一種心音信號採集程控放大濾波裝置的製作方法
2023-05-10 00:28:26
專利名稱：一種心音信號採集程控放大濾波裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及心音信號處理領域，具體是一種心音信號採集程控放大濾波裝置。
技術背景心音是人體最重要的生理信號之一，是臨床評估心血管系統功能狀態的一種基本方法，是心臟及大血管機械運動狀況的反映。心音信號包含了能反映心臟正常或者病理的豐富的信息，正常的心音包含第一心音(Si)、第二心音(S2)、第三心音(s;3)和第四心音 (S4)四個心音成份，其中S1、S2是可聽到的部分，S3、S4強度很弱，幾乎不可聽到。如果心臟功能出現異常或者心血管出現病變，心音中將包含除Si、S2之外的其他外雜音成份，這些出現的雜音和畸變等重要的診斷信息，可以反映心血管疾病尚和一些難以產生臨床及病理改變以前的症狀。心音信號中包含了這些豐富的信息，在檢測該類型疾病的領域，心音信號有著無可比擬的優越性。同時心音信號的檢測方便、無創、花費極小，可作為心臟病檢測、 預防的常規手段。然而傳統的心臟聽診技術是以人耳聽音來進行的，這種方式依賴於人耳聽力的靈敏度和聽者的主觀經驗與判斷能力，其作用有很大的局限性。臨床上由於心音信號的強度會隨著疾病類型和不同人的體質有著較大的變化，導致心音傳感器獲得的信號質量難以保證。心音信號較弱時，導致模數轉換之後信號信噪比降低，無法保證後續分段和診斷算法對信號信噪比的要求。如果信號過強，將會在信號的峰值附近導致心音信號的失真，嚴重時將導致後續處理無法完成。可以採用大線性度的放大器和高精度的模數轉換器來克服前面的問題，但是這無疑會大大增加設備的成本。而且心音信號強度本身也是心音信號的重要特徵之一，因此傳統的自動增益控制電路用在心音採集領域也不適應。
發明內容本實用新型的目的就是為了克服心音信號強度變化大而對信號採集造成的困難， 提供一種通過程控放大濾波裝置使信號到達模數轉換裝置時能量適中、並且真實的心音信號強度可以準確的獲得的心音信號採集程控放大濾波裝置。本實用新型包括心音傳感器採集心音信號傳輸給程控放大濾波裝置，程控放大濾波裝置對信號進行提高精度和濾除噪聲的處理，並將處理後的信號傳輸給模數轉換裝置進行模數轉換，模數轉換裝置將轉換後的信號傳輸給中央處理器；中央處理器還連接控制程控放大濾波裝置。程控放大濾波裝置位於心音傳感器和模數轉換裝置之間，可以對心音信號進行預處理，提高信號採集的精度和濾除部分噪聲。而通過中央處理器自適應的設置程控放大濾波裝置的電平增益可以有效控制，這樣可以針對不同的人的心音強度情況進行調整，提高信號採集質量並防止信號失真。而且心音調整率可以通過中央處理器進行評估，通過此裝置可以實現採集信號範圍與模數轉換範圍的匹配。程控放大濾波裝置可以通過中央處理器靈活設置濾波模式(低通、高通、帶通、帶阻)，可以靈活設置帶寬、通帶頻率、阻帶頻率等，針對不同的採集環境進行濾波的自適應設置可以有效提高心音信號的質量。進一步的，所述程控放大濾波裝置包括依次連接的實現與心音傳感器之間的信號匹配的預處理放大裝置，實現信號的帶外噪聲濾除的程控濾波裝置，進一步實現信號的放大/壓縮的信號匹配放大裝置。上述預處理放大裝置實現與心音傳感器之間的信號匹配，通過自適應程序控制將不同心音信號準確控制在最佳的濾波器所需電平範圍內，以達到最佳的濾波效果。此放大器應具有低噪聲，高共模抑制比，低電平漂移，可程序控制等特點。其實現是容易的，具有多種方案，例如為集成程控增益放大器(如AD60;3)，具有集成度高、低漂移、低非線性、高共模抑制比和寬頻帶等優點；或者為集成運算放大器(例如AD620)和程控電阻網絡(例如 ad5231)(或數字電位器)，具有設置靈活，器件豐富等特點。上述程控濾波裝置實現信號的帶外噪聲的濾除工作，可以根據需要設置工作模式如低通、高通、帶通、帶阻等，並可以設定通帶頻率、阻帶頻率等參數，在不同環境中濾除不同類型的噪聲實現心音信號的可靠採集。其實現是容易的，具有多種方案，例如通過集成程控濾波電路實現(如MAX^2)，MAX262可以通過改變輸入時鐘頻率完成直流到170KHz頻率範圍內的高通、低通、帶通以及帶阻濾波器的設計，而且外圍電路結構簡單，程序控制方便；或者通過集成運算放大器(AD620)和開關電容實現程控濾波器。上述信號匹配放大裝置使濾波以後的信號能適合模數轉換的範圍，可以為固定放大倍數的低噪聲、低漂移運算放大器。進一步的，與所述預處理放大裝置和程控濾波裝置連接設置有信號質量評估裝置，信號質量評估裝置通過對採集到的心音信號的強度和信噪比等指標進行衡量和評估， 產生放大和濾波裝置的控制信號，並記錄原始心音信號的強度和信噪比指標。上述信號質量評估裝置可以為中央處理器或者由一單片機模塊實現，實現信號質量的評估。進一步的，與所述中央處理器連接設置有顯示裝置，可以顯示各種數據。本實用新型提供的心音信號採集程控放大濾波裝置利用電子信息技術、數據處理技術等先進技術，通過程控放大濾波裝置實現心音信號採集的模擬信號處理電路，提高心音信號採集的精度和可靠性，增加了心音信號採集設備的設計靈活性。
圖1為本實用新型實施例的電氣原理圖；圖2為圖1中程控放大濾波裝置的電氣原理圖；圖3為實施例中預處理放大裝置的電氣原理圖；圖4為實施例中程控濾波裝置的電氣原理圖。
具體實施方式
下面以非限定性的實施例來進一步解釋、說明本技術方案。一種心音信號採集程控放大濾波裝置，如圖1及圖2所示，心音傳感器採集心音信號傳輸給程控放大濾波裝置，程控放大濾波裝置對信號進行提高精度和濾除噪聲的處理，
4並將處理後的信號傳輸給模數轉換裝置進行模數轉換，模數轉換裝置將轉換後的信號傳輸給中央處理器；中央處理器還連接控制程控放大濾波裝置，中央處理器連接有顯示裝置。程控放大濾波裝置包括依次連接的實現與心音傳感器之間的信號匹配的預處理放大裝置，實現信號的帶外噪聲濾除的程控濾波裝置，進一步實現信號的放大/壓縮的信號匹配放大裝置。與所述預處理放大裝置和程控濾波裝置連接設置有信號質量評估裝置， 通過對採集到的心音信號進行評估產生預處理放大裝置和程控濾波裝置的控制信號，本例中信號質量評估裝置為中央處理器，利用中央處理器處理數據，實現信號質量的評估是已有技術，不在贅述。預處理放大裝置的實現是容易的，例如如圖3所示，採用集成運算放大器AD620和程控電阻網絡ad5231 ；程控濾波裝置的實現是容易的，例如如圖4所示，採用開關電容網絡和集成運算放大器AD620。採集信號時，心音傳感器採集心音信號，傳輸給預處理放大裝置進行預處理，再將預處理後的信號傳輸給程控濾波裝置進行帶外噪聲的濾除，再由信號匹配放大裝置進行進一步的放大，使濾波以後的信號能適合模數轉換的範圍，再進行模數轉換，並將模數轉換後的數據傳輸給中央處理器進行評估，採集到合適的心音信號，並可由顯示裝置進行顯示。
權利要求1.一種心音信號採集程控放大濾波裝置，其特徵在於包括心音傳感器採集心音信號傳輸給程控放大濾波裝置，程控放大濾波裝置對信號進行提高精度和濾除噪聲的處理，並將處理後的信號傳輸給模數轉換裝置進行模數轉換，模數轉換裝置將轉換後的信號傳輸給中央處理器；中央處理器還連接控制程控放大濾波裝置。
2.根據權利要求1所述的心音信號採集程控放大濾波裝置，其特徵在於所述程控放大濾波裝置包括依次連接的實現與心音傳感器之間的信號匹配的預處理放大裝置，實現信號的帶外噪聲濾除的程控濾波裝置，進一步實現信號的放大/壓縮的信號匹配放大裝置。
3.根據權利要求2所述的心音信號採集程控放大濾波裝置，其特徵在於所述預處理放大裝置為集成程控增益放大器或者為集成運算放大器和程控電阻網絡。
4.根據權利要求2所述的心音信號採集程控放大濾波裝置，其特徵在於所述程控濾波裝置為集成程控濾波電路或者為集成運算放大器和開關電容組成的程控濾波器。
5.根據權利要求2所述的心音信號採集程控放大濾波裝置，其特徵在於所述信號匹配放大裝置為固定放大倍數的運算放大器。
6.根據權利要求2或3或4或5所述的心音信號採集程控放大濾波裝置，其特徵在於 與所述預處理放大裝置和程控濾波裝置連接設置有信號質量評估裝置，通過對採集到的心音信號進行評估產生預處理放大裝置和程控濾波裝置的控制信號。
7.根據權利要求6所述的心音信號採集程控放大濾波裝置，其特徵在於所述信號質量評估裝置為中央處理器或者為一單片機模塊。
8.根據權利要求1或7所述的心音信號採集程控放大濾波裝置，其特徵在於與所述中央處理器連接設置有顯示裝置。
專利摘要一種心音信號採集程控放大濾波裝置，其特徵在於包括心音傳感器採集心音信號傳輸給程控放大濾波裝置，程控放大濾波裝置對信號進行提高精度和濾除噪聲的處理，並將處理後的信號傳輸給模數轉換裝置進行模數轉換，模數轉換裝置將轉換後的信號傳輸給中央處理器；中央處理器還連接控制程控放大濾波裝置。本實用新型提供的心音信號採集程控放大濾波裝置利用電子信息技術、數據處理技術等先進技術，通過程控放大濾波裝置實現心音信號採集的模擬信號處理電路，提高心音信號採集的精度和可靠性，增加了心音信號採集設備的設計靈活性。
文檔編號A61B7/04GK202005762SQ201120057149
公開日2011年10月12日 申請日期2011年3月7日 優先權日2011年3月7日
發明者劉峰, 劉振, 楊星海, 江海鷹, 王玉泰, 魏長智 申請人:濟南大學