。探头内有3根小管。第一根是导声管与耳机4连接，将耳机4发出的探测音传导鼓膜；第二根小管连接麦克风6，用于监测密封腔内探测音的声压级变化情况。当鼓膜、听骨链的传音功能有变化时，当鼓膜反射回到外耳道中的声压级也跟着变。第三根小管与小型气压泵相连，可调节外耳道压力范围内变动。通过改变外耳道的压力，使鼓膜的活动度发生改变，从而可观察到中耳动态顺应性情况。
探测音在外耳道所能产生的声压级取决于鼓膜和中耳系统的顺应性。麦克风可测出从鼓膜上返回外耳道的声能。根据声压级大小可以推算出封闭腔的容积。鼓膜反射回来的声能，经换能器和匹配电路送入A／D转换器，数字信号进入FPGA进行数字信号处理，信号处理主要包括信号预处理和校准算法两部分，原理图如图2所示。
外耳道声能信号经过放大后进行A／D转换数据进入FPGA进行数字信号处理，首先是信号预处理，包括滤波、检波、初步校准，原理图如图3所示。
数字FIR滤波器采用分布式结构算法设计的频带不同的带通滤波器组，滤波器系数由MATLAB仿真后产生，将产生的各段滤波器的系数，预先存入ROM块中，从而有效地节约了硬件资源，又实现了实时信号处理。工作时控制选择器输出连通信号作为ROM地址选择相应的滤波系数，进而改变滤波器中心频率，达到最佳滤波效果，中心频率为探测音频率。
信号经过数字滤波、检波、低通滤波后进行初步校准，ΔV作为检测耳与标准耳回波信号差，反映了被测入耳与标准耳在耳腔测量时所需探测声能的差异。当一定强度的纯音引入刚性壁密闭腔中所产生的声压级与腔的容积成反比，若与已知容积的标准腔内声压级相比，可以推算出该密闭腔的容积，即等效容积。当探测腔小于5ml时，声导抗可以用空气的等效容积来表示。通过能量的变化，计算出被测入耳腔的等效容积变化，进而推算出耳声导抗的变化。实际输出的声导抗值(yi)与被测入耳腔声强信号关系如(1)式所示：
yi=aΔVi+b；          (1)
其中：a，b为系数；ΔVi为检测耳与标准耳回波信号差。
a，b的确定过程为：
将探头插入声导抗标称值为0.5ml(y1=0.5)的校准腔后，测量ΔV1；将探头插入声导抗标称值为5.0ml(y2=5.0)的校准腔后，测量ΔV2。代入(1)式，求解a，b值。模拟式耳声导抗检测系统的校准过程中，要用声导抗标称值为2.0ml的校准腔对(1)式结果进行验证，若y值的误差与2.0ml相比未超过5％，满足要求；若误差大5％，应调整(1)式中a，b的值，直至满足精度要求。由于实际检测信号与耳腔容积并不是完全线性的，a、b确定后，使得回波信号强度与耳腔容积成线性关系，进而保证与耳声导抗成线性关系。
信号经过数字滤波，只保留探测音频率，根据校准腔(0.5、2.0、5.0ml)校准声导抗值，由于系统的非线性影响，在满足0.5及5.0校准腔时，2.0校准腔一般误差很大，要调整0.5及5.0校准腔的误差来满足2.0校准腔的误差，影响了测量精度。所以设计数字校准算法来提高测量精度。通过数据的预处理，根据0.5、5.0ml校准腔确定a、b值后，探头分别插入0.5、2.0、5.0校准腔测量导抗值，记录为t0、t1、t2，y为初步校准的导抗只，Y为最终校准后的导抗值，将y、t0、t1、t2代入(2)、(3)、(4)式，可计算出校准值。
Y＝y；                                 y≤t0         (2)
Y=t0+(y-t0)*(2.0-t0)／(t1-t0)          t0<y≤t1      (3)
Y2.0+(y-t1)*(5.0-2.0)／(t2-t1)         y>t1          (4)
利用上述公式计算校准后的数据，生成校准曲线数据表，保存在FLASH块中，以实际采集声能信号的初步校准结果y作为地址，校准后的耳声导抗值Y作为数据，通过查表功能实现数据校准。

Claims (4)

1.一种耳声导抗检测数字校准系统，其特征在于，包括有FPGA单元(1)，所述的FPGA单元(1)的输出端依次通过D／A转换电路(2)、第一放大器(3)和耳机(4)与被测入耳(A)连接，所述被测入耳(A)的反馈输出依次通过麦克风(6)和A／D转换电路(8)连接FPGA单元(1)的输入端，所述的FPGA单元(1)还通过压力单元(9)连接被测入耳(A)，所述的FPGA单元(1)还分别连接用来保存系统设置参数的FLASH单元(10)，以及用于显示结果的显示器(5)。
2.根据权利要求1所述的耳声导抗检测数字校准系统，其特征在于，所述的麦克风(6)通过第二放大器(7)连接A／D转换电路(8)。
3.根据权利要求1所述的耳声导抗检测数字校准系统，其特征在于，所述的压力单元(9)包括有与被测入耳(A)通过气路相连接的气压泵和设置在气路上用于检测压力的压力传感器，所述的气压泵和压力传感器分别连接FPGA单元(1)。
4.根据权利要求1所述的耳声导抗检测数字校准系统，其特征在于，所述的FPGA单元(1)选用ep1c6q240c8n芯片，包括有控制单元(12)，以及分别与控制单元(12)的信号输出端相连接的探音器(11)和信号处理单元(13)，其中，所述的控制单元(12)分别与所述的压力单元(9)和FLASH单元(10)双向连接，所述的探音器(11)的输出连接所述的D／A转换电路(2)，所述的信号处理单元(13)的输出连接显示器(5)。
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