藍牙電子心音聽診器的製作方法
2023-06-11 06:26:41 4
專利名稱：藍牙電子心音聽診器的製作方法
技術領域：
本發明涉及計算機診斷醫療技術領域，具體地說是一種藍牙電子心音聽診器。
背景技術：
醫生在給病人看病時通常會使用傳統的機械聽診器，機械聽診器它由聽頭、膠管、 金屬架、耳塞組成，其心音是通過聽頭的膜片振動，由連接的膠管將心音傳到耳塞上，由於 構造的限制，傳統聽診器只能供一人使用，且傳輸距離受到很大限制。 現在也研發了一些電子聽診器，它在傳統聽診器的基礎上有了一定的進步，可以 通過聽診頭將心音信號放大處理，其中"簡便清晰電子聽診器"(專利號01260188. 8)、"多 功能電子聽診器"(專利號02144276. 2)和"醫用電子聽診器"(專利號200520069536. 5) 都具有一定的信號預處理功能，對加強信號的精度和準確度有一定改善，但是無法對獲取 的信號進行傳輸，記錄或分析。"遠程電子聽診器"(專利號03241337. 8)禾P"無線電子聽診 器"(專利號200410012647. 2)在一定程度上改進了聽診器信號的傳輸功能。"無線電子聽 診器"(專利號200720119416.0)具有錄音和放音功能。但是，這些電子聽診器都缺乏對獲 取信號的數位化以及對信號的計算機輔助診斷。
發明內容
本發明的目的是針對現有技術的不足而提供的一種藍牙電子心音聽診器，它的便 攜終端機可以對病人的心音信號進行放大與濾波，可以由功率放大後喇叭實時播放，同時 經嵌入式處理器採樣後液晶屏顯示心音圖，通過串口或藍牙方式傳輸到PC機實時顯示心 音圖和心率，並對採集的信號進行計算機分析，對心動過速過緩、心律不齊及心臟瓣膜的常 見疾病給出診斷提示。 實現本發明目的的具體技術方案是一種藍牙電子心音聽診器，其特點是該聽診 器由便攜終端機和PC機組成，便攜終端機由傳感器將採集的心音信號經初級放大、低通濾 波、二級放大後分兩路輸出，一路由功放模塊進行實時心音播放，另一路由主控模塊將心音 信號A/D轉換後由液晶屏進行實時心音圖顯示，並通過串口或藍牙發送模塊傳輸到PC機， PC機將接收的心音數據經PC端主控模塊處理後由PC屏實時顯示心音圖或根據需要由存儲 模塊進行數據存儲和輔助診斷模塊進行計算機輔助診斷。 所述初級放大和二級放大採用JRC4558D運算放大晶片，並可調節放大倍數以適 應不同檢測對象的幅值。 所述低通濾波採用MAX7410五階巴特沃斯濾波晶片。
所述主控模塊為S3C2410嵌入式處理器。 所述PC端主控模塊可將心音圖數據存儲成文件或導出成WAV音頻格式以兼容播 放器播放。 所述輔助診斷模塊為PC機終端軟體根據心音圖對常見的心動過速過緩、心律不 齊及心臟瓣膜疾病進行計算機輔助診斷，並給出相應提示。
本發明設備簡單、使用方便，與現有技術相比具有以下有益效果 (1)能對心音信號進行放大，喇叭實時播放，無需佩戴聽診器聽筒或耳機，也可通
過音頻接口外接音箱，用普通耳機進行聽診； (2)可以調節放大倍數，以便對不同患者的信號都獲得良好效果； (3)可攜式終端的液晶屏或PC機可實時顯示心音圖，給醫生提供更直觀的診斷數
據； (4)能通過藍牙無線傳輸或串口傳輸到PC機，便於數位訊號的保存和分析；
(5)PC機終端的軟體可以保存選定時間範圍內的心音數據，包括心音圖數據格式 和WAV音頻格式兩種，並可以相互轉換； (6)基於心音信號的計算機輔助診斷，實現心率實時檢測，對心動過速過緩、心律 不齊等常見心臟疾病給出診斷提示； (7)多種方式供電，可攜式終端可以通過直流電源與充電電池兩種方式供電，設備 插上直流電源可以對電池進行充電，達到電池重複循環使用的目的。
圖1為本發明結構示意圖 圖2為初級放大電路圖 圖3為低通濾波電路圖 圖4為二級放大電路圖 圖5為功率放大電路圖 圖6為主控模塊及連接電路圖 圖7為藍牙傳輸流程圖 圖8為藍牙數據包格式圖 圖9為PC機程序界面及心音波形圖 圖10為Sl、 S2檢測與心率檢測圖
具體實施例方式
參閱附圖1，本發明由便攜終端機1和PC機2組成，便攜終端機1包括傳感器3、 初級放大4、低通濾波5， 二級放大6、主控模塊7、功放模塊8、液晶屏9、藍牙發送模塊10和 串口 11 ;PC機2包括藍牙接收模塊12、串口 13、PC端主控模塊14、存儲模塊15、輔助診斷 模塊16和PC屏17，傳感器3將採集的心音信號經初級放大4、低通濾波5、二級放大6後分 兩路輸出， 一路由功放模塊8進行實時心音播放，另一路由主控模塊7將心音信號A/D轉換 後由液晶屏9進行實時心音圖顯示，並通過串口 11或藍牙發送模塊10將心音信號傳輸到 PC機2，串口 13或藍牙接收模塊12將接收的心音數據經PC端主控模塊14程序控制處理 後由PC屏17實時顯示心音圖，或者根據需要由存儲模塊15進行數據存儲和通過輔助診斷 模塊16進行計算機輔助診斷，並給出相應提示。 以下結合具體的實施例對本發明的技術方案作進一步詳細描述，其具體步驟如 下( — )心音信號的初級放大
參閱附圖2，初級放大4為JRC 4558D運算放大晶片的電路，從傳感器3採集的心 音信號，經初級放大4的信號放大，其中，電容CI起到隔直耦合交流信號的作用。由於JRC 4558D採用單電源供電時必須對輸入信號進行直流偏置，建立靜態工作點，所以在C1之後 再用電阻Rl、電阻R2對信號進行2. 5V的直流偏置，並調整電阻Rl、電阻R2的值，使上、下 擺幅趨於一致。電阻R5、電阻R6、電容C8、電容C6構成運算放大器的放大支路。電容C8、 電容C6的作用是使電路只放大交流信號而不放大直流信號。改變電阻R5的阻值可以改變 電路的放大倍數。該電路的放大倍數A可以參考下式 A=l + ^ ( 二 )心音信號的低通濾波 參閱附圖3，低通濾波5為MAX7410五階巴特沃斯濾波晶片的電路，該電路可得到 較精確的截止頻率和較高的階數，以抑制或衰減來自20 600Hz心音信號的高頻噪聲。在 使用該晶片的內部時鐘時需設置一個連地電容，其頻率計算公式是
f。sc(kHz) = 30*103/Cosc(pF)
濾波截止頻率與時鐘頻率的關係
fc = fCLK/100 其中:fCLK = f。sc，由fc = 600Hz ，得Cosc = 500pF。 [O(HO](三)心音信號的二級放大 參閱附圖4、附圖5， 二級放大6的電路與初級放大4的電路基本相同，但輸入無需 設置隔直電容與偏置電阻，其中，電阻R7為可調，用於調節放大倍數。心音信號經二級放大 6後設有兩路輸出， 一路輸出連接設有喇叭及音頻輸出接口的功放模塊8進行實時播放，另 一路輸出連接主控模塊7，由於主控模塊7的工作電壓是3. 3V，故需重置靜態工作點。
(四)主控模塊的設置 參閱附圖6，採集的心音信號經初級放大4、低通濾波5、二級放大6預處理後的心 音信號一路輸出連接設有喇叭及音頻輸出接口的功放模塊8進行實時播放，另一路輸出連 接主控模塊7，主控模塊7採用S3C2410 ARM嵌入式處理器，3. 3V供電。濾波放大後的心 音信號輸入S3C2410的A/D採樣端(AIN2引腳)，進行1K Hz的採樣，S3C2410處理器通過 VDO VD23等引腳與液晶屏相連。 主控模塊7的程序包括系統時鐘、工作模式、輸入、輸出接口的初始化、UART初始 化、A/D採樣、信號處理、定時控制、液晶屏顯示、藍牙模塊初始化、藍牙查詢、建立連接、數據 傳輸、斷開連接和錯誤響應。 主控模塊7設計的藍牙傳輸數據為每5個採樣數據打包進行一次發送，每隔5ms 發送一次，採用S3C2410的定時器T0UT0以中斷方式控制。
(五)心音數據的傳輸 參閱附圖7，經主控模塊7處理的心音信號以串口 11或藍牙發送模塊10、串口 13 或藍牙接收模塊12傳輸給PC機2，串口 11、13採用RS232串行傳輸，藍牙發送模塊11、藍 牙接收模塊12採用CSR公司生產的BlueCore4-Rom晶片，並通過UART與主控模塊7連接， 主控模塊7通過hci—sencLcmd函數由藍牙主控器接口 (HCI)向藍牙主控器發送各種命 令，並接收主控器返回的事件。HCI命令是以數據包的形式發送給主控器的。
數據包的格式為指令操作碼(0GF、 0CF)、數據長度和具體命令數據，在UART (H4) 傳輸時還要在前面加上一個字節的HCI指示包，以區分是何種HCI分組。大多數指令在執 行後都會以事件分組的形式返回指令成功執行事件(Command Complete event)。具體的參 數可查閱藍牙規範。 整個HCI通信流程主要包括藍牙模塊初始化；藍牙主設備查詢；建立連接步驟。 完成心音數據的A/D採樣後將數據前加入藍牙發送所需要的分組頭信息就可以通過主控 器發送給從設備。 參閱附圖8，藍牙數據包格式，分組頭包括連接句柄、PB、 BC標誌(數據包分界標 志、數據廣播標誌)和數據長度。分組頭實際形式為(16進位)022A200100，共5個字節，其 中02表示是ACL數據包；2A 20為連接句柄及PB、BC標誌，連接句柄佔其2位元組低12位，在 連接成功建立之後由藍牙模塊自動分配，且發送端與收收端必須一致，這裡為0x002A ;BC、 PB(0b0010)表示採用點對點的連接和單次數據模式；0500表示之後的數據為5個字節，即 5個8位的A/D採樣有效數據。接收端PC機2的PC端主控14主要完成藍牙接收模塊12 的初始化、HCI藍牙上層協議實現、定時控制、數據接收等。
(六)心音波形圖的顯示 參閱附圖9，心音數據的採樣頻率是1000Hz。在便攜終端機1的液晶屏9上每隔 5ms在屏幕上繪製一次數據，每次(周期)描繪5個點，工作如下首先將整個屏幕的心音 波形右移一個象素(剛開始時屏幕為空)，在空出來的第一列上繪製剛剛接收到的5個數據 (根據幅值描點)。第一列的5個點之間相連，第一列第一個接收到的數據與第二列最後描 的點相連，以實現波形圖的連續。如此快速反覆以實現便攜終端機1的液晶屏9動態示波， 液晶屏9顯示選用L35T32液晶屏，與主控模塊7的電路連接參閱附圖6。
PC機2通過串口 13或藍牙接收模塊12接收心音數據，由PC端主控模塊14將接 收數字心音數據並圖形化後在PC屏17進行實時心音動態示波。上述便攜終端機1的藍牙 傳輸也是一次傳輸5個採樣數據，利用S3C2410的高精度定時器，每5ms發送一個數據包。 PC機2的接收端也是5ms接收一次數據，示波算法與便攜終端機1類似，每個周期也是先將 整個波形先右移一個象素，在第一列描繪5個新接收到的點，快速周期重複，這樣就實現了 PC屏17的動態示波。
(七)心音數據的存取 PC機2的存儲模塊15可以為用戶截取並保存規定時間範圍內的心音數據，供進一
步分析診斷。數據保存形式有心音圖數據格式和WAV音頻格式兩種。用戶也可以使用存儲
模塊15將已保存的心音圖數據文件和WAV音頻文件還原成波形圖或播放。 心音圖數據文檔後綴為.txt，採用PCM編碼，每行一個整數，直接對應模擬聲波被
量化的數字量。數據採樣率為1000Hz，lByte(8bit)，取值範圍為-128 127。 用戶可以根據需要可以使用存儲模塊15將心音圖數據導出成WAV音頻格式以兼
容播放器播放。WAV為微軟公司(Microsoft)開發的一種聲音文件格式，也稱為PCM(脈衝
編碼調製)聲音文件，是沒有經過壓縮的聲波數據文件，數據直接對應模擬聲波被量化的
數字量，每個量化值為1Byte(8bit)，取值範圍為0 255。(八)計算機的輔助診斷 參閱附圖10，輔助診斷模塊16將心音圖數據利用希爾伯特-黃變換得到的解析信
6號_心音包絡，通過設定合適的閾值，利用差分法對包絡進行分段，得到第一心音，第二心 音的位置(開始點，最高點，結束點)，結合採樣頻率從而計算出心率。此外，根據心音S1， S2間期時間長短以及圖中出現的雜音波形，對心動過速過緩、心律不齊等常見疾病給出醫 學提示。 以上只是對本發明做進一步說明，並非用以限制本專利，凡為本發明等效實施，均 應包含於本專利的權利要求範圍之內。
權利要求
一種藍牙電子心音聽診器，其特徵在於該聽診器由便攜終端機和PC機組成，便攜終端機由傳感器將採集的心音信號經初級放大、低通濾波、二級放大後分兩路輸出，一路由功放模塊進行實時心音播放，另一路由主控模塊將心音信號A/D轉換後由液晶屏進行實時心音圖顯示，並通過串口或藍牙發送模塊傳輸到PC機，PC機將接收的心音數據經PC端主控模塊處理後由PC屏實時顯示心音圖或根據需要由存儲模塊進行數據存儲和輔助診斷模塊進行計算機輔助診斷。
2. 根據權利要求1所述藍牙電子心音聽診器，其特徵在於所述初級放大和二級放大採 用JRC4558D運算放大晶片，並可調節放大倍數以適應不同檢測對象的幅值。
3. 根據權利要求1所述藍牙電子心音聽診器，其特徵在於所述低通濾波採用MAX7410 五階巴特沃斯濾波晶片。
4. 根據權利要求1所述藍牙電子心音聽診器，其特徵在於所述主控模塊為S3C2410嵌 入式處理器。
5. 根據權利要求l所述藍牙電子心音聽診器，其特徵在於所述PC端主控模塊可將心音 圖數據存儲成文件或導出成WAV音頻格式以兼容播放器播放。
6. 根據權利要求1所述藍牙電子心音聽診器，其特徵在於所述輔助診斷模塊為PC機 終端軟體根據心音圖對常見的心動過速過緩、心律不齊及心臟瓣膜疾病進行計算機輔助診 斷，並給出相應提示。
全文摘要
本發明公開了一種藍牙電子心音聽診器，其特點是該聽診器由便攜終端機和PC機組成，便攜終端機由傳感器將採集的心音信號經初級放大、低通濾波、二級放大後一路由功放模塊進行實時心音播放，另一路由主控模塊將心音信號A/D轉換後由液晶屏進行實時心音圖顯示，並通過串口或藍牙發送模塊傳輸到PC機，PC機將接收的心音數據經PC端主控模塊處理後由PC屏實時顯示心音圖或根據需要由存儲模塊進行數據存儲和輔助診斷模塊進行計算機輔助診斷。本發明與現有技術相比具有心音數據的保存和分析，實時顯示心音圖，給醫生提供更直觀的診斷數據，對心動過速過緩、心律不齊等常見心臟疾病給出診斷提示的優點。
文檔編號A61B7/04GK101700186SQ200910199630
公開日2010年5月5日 申請日期2009年11月27日 優先權日2009年11月27日
發明者屠志海, 曹桂濤, 朱侃傑, 李皓, 湯洋 申請人:華東師範大學