TW201320969A - 心肺電子聽診器 - Google Patents

Abstract

一種心肺電子聽診器，包括麥克風、自動準位控制單元、心音可程式化高通濾波器、心音可程式化低通濾波器、肺音可程式化高通濾波器、肺音可程式化低通濾波器、傳輸介面及揚聲器，麥克風接收心肺聲音，由自動準位控制單元調整最佳強度信號，由心音可程式化高通濾波器及心音可程式化低通濾波器進行可程式化濾波處理以產生心音信號，利用肺音可程式化高通濾波器及肺音可程式化低通濾波器進行可程式化濾波處理以產生肺音信號，經傳輸介面傳送至外部裝置或揚聲器以產生聲音，適合數位錄放音、心肺音聽診記錄、資料傳輸及家庭醫療保健用途。

Description

心肺電子聽診器

本發明係有關一種心肺電子聽診器，尤其是具有整合性功能及傳輸至電腦以儲存聽診資料的傳輸裝置。

聽診器為一般醫師用來診斷病人心肺功能的重要儀器，主要係聽取心音及肺音，可當作心血管疾病防治的第一線保健醫療防護。

心音是由心臟的四個瓣膜的開閉以控制血液循環所形成，而每次心跳都會形成兩種正常的聲音，即第一心音與第二心音，其中第一心音是由三尖瓣和二尖瓣關閉時所產生，而第二心音的音調較高是肺動脈瓣和主動脈瓣關閉時所產生的。

肺音主要是由於肺臟的肺泡進行氣體交換所產生，其中肺部進行擴張與收縮的動作時會帶動氣流運動，使氣流振動呼吸道進而產生聲音，而聲音強度與呼吸道中氣體流速有關，另肺音的頻率分佈主要與吸道的張力有關。

雖然傳統的聽診器具有構造簡單、價格低廉以及使用方便的優點，但是傳統的聽診器無論是使用物理式或電子式聽診器都需要醫生拿著擴音設備對著自身耳朵以聽取病人身體所發出的聲音，主要包括心臟跳動及肺臟收放的聲音，再配合醫生的專業經驗來判斷聲音所代表的身體狀況或可能的病因，所以有可能因為聽覺疲乏或人為主觀因素的進而造成病情誤判。

傳統的聽診器只能讓醫生利用聽覺立即判斷病因，無法記錄下來以供進一步判斷，或只單憑記憶而與先前的診斷作比對，而沒有可靠的資料以供參考。

此外，聽診器中聲音的傳送與頻率無關，無法將心音與肺音分離，醫生從傳統的聽診器聽到的是包含心音及肺音的混合音，而且每位病患的身體結構不同及皮膚組織厚薄不同，影響心音與肺音的強度，使醫師無法對心音或肺音進行心臟或肺臟的狀況進行單獨的判斷，增加聽診時的困難度。

傳統聽診器的另一缺點是不具自動增益控制功能，因原始的信號強度較弱，通常電子式聽診器需要進行放大處理，而一般處理方式是放大倍率為固定，使用者可依據需要以手動方式調整，比如旋鈕或按鈕，而造成實際使用上的不方便。因此，需要一種具有度態調整信號強度、分離心音與肺音功能以及資料儲存功能的高度整合性心肺電子聽診器，以解決上述習用技術的問題。

本發明之主要目的在提供一種心肺電子聽診器，包括麥克風、自動準位控制(Auto Level Control，ALC)單元、心音可程式化高通濾波器、心音可程式化低通濾波器、肺音可程式化高通濾波器、肺音可程式化低通濾波器、傳輸介面及揚聲器，其中麥克風可為電容式麥克風，用以接收心肺的聲音，接著由ALC單元調整信號準位以獲得最佳信號強度，並由心音可程式化高通濾波器及肺音可程式化高通濾波器進行可程式化高通濾波處理，以分別擷取出中低頻心音信號及中低頻肺音信號，再進一步分別藉心音可程式化低通濾波器及肺音可程式化低通濾波器進行可程式化低通濾波處理以產生中頻心音信號及中頻肺音信號，最後經傳輸介面而傳送至揚聲器以產生聲音。

揚聲器可為耳機以方便攜帶及供使用者個人聽取，但也可為喇叭以供其他人同時聽取。傳輸介面也可將中頻心音信號及中頻肺音信號轉換成適當數位信號，經有線或無線媒介而傳送至外部電腦以儲存資料，或經網路而由遠端的伺服器進行資料儲存。

由於本發明的心肺電子聽診器可將ALC單元、心音可程式化高通濾波器、心音可程式化低通濾波器、肺音可程式化高通濾波器、肺音可程式化低通濾波器及傳輸介面整合至單一電路板或單一積體電路並安置於麥克風的外殼內，因此體積小、重量輕而非常方便隨身攜帶並使用，同時可外接喇叭，並傳送資料至電腦或遠端的伺服器，進而提升使用方便性及增強儲存功能，可應用在數位錄放音、心肺音聽診記錄、數位通訊、資料傳輸、家庭醫療保健用途。

以下配合圖式及元件符號對本發明之實施方式做更詳細的說明，俾使熟習該項技藝者在研讀本說明書後能據以實施。

參閱第一圖，本發明心肺電子聽診器的示意圖。如第一圖所示，本發明的心肺電子聽診器包括麥克風10、自動準位控制(Auto Level Control，ALC)單元20、控制器25、可程式化濾波單元30、傳輸介面40、揚聲器50及外殼60，其中外殼60包覆住麥克風10、自動準位控制(Auto Level Control，ALC)單元20、可程式化濾波單元30及傳輸介面40，並形成共鳴空間。

麥克風10可為電容式麥克風，用以接收心肺的聲音以產生電氣信號，同時利用外殼60所形成共鳴空間，比如麥克風10的前端之空間，以加強麥克風10接收聲音的效率。電容麥克風具有寬廣的頻率響應(十至數百KHz)、暫態響應快、體積小的優點。電容麥克風的操作原理，是利用超薄的金屬或電鍍塑膠材質的振動膜，用以感應音壓而改變兩電極間的靜電壓，進而將聲音直接轉換成電能訊號。

要注意的是，本發明的麥克風10並不限於電容式麥克風，而可利用其他麥克風而實現。

ALC單元20接收麥克風10所產生的電氣信號，並自動調整信號準位而產生心肺音調整信號，藉以獲得最佳信號強度。第二圖為ALC單元20的示範性實例之電路圖，具有回授路徑，以穩定輸出信號而實現自動調整功能。要注意的是，本發明的ALC單元20可利用其他電路實現，因此本發明的ALC單元20並非以此為限。

控制器25可利用微處理器(MCU)或數位信號處理器(DSP)而實現，藉執行內建或外部載入的程式，以產生控制信號。

可程式化濾波單元30接收ALC單元20的心肺音調整信號以及控制器25的控制信號，其中控制信號係用以設定可程式化頻率範圍，且在可程式化頻率範圍內以進行可程式化心肺音分離處理，並產生心音信號及肺音信號。

本發明的可程式化濾波單元30包括心音可程式化高通濾波器31、心音可程式化低通濾波器33、肺音可程式化高通濾波器35及肺音可程式化低通濾波器37。心音可程式化高通濾波器31依據控制器所產生的控制信號，對心肺音調整信號進行可程式化高通濾波處理以產生高通心音信號，接著由心音可程式化低通濾波器33依據控制信號，對高通心音信號進行可程式化低通濾波處理以產生所需的心音信號。另外，肺音可程式化高通濾波器35依據控制信號，對心肺音調整信號進行可程式化高通濾波處理以產生高通肺音信號，接著由肺音可程式化低通濾波器37依據控制信號，對高通肺音信號進行可程式化低通濾波處理以產生所需的肺音信號。

上述可程式化濾波單元30中心音可程式化高通濾波器31、心音可程式化低通濾波器33、肺音可程式化高通濾波器35及肺音可程式化低通濾波器37的可程式化功能，可利用電子可調式電阻或電容而實現，亦即該電子可調式電阻的電阻值或電容的電容值可依據控制信號而改變，比如Linkas公司的市售數位式可調變電阻GS6267。

一般，由於心音頻率範圍較低頻，約20 Hz~120Hz，因此，心音可程式化高通濾波器31的截止頻率可為20 Hz，而心音可程式化低通濾波器33的截止頻率可為120Hz，亦即結合心音可程式化高通濾波器31與心音可程式化低通濾波器33以實現20~120Hz的帶通濾波器性能。同樣，肺音在較高的頻率範圍，約150Hz~1KHz，因此，肺音可程式化高通濾波器35的截止頻率可為150Hz，肺音可程式化低通濾波器37的截止頻率可為1KHz，藉以實現150Hz~1KHz的帶通濾波器性能。

第三圖為本發明心肺電子聽診器中心音可程式化高通濾波器與心音可程式化低通濾波器的示範性電路圖，第四圖為本發明心肺電子聽診器中肺音高通濾波器與肺音低通濾波器的示範性電路圖。要注意的是，第三圖與第四圖只是示範性實例而已，並非用以限定本發明範圍，因此，本發明的心音可程式化高通濾波器31、心音可程式化低通濾波器33、肺音可程式化高通濾波器35與肺音可程式化低通濾波器37也可使用他的電路以實現，尤其是，第三圖及第四圖中所顯示的電阻及電容係可調式電阻及電容，亦即可依據控制信號以改變電阻值及電容值，藉以達成可程式化濾波的功能。

心音信號及肺音信號經傳輸介面40轉換成適當電氣信號，再由連接線41傳送至揚聲器50並驅動揚聲器50以產生聲音供使用者聽取。傳輸介面40可進一步將心音信號及肺音信號轉換成數位信號資料，比如RS232或通用序列匯流排(Universal Serial Bus，USB)或乙太網路(Ethernet)，經有線或無線的傳輸媒介而傳送至外部裝置70。例如，連接至外部的示波器以顯示數位信號資料所對應的波形(心音圖或肺音圖)，或外部電腦或個人數位助理(Personal Digital Assistant，PDA)以儲存或核對數位信號資料，或也可顯示波形於顯示器上，或連接網路而由遠端的網路伺服器進行資料儲存。

揚聲器50可為耳機，以方便攜帶及供使用者個人聽取，但也可為喇叭以供其他人同時聽取。

本發明心肺電子聽診器的特點在於，利用電容式麥克風之共鳴空間的物理共振原理以加速音頻截取及具有較寬廣的聲音輸入範圍，並利用ALC單元進行動態調整放大倍率以得到具最佳強度的信號，解決因為身體構造不同或隔著衣服量測而導致聲音源微弱的問題，可大幅提高聽診的準確度。

本發明心肺電子聽診器的另一特點在於，利用心音及肺音的頻率不同而以適當濾波處理以分離心音及肺音，同時可改善信號品質而避免受到雜訊干擾，同時可輸出至外部的電氣裝置，以顯示波形或儲存心肺音訊信號資料，提供醫生重複觀測或當作後續診治用的重要參考依據，並可用於長期病歷追蹤。此外，也可應用於自動病理分析領域，實現不須直接面對面而能遠距離判斷病情之診斷。

以上所述者僅為用以解釋本發明之較佳實施例，並非企圖據以對本發明做任何形式上之限制，是以，凡有在相同之發明精神下所作有關本發明之任何修飾或變更，皆仍應包括在本發明意圖保護之範疇。

10．．．麥克風

20．．．自動準位控制(ALC)單元

25．．．控制器

30．．．可程式化濾波單元

31．．．心音可程式化高通濾波器

33．．．心音可程式化低通濾波器

35．．．肺音可程式化高通濾波器

37．．．肺音可程式化低通濾波器

40．．．傳輸介面

41．．．連接線

43．．．傳輸媒介

50．．．揚聲器

60．．．外殼

70．．．外部裝置

第一圖為本發明心肺電子聽診器的示意圖。

第二圖為本發明心肺電子聽診器中ALC單元的示範性電路圖。

第三圖為本發明心肺電子聽診器中心音可程式化高通濾波器與心音可程式化低通濾波器的示範性電路圖。

第四圖為本發明心肺電子聽診器中肺音可程式化高通濾波器與肺音可程式化低通濾波器的示範性電路圖。

10．．．麥克風

20．．．自動準位控制(ALC)單元

25．．．控制器

30．．．可程式化濾波單元

31．．．心音可程式化高通濾波器

33．．．心音可程式化低通濾波器

35．．．肺音可程式化高通濾波器

37．．．肺音可程式化低通濾波器

40．．．傳輸介面

41．．．連接線

43．．．傳輸媒介

50．．．揚聲器

60．．．外殼

70．．．外部裝置

Claims (7)

1. 一種心肺電子聽診器，包括：一麥克風，用以接收心肺的聲音以產生電氣信號；一自動準位控制單元，接收該麥克風的電氣信號，並自動調整信號準位而產生心肺音調整信號；一控制器，用以產生一控制信號；一可程式化濾波單元，接收該自動準位控制單的心肺音調整信號以及該控制器所產生的控制信號，其中該控制信號係用以設定一可程式化頻率範圍，且在該可程式化頻率範圍內對該自動準位控制單元的心肺音調整信號進行心肺音分離處理，以產生心音信號及肺音信號；一傳輸介面，用以將該心音信號及肺音信號轉換成適當的電氣信號；一揚聲器，藉一連接線接收該適當的電氣信號，以產生聲音；以及一外殼，係包覆住該麥克風、該自動準位控制單元、該可程式化濾波單元及該傳輸介面，並形成一共鳴空間；其中該傳輸介面進一步將該心音信號及肺音信號轉換成數位信號資料，並藉一傳輸媒介而傳送至一外部裝置，以進行顯示或儲存。
2. 依據申請專利範圍第1項所述之心肺電子聽診器，其中該控制器為一微處理器(MCU)或一數位信號處理器(DSP)，用以執行一程式，以產生該控制信號。
3. 依據申請專利範圍第1項所述之心肺電子聽診器，其中該可程式化濾波單元包括：一心音可程式化高通濾波器，依據該控制器所產生的控制信號，對該自動準位控制單元的心肺音調整信號進行高通濾波處理以產生一高通心音信號；一心音可程式化低通濾波器，依據該控制器所產生的控制信號，對該高通心音信號進行低通濾波處理以產生該心音信號；一肺音可程式化高通濾波器，依據該控制器所產生的控制信號，對該自動準位控制單元的心肺音調整信號進行高通濾波處理以產生一高通肺音信號，；以及一肺音可程式化低通濾波器，依據該控制器所產生的控制信號，對該高通肺音信號進行低通濾波處理以產生該肺音信號。
4. 依據申請專利範圍第3項所述之心肺電子聽診器，其中該心音可程式化高通濾波器的截止頻率係低於該心音可程式化低通濾波器的截止頻率，且該肺音可程式化高通濾波器的截止頻率係高於該肺音可程式化低通濾波器的截止頻率。
5. 依據申請專利範圍第1項所述之心肺電子聽診器，其中該外部裝置包括一示波器，用以顯示該數位信號資料所對應的波形。
6. 依據申請專利範圍第1項所述之心肺電子聽診器，其中該外部裝置包括一電腦或一個人數位助理，用以儲存或核對該數位信號資料，或顯示該數位信號資料所對應的波形。
7. 依據申請專利範圍第1項所述之心肺電子聽診器，其中該外部裝置包括一網路伺服器，用以儲存該數位信號資料。