專利名稱：藍(lán)牙電子心音聽(tīng)診器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)診斷醫(yī)療技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)是一種藍(lán)牙電子心音聽(tīng)診器。
背景技術(shù)：
醫(yī)生在給病人看病時(shí)通常會(huì)使用傳統(tǒng)的機(jī)械聽(tīng)診器，機(jī)械聽(tīng)診器它由聽(tīng)頭、膠管、 金屬架、耳塞組成，其心音是通過(guò)聽(tīng)頭的膜片振動(dòng)，由連接的膠管將心音傳到耳塞上，由于 構(gòu)造的限制，傳統(tǒng)聽(tīng)診器只能供一人使用，且傳輸距離受到很大限制。 現(xiàn)在也研發(fā)了一些電子聽(tīng)診器，它在傳統(tǒng)聽(tīng)診器的基礎(chǔ)上有了一定的進(jìn)步，可以 通過(guò)聽(tīng)診頭將心音信號(hào)放大處理，其中"簡(jiǎn)便清晰電子聽(tīng)診器"(專利號(hào)01260188. 8)、"多 功能電子聽(tīng)診器"(專利號(hào)02144276. 2)和"醫(yī)用電子聽(tīng)診器"(專利號(hào)200520069536. 5) 都具有一定的信號(hào)預(yù)處理功能，對(duì)加強(qiáng)信號(hào)的精度和準(zhǔn)確度有一定改善，但是無(wú)法對(duì)獲取 的信號(hào)進(jìn)行傳輸，記錄或分析。"遠(yuǎn)程電子聽(tīng)診器"(專利號(hào)03241337. 8)禾P"無(wú)線電子聽(tīng)診 器"(專利號(hào)200410012647. 2)在一定程度上改進(jìn)了聽(tīng)診器信號(hào)的傳輸功能。"無(wú)線電子聽(tīng) 診器"(專利號(hào)200720119416.0)具有錄音和放音功能。但是，這些電子聽(tīng)診器都缺乏對(duì)獲 取信號(hào)的數(shù)字化以及對(duì)信號(hào)的計(jì)算機(jī)輔助診斷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供的一種藍(lán)牙電子心音聽(tīng)診器，它的便 攜終端機(jī)可以對(duì)病人的心音信號(hào)進(jìn)行放大與濾波，可以由功率放大后喇叭實(shí)時(shí)播放，同時(shí) 經(jīng)嵌入式處理器采樣后液晶屏顯示心音圖，通過(guò)串口或藍(lán)牙方式傳輸?shù)絇C機(jī)實(shí)時(shí)顯示心 音圖和心率，并對(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行計(jì)算機(jī)分析，對(duì)心動(dòng)過(guò)速過(guò)緩、心律不齊及心臟瓣膜的常 見(jiàn)疾病給出診斷提示。 實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的具體技術(shù)方案是一種藍(lán)牙電子心音聽(tīng)診器，其特點(diǎn)是該聽(tīng)診 器由便攜終端機(jī)和PC機(jī)組成，便攜終端機(jī)由傳感器將采集的心音信號(hào)經(jīng)初級(jí)放大、低通濾 波、二級(jí)放大后分兩路輸出，一路由功放模塊進(jìn)行實(shí)時(shí)心音播放，另一路由主控模塊將心音 信號(hào)A/D轉(zhuǎn)換后由液晶屏進(jìn)行實(shí)時(shí)心音圖顯示，并通過(guò)串口或藍(lán)牙發(fā)送模塊傳輸?shù)絇C機(jī)， PC機(jī)將接收的心音數(shù)據(jù)經(jīng)PC端主控模塊處理后由PC屏實(shí)時(shí)顯示心音圖或根據(jù)需要由存儲(chǔ) 模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和輔助診斷模塊進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助診斷。 所述初級(jí)放大和二級(jí)放大采用JRC4558D運(yùn)算放大芯片，并可調(diào)節(jié)放大倍數(shù)以適 應(yīng)不同檢測(cè)對(duì)象的幅值。 所述低通濾波采用MAX7410五階巴特沃斯濾波芯片。
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(shù)據(jù)存儲(chǔ)成文件或?qū)С龀蒞AV音頻格式以兼容播 放器播放。 所述輔助診斷模塊為PC機(jī)終端軟件根據(jù)心音圖對(duì)常見(jiàn)的心動(dòng)過(guò)速過(guò)緩、心律不 齊及心臟瓣膜疾病進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助診斷，并給出相應(yīng)提示。
本發(fā)明設(shè)備簡(jiǎn)單、使用方便，與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果 (1)能對(duì)心音信號(hào)進(jìn)行放大，喇叭實(shí)時(shí)播放，無(wú)需佩戴聽(tīng)診器聽(tīng)筒或耳機(jī)，也可通
過(guò)音頻接口外接音箱，用普通耳機(jī)進(jìn)行聽(tīng)診； (2)可以調(diào)節(jié)放大倍數(shù)，以便對(duì)不同患者的信號(hào)都獲得良好效果； (3)便攜式終端的液晶屏或PC機(jī)可實(shí)時(shí)顯示心音圖，給醫(yī)生提供更直觀的診斷數(shù)
據(jù)； (4)能通過(guò)藍(lán)牙無(wú)線傳輸或串口傳輸?shù)絇C機(jī)，便于數(shù)字信號(hào)的保存和分析；
(5)PC機(jī)終端的軟件可以保存選定時(shí)間范圍內(nèi)的心音數(shù)據(jù)，包括心音圖數(shù)據(jù)格式 和WAV音頻格式兩種，并可以相互轉(zhuǎn)換； (6)基于心音信號(hào)的計(jì)算機(jī)輔助診斷，實(shí)現(xiàn)心率實(shí)時(shí)檢測(cè)，對(duì)心動(dòng)過(guò)速過(guò)緩、心律 不齊等常見(jiàn)心臟疾病給出診斷提示； (7)多種方式供電，便攜式終端可以通過(guò)直流電源與充電電池兩種方式供電，設(shè)備 插上直流電源可以對(duì)電池進(jìn)行充電，達(dá)到電池重復(fù)循環(huán)使用的目的。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖 圖2為初級(jí)放大電路圖 圖3為低通濾波電路圖 圖4為二級(jí)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(lán)牙傳輸流程圖 圖8為藍(lán)牙數(shù)據(jù)包格式圖 圖9為PC機(jī)程序界面及心音波形圖 圖10為Sl、 S2檢測(cè)與心率檢測(cè)圖
具體實(shí)施例方式
參閱附圖1，本發(fā)明由便攜終端機(jī)1和PC機(jī)2組成，便攜終端機(jī)1包括傳感器3、 初級(jí)放大4、低通濾波5， 二級(jí)放大6、主控模塊7、功放模塊8、液晶屏9、藍(lán)牙發(fā)送模塊10和 串口 11 ;PC機(jī)2包括藍(lán)牙接收模塊12、串口 13、PC端主控模塊14、存儲(chǔ)模塊15、輔助診斷 模塊16和PC屏17，傳感器3將采集的心音信號(hào)經(jīng)初級(jí)放大4、低通濾波5、二級(jí)放大6后分 兩路輸出， 一路由功放模塊8進(jìn)行實(shí)時(shí)心音播放，另一路由主控模塊7將心音信號(hào)A/D轉(zhuǎn)換 后由液晶屏9進(jìn)行實(shí)時(shí)心音圖顯示，并通過(guò)串口 11或藍(lán)牙發(fā)送模塊10將心音信號(hào)傳輸?shù)?PC機(jī)2，串口 13或藍(lán)牙接收模塊12將接收的心音數(shù)據(jù)經(jīng)PC端主控模塊14程序控制處理 后由PC屏17實(shí)時(shí)顯示心音圖，或者根據(jù)需要由存儲(chǔ)模塊15進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和通過(guò)輔助診斷 模塊16進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助診斷，并給出相應(yīng)提示。 以下結(jié)合具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)描述，其具體步驟如 下( — )心音信號(hào)的初級(jí)放大
參閱附圖2，初級(jí)放大4為JRC 4558D運(yùn)算放大芯片的電路，從傳感器3采集的心 音信號(hào)，經(jīng)初級(jí)放大4的信號(hào)放大，其中，電容CI起到隔直耦合交流信號(hào)的作用。由于JRC 4558D采用單電源供電時(shí)必須對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行直流偏置，建立靜態(tài)工作點(diǎn)，所以在C1之后 再用電阻Rl、電阻R2對(duì)信號(hào)進(jìn)行2. 5V的直流偏置，并調(diào)整電阻Rl、電阻R2的值，使上、下 擺幅趨于一致。電阻R5、電阻R6、電容C8、電容C6構(gòu)成運(yùn)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(hào)而不放大直流信號(hào)。改變電阻R5的阻值可以改變 電路的放大倍數(shù)。該電路的放大倍數(shù)A可以參考下式 A=l + ^ ( 二 )心音信號(hào)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芯片的電路，該電路可得到 較精確的截止頻率和較高的階數(shù)，以抑制或衰減來(lái)自20 600Hz心音信號(hào)的高頻噪聲。在 使用該芯片的內(nèi)部時(shí)鐘時(shí)需設(shè)置一個(gè)連地電容，其頻率計(jì)算公式是
f。sc(kHz) = 30*103/Cosc(pF)
濾波截止頻率與時(shí)鐘頻率的關(guān)系
fc = fCLK/100 其中:fCLK = f。sc，由fc = 600Hz ，得Cosc = 500pF。 [O(HO](三)心音信號(hào)的二級(jí)放大 參閱附圖4、附圖5， 二級(jí)放大6的電路與初級(jí)放大4的電路基本相同，但輸入無(wú)需 設(shè)置隔直電容與偏置電阻，其中，電阻R7為可調(diào)，用于調(diào)節(jié)放大倍數(shù)。心音信號(hào)經(jīng)二級(jí)放大 6后設(shè)有兩路輸出， 一路輸出連接設(shè)有喇叭及音頻輸出接口的功放模塊8進(jìn)行實(shí)時(shí)播放，另 一路輸出連接主控模塊7，由于主控模塊7的工作電壓是3. 3V，故需重置靜態(tài)工作點(diǎn)。
(四)主控模塊的設(shè)置 參閱附圖6，采集的心音信號(hào)經(jīng)初級(jí)放大4、低通濾波5、二級(jí)放大6預(yù)處理后的心 音信號(hào)一路輸出連接設(shè)有喇叭及音頻輸出接口的功放模塊8進(jìn)行實(shí)時(shí)播放，另一路輸出連 接主控模塊7，主控模塊7采用S3C2410 ARM嵌入式處理器，3. 3V供電。濾波放大后的心 音信號(hào)輸入S3C2410的A/D采樣端(AIN2引腳)，進(jìn)行1K Hz的采樣，S3C2410處理器通過(guò) VDO VD23等引腳與液晶屏相連。 主控模塊7的程序包括系統(tǒng)時(shí)鐘、工作模式、輸入、輸出接口的初始化、UART初始 化、A/D采樣、信號(hào)處理、定時(shí)控制、液晶屏顯示、藍(lán)牙模塊初始化、藍(lán)牙查詢、建立連接、數(shù)據(jù) 傳輸、斷開(kāi)連接和錯(cuò)誤響應(yīng)。 主控模塊7設(shè)計(jì)的藍(lán)牙傳輸數(shù)據(jù)為每5個(gè)采樣數(shù)據(jù)打包進(jìn)行一次發(fā)送，每隔5ms 發(fā)送一次，采用S3C2410的定時(shí)器T0UT0以中斷方式控制。
(五)心音數(shù)據(jù)的傳輸 參閱附圖7，經(jīng)主控模塊7處理的心音信號(hào)以串口 11或藍(lán)牙發(fā)送模塊10、串口 13 或藍(lán)牙接收模塊12傳輸給PC機(jī)2，串口 11、13采用RS232串行傳輸，藍(lán)牙發(fā)送模塊11、藍(lán) 牙接收模塊12采用CSR公司生產(chǎn)的BlueCore4-Rom芯片，并通過(guò)UART與主控模塊7連接， 主控模塊7通過(guò)hci—sencLcmd()函數(shù)由藍(lán)牙主控器接口 (HCI)向藍(lán)牙主控器發(fā)送各種命 令，并接收主控器返回的事件。HCI命令是以數(shù)據(jù)包的形式發(fā)送給主控器的。
數(shù)據(jù)包的格式為指令操作碼(0GF、 0CF)、數(shù)據(jù)長(zhǎng)度和具體命令數(shù)據(jù)，在UART (H4) 傳輸時(shí)還要在前面加上一個(gè)字節(jié)的HCI指示包，以區(qū)分是何種HCI分組。大多數(shù)指令在執(zhí) 行后都會(huì)以事件分組的形式返回指令成功執(zhí)行事件(Command Complete event)。具體的參 數(shù)可查閱藍(lán)牙規(guī)范。 整個(gè)HCI通信流程主要包括藍(lán)牙模塊初始化；藍(lán)牙主設(shè)備查詢；建立連接步驟。 完成心音數(shù)據(jù)的A/D采樣后將數(shù)據(jù)前加入藍(lán)牙發(fā)送所需要的分組頭信息就可以通過(guò)主控 器發(fā)送給從設(shè)備。 參閱附圖8，藍(lán)牙數(shù)據(jù)包格式，分組頭包括連接句柄、PB、 BC標(biāo)志(數(shù)據(jù)包分界標(biāo) 志、數(shù)據(jù)廣播標(biāo)志)和數(shù)據(jù)長(zhǎng)度。分組頭實(shí)際形式為(16進(jìn)制)022A200100，共5個(gè)字節(jié)，其 中02表示是ACL數(shù)據(jù)包；2A 20為連接句柄及PB、BC標(biāo)志，連接句柄占其2字節(jié)低12位，在 連接成功建立之后由藍(lán)牙模塊自動(dòng)分配，且發(fā)送端與收收端必須一致，這里為0x002A ;BC、 PB(0b0010)表示采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的連接和單次數(shù)據(jù)模式；0500表示之后的數(shù)據(jù)為5個(gè)字節(jié)，即 5個(gè)8位的A/D采樣有效數(shù)據(jù)。接收端PC機(jī)2的PC端主控14主要完成藍(lán)牙接收模塊12 的初始化、HCI藍(lán)牙上層協(xié)議實(shí)現(xiàn)、定時(shí)控制、數(shù)據(jù)接收等。
(六)心音波形圖的顯示 參閱附圖9，心音數(shù)據(jù)的采樣頻率是1000Hz。在便攜終端機(jī)1的液晶屏9上每隔 5ms在屏幕上繪制一次數(shù)據(jù)，每次(周期)描繪5個(gè)點(diǎn)，工作如下首先將整個(gè)屏幕的心音 波形右移一個(gè)象素(剛開(kāi)始時(shí)屏幕為空)，在空出來(lái)的第一列上繪制剛剛接收到的5個(gè)數(shù)據(jù) (根據(jù)幅值描點(diǎn))。第一列的5個(gè)點(diǎn)之間相連，第一列第一個(gè)接收到的數(shù)據(jù)與第二列最后描 的點(diǎn)相連，以實(shí)現(xiàn)波形圖的連續(xù)。如此快速反復(fù)以實(shí)現(xiàn)便攜終端機(jī)1的液晶屏9動(dòng)態(tài)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(jī)2通過(guò)串口 13或藍(lán)牙接收模塊12接收心音數(shù)據(jù)，由PC端主控模塊14將接 收數(shù)字心音數(shù)據(jù)并圖形化后在PC屏17進(jìn)行實(shí)時(shí)心音動(dòng)態(tài)示波。上述便攜終端機(jī)1的藍(lán)牙 傳輸也是一次傳輸5個(gè)采樣數(shù)據(jù)，利用S3C2410的高精度定時(shí)器，每5ms發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)包。 PC機(jī)2的接收端也是5ms接收一次數(shù)據(jù)，示波算法與便攜終端機(jī)1類似，每個(gè)周期也是先將 整個(gè)波形先右移一個(gè)象素，在第一列描繪5個(gè)新接收到的點(diǎn)，快速周期重復(fù)，這樣就實(shí)現(xiàn)了 PC屏17的動(dòng)態(tài)示波。
(七)心音數(shù)據(jù)的存取 PC機(jī)2的存儲(chǔ)模塊15可以為用戶截取并保存規(guī)定時(shí)間范圍內(nèi)的心音數(shù)據(jù)，供進(jìn)一
步分析診斷。數(shù)據(jù)保存形式有心音圖數(shù)據(jù)格式和WAV音頻格式兩種。用戶也可以使用存儲(chǔ)
模塊15將已保存的心音圖數(shù)據(jù)文件和WAV音頻文件還原成波形圖或播放。 心音圖數(shù)據(jù)文檔后綴為.txt，采用PCM編碼，每行一個(gè)整數(shù)，直接對(duì)應(yīng)模擬聲波被
量化的數(shù)字量。數(shù)據(jù)采樣率為1000Hz，lByte(8bit)，取值范圍為-128 127。 用戶可以根據(jù)需要可以使用存儲(chǔ)模塊15將心音圖數(shù)據(jù)導(dǎo)出成WAV音頻格式以兼
容播放器播放。WAV為微軟公司(Microsoft)開(kāi)發(fā)的一種聲音文件格式，也稱為PCM(脈沖
編碼調(diào)制)聲音文件，是沒(méi)有經(jīng)過(guò)壓縮的聲波數(shù)據(jù)文件，數(shù)據(jù)直接對(duì)應(yīng)模擬聲波被量化的
數(shù)字量，每個(gè)量化值為1Byte(8bit)，取值范圍為0 255。(八)計(jì)算機(jī)的輔助診斷 參閱附圖10，輔助診斷模塊16將心音圖數(shù)據(jù)利用希爾伯特-黃變換得到的解析信
6號(hào)_心音包絡(luò)，通過(guò)設(shè)定合適的閾值，利用差分法對(duì)包絡(luò)進(jìn)行分段，得到第一心音，第二心 音的位置(開(kāi)始點(diǎn)，最高點(diǎn)，結(jié)束點(diǎn))，結(jié)合采樣頻率從而計(jì)算出心率。此外，根據(jù)心音S1， S2間期時(shí)間長(zhǎng)短以及圖中出現(xiàn)的雜音波形，對(duì)心動(dòng)過(guò)速過(guò)緩、心律不齊等常見(jiàn)疾病給出醫(yī) 學(xué)提示。 以上只是對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明，并非用以限制本專利，凡為本發(fā)明等效實(shí)施，均 應(yīng)包含于本專利的權(quán)利要求范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種藍(lán)牙電子心音聽(tīng)診器，其特征在于該聽(tīng)診器由便攜終端機(jī)和PC機(jī)組成，便攜終端機(jī)由傳感器將采集的心音信號(hào)經(jīng)初級(jí)放大、低通濾波、二級(jí)放大后分兩路輸出，一路由功放模塊進(jìn)行實(shí)時(shí)心音播放，另一路由主控模塊將心音信號(hào)A/D轉(zhuǎn)換后由液晶屏進(jìn)行實(shí)時(shí)心音圖顯示，并通過(guò)串口或藍(lán)牙發(fā)送模塊傳輸?shù)絇C機(jī)，PC機(jī)將接收的心音數(shù)據(jù)經(jīng)PC端主控模塊處理后由PC屏實(shí)時(shí)顯示心音圖或根據(jù)需要由存儲(chǔ)模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和輔助診斷模塊進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助診斷。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述藍(lán)牙電子心音聽(tīng)診器，其特征在于所述初級(jí)放大和二級(jí)放大采 用JRC4558D運(yùn)算放大芯片，并可調(diào)節(jié)放大倍數(shù)以適應(yīng)不同檢測(cè)對(duì)象的幅值。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述藍(lán)牙電子心音聽(tīng)診器，其特征在于所述低通濾波采用MAX7410 五階巴特沃斯濾波芯片。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述藍(lán)牙電子心音聽(tīng)診器，其特征在于所述主控模塊為S3C2410嵌 入式處理器。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述藍(lán)牙電子心音聽(tīng)診器，其特征在于所述PC端主控模塊可將心音 圖數(shù)據(jù)存儲(chǔ)成文件或?qū)С龀蒞AV音頻格式以兼容播放器播放。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述藍(lán)牙電子心音聽(tīng)診器，其特征在于所述輔助診斷模塊為PC機(jī) 終端軟件根據(jù)心音圖對(duì)常見(jiàn)的心動(dòng)過(guò)速過(guò)緩、心律不齊及心臟瓣膜疾病進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助診 斷，并給出相應(yīng)提示。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種藍(lán)牙電子心音聽(tīng)診器，其特點(diǎn)是該聽(tīng)診器由便攜終端機(jī)和PC機(jī)組成，便攜終端機(jī)由傳感器將采集的心音信號(hào)經(jīng)初級(jí)放大、低通濾波、二級(jí)放大后一路由功放模塊進(jìn)行實(shí)時(shí)心音播放，另一路由主控模塊將心音信號(hào)A/D轉(zhuǎn)換后由液晶屏進(jìn)行實(shí)時(shí)心音圖顯示，并通過(guò)串口或藍(lán)牙發(fā)送模塊傳輸?shù)絇C機(jī)，PC機(jī)將接收的心音數(shù)據(jù)經(jīng)PC端主控模塊處理后由PC屏實(shí)時(shí)顯示心音圖或根據(jù)需要由存儲(chǔ)模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和輔助診斷模塊進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助診斷。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有心音數(shù)據(jù)的保存和分析，實(shí)時(shí)顯示心音圖，給醫(yī)生提供更直觀的診斷數(shù)據(jù)，對(duì)心動(dòng)過(guò)速過(guò)緩、心律不齊等常見(jiàn)心臟疾病給出診斷提示的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)A61B7/04GK101700186SQ200910199630
公開(kāi)日2010年5月5日 申請(qǐng)日期2009年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月27日
發(fā)明者屠志海, 曹桂濤, 朱侃杰, 李皓, 湯洋 申請(qǐng)人:華東師范大學(xué)