本發(fā)明公開了一種基于fpga的心肺音分離多路聽診器，屬于醫(yī)療器材技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

聽診器，是內(nèi)外福婦兒醫(yī)師最常用的診斷用具，是醫(yī)師的標(biāo)志，現(xiàn)代醫(yī)學(xué)即始于聽診器的發(fā)明。聽診器自從被應(yīng)用于臨床以來，外形及傳音方式有不斷的改進(jìn)，但其基本結(jié)構(gòu)變化不大，主要由拾音部分(胸件)，傳導(dǎo)部分(膠管)及聽音部分(耳件)組成。傳統(tǒng)聽診器由于不具有存儲(chǔ)以及遠(yuǎn)程傳輸?shù)墓δ?，故只適用于醫(yī)患面對(duì)面聽診，不能讓使用者隨時(shí)隨地檢測(cè)心肺狀況并將心肺狀況信息發(fā)送給醫(yī)師，無法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程診療。

傳統(tǒng)聽診器采集回來的信號(hào)是心音信號(hào)、肺音信號(hào)以及雜音混合在一起的，不利于醫(yī)生進(jìn)行區(qū)分診斷。如在進(jìn)行肺部檢查或者呼吸道檢查時(shí)，由于聽診器采集回來的聲音信號(hào)中混雜著其他信號(hào)，降低了對(duì)肺音的分析準(zhǔn)確性，不利于醫(yī)生對(duì)患者做出及時(shí)的判斷。對(duì)心臟疾病進(jìn)行檢查時(shí)，情況亦是如此。

目前市面上具有心音、肺音分離功能的電子聽診器，由于只采集單路信號(hào)，將其根據(jù)心音、肺音的頻率等特征進(jìn)行分離，雖然實(shí)現(xiàn)了分離功能，但由于僅采集單路信號(hào)，信號(hào)來源不足，心音、肺音差異對(duì)比不明顯，分離出來的信號(hào)損害了心音、肺音信號(hào)的完整性以及真實(shí)性，故分離效果不理想。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，本發(fā)明針對(duì)上述存在的問題，提供一種基于fpga的心肺音分離多路聽診器，本發(fā)明采用多路采集的方式，將采集探頭置于使用者的不同部位，對(duì)采集回來的多路混合聲音信號(hào)進(jìn)行分析比較，根據(jù)信號(hào)間的共同性和差異性，采用盲信號(hào)分離算法對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，從而分離出心音信號(hào)以及肺音信號(hào)，并保存至存儲(chǔ)設(shè)備中，隨時(shí)通過無線傳輸方式將處理后的數(shù)據(jù)傳至個(gè)人智能平臺(tái)或者系統(tǒng)服務(wù)器中，進(jìn)行進(jìn)一步的處理，達(dá)到遠(yuǎn)程診療目的，緩解當(dāng)前醫(yī)療資源緊缺問題。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

本發(fā)明為一種基于無線傳輸?shù)谋銛y式電子聽診器，包括拾音頭、電源模塊、中央控制器、模擬信號(hào)處理模塊、心音分辨器、fpga模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、無線傳輸模塊、音頻輸出模塊，所述拾音頭、模擬信號(hào)處理模塊、心音分辨器、fpga模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊依次連接，所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊分別連接無線傳輸模塊及音頻輸出模塊，所述中央控制器分別連接模擬信號(hào)處理模塊、心音分辨器、fpga模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、無線傳輸模塊、音頻輸出模塊。拾音頭實(shí)現(xiàn)聲電轉(zhuǎn)換，與模擬信號(hào)處理模塊相連；模擬信號(hào)處理模塊對(duì)拾音頭傳輸來的信號(hào)進(jìn)行濾波去噪及信號(hào)放大處理，與心音分辨器相連；心音分辨器對(duì)模擬信號(hào)處理模塊傳來的信號(hào)實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換且進(jìn)行相應(yīng)音頻編碼，與fpga模塊相連；fpga模塊控制多路信號(hào)同時(shí)采集，且對(duì)采集回來的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，分離出心音信號(hào)以及肺音信號(hào)，并將數(shù)據(jù)分別存至數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊存儲(chǔ)中；無線傳輸模塊根據(jù)用戶指令從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊讀取數(shù)據(jù)并傳輸至個(gè)人智能設(shè)備中，用于后期處理和分析；音頻輸出模塊根據(jù)用戶指令從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊讀取數(shù)據(jù)，對(duì)其進(jìn)行音頻解碼處理并恢復(fù)成聲音信號(hào)，進(jìn)行放大處理后經(jīng)音頻輸出口輸出。

所述fpga模塊由于具有普通中央處理器所不具有的并行處理功能，能控制多路音頻編碼器、音頻解碼器同時(shí)對(duì)兩個(gè)以上的拾音頭的信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行同步處理，保證了不同路信號(hào)在采集及處理上的時(shí)間一致性，有效保證心肺音分離的正確性；

所述fpga模塊對(duì)采集回來的多路信號(hào)采用盲信號(hào)分離算法，提取多路信號(hào)的共同性，分離出差異性，利用差異增強(qiáng)的思想對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，分離恢復(fù)出心音信號(hào)以及肺音信號(hào)，存儲(chǔ)至數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊。

進(jìn)一步的，所述拾音頭，用于將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，傳輸至模擬信號(hào)處理模塊?？蔀閮蓚€(gè)或多個(gè)，檢測(cè)時(shí)分別放置于身體不同部位，分別獲取心音信號(hào)較強(qiáng)以及肺音信號(hào)較強(qiáng)的混合信號(hào)。

進(jìn)一步的，所述模擬信號(hào)處理模塊包括濾波電路和放大電路，所述濾波電路為帶通濾波電路，濾除噪聲信號(hào)，將去噪后的信號(hào)傳輸至放大電路，所述放大電路為負(fù)反饋功率放大電路，根據(jù)濾波電路傳來的信號(hào)幅度大小自動(dòng)調(diào)整功率放大倍數(shù)，以得到較為理想的模擬信號(hào)。

進(jìn)一步的，所述心音分辨器為通用音頻編碼器，所述通用音頻編解碼器，能對(duì)模擬信號(hào)處理模塊傳來的電信號(hào)進(jìn)行采樣、量化及音頻編解碼，從而將電信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)，傳輸至fpga模塊。

進(jìn)一步的，所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊包括sd卡及配套電路，其將fpga模塊傳來的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)操作后，根據(jù)用戶指令，將數(shù)據(jù)傳輸至無線傳輸模塊或者音頻輸出模塊。

進(jìn)一步的，所述無線傳輸模塊為藍(lán)牙無線傳輸模塊，其將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊傳來的數(shù)據(jù)通過無線方式傳輸至個(gè)人智能設(shè)備中，再發(fā)送給醫(yī)生，供醫(yī)生遠(yuǎn)程診療及進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)對(duì)比。

進(jìn)一步的，所述音頻輸出模塊，包括音頻解碼器及模擬信號(hào)放大電路，將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊傳來的數(shù)字信號(hào)經(jīng)過解碼處理，恢復(fù)成聲音信號(hào)，并進(jìn)行放大處理后經(jīng)音頻輸出口(符合通用3.5mm標(biāo)準(zhǔn))輸出。

進(jìn)一步的，所述中央控制器作為本聽診器系統(tǒng)的微控制單元mcu，協(xié)調(diào)各個(gè)模塊的功能且實(shí)現(xiàn)與用戶端的交互功能。

進(jìn)一步的，所述電源模塊，包括充電電池、充放電電路及220v交流電源供電電路，系統(tǒng)開機(jī)后，中央控制器先檢測(cè)220v交流電源供電電路是否處于供電狀態(tài)，如果處于供電狀態(tài)，則控制充電電池進(jìn)行充電過程；反之，如果220v交流電源供電電路沒有處于供電狀態(tài)，則控制充電電池進(jìn)行放電過程，從而實(shí)現(xiàn)兩種供電方式自由切換的功能。

本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明的一種基于fpga的心肺音分離多路聽診器，通過結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，引入fpga模塊，實(shí)現(xiàn)了以下效果：

采集多路信號(hào)，根據(jù)多路信號(hào)間的共同性以及差異性，采用盲信號(hào)分離算法，進(jìn)行差異增強(qiáng)處理，相比于單路采集頻域分離的方法，本發(fā)明分離出的心音信號(hào)、肺音信號(hào)完整性與真實(shí)性更佳。

采用fpga同時(shí)控制多路心音分辨器對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集和處理，能保持多路信號(hào)在時(shí)間上的高度一致性，進(jìn)一步提高心音信號(hào)、肺音信號(hào)分離算法的有效性。這是由于fpga是并行處理架構(gòu)，能同時(shí)執(zhí)行多項(xiàng)任務(wù)，而普通cpu是順序處理架構(gòu)，同一時(shí)間只能執(zhí)行一項(xiàng)任務(wù)，故采用fpga控制多路心音分辨器，能實(shí)現(xiàn)真正意義上的同步采集及處理，而采用普通cpu控制時(shí)對(duì)多路信號(hào)的采集及處理有時(shí)間上的差異性。

充分發(fā)揮普通mcu與fpga的優(yōu)勢(shì)，利用mcu控制外設(shè)的高效性來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的整體控制，利用fpga的可編程特性，將信號(hào)分離算法采用硬件加速方法實(shí)現(xiàn)，與傳統(tǒng)方法相比，處理速度更快，占用mcu資源更少，性能更佳。

附圖說明

圖1為系統(tǒng)總體功能框圖；

圖2為模擬信號(hào)處理模塊功能框圖；

圖3為音頻輸出模塊功能框圖；

圖4為系統(tǒng)外形示意圖。

具體實(shí)施方式

下面，結(jié)合附圖以及具體實(shí)施方式，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述：

如圖1所示，本發(fā)明為一種基于無線傳輸?shù)谋銛y式電子聽診器，包括拾音頭a、模擬信號(hào)處理模塊b、心音分辨器c、fpga模塊d、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊e、無線傳輸部分f、音頻輸出模塊g、中央控制器h、電源模塊i；拾音頭a，實(shí)現(xiàn)聲電轉(zhuǎn)換，與模擬信號(hào)處理模塊b相連；模擬信號(hào)處理模塊b，對(duì)拾音頭a傳輸來的信號(hào)進(jìn)行濾波去噪及信號(hào)放大處理，與心音分辨器c相連；心音分辨器c，對(duì)模擬信號(hào)處理模塊b傳來的信號(hào)實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換且進(jìn)行相應(yīng)編碼，與fpga模塊d相連；fpga模塊d，控制多路心音分辨器c同時(shí)采集轉(zhuǎn)換混合信號(hào)，并對(duì)采集回來的多路混合信號(hào)進(jìn)行心音、肺音分離，將數(shù)據(jù)分別存儲(chǔ)至數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊e中；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊e，存儲(chǔ)fpga模塊d傳來的數(shù)據(jù)，與無線傳輸模塊f及音頻輸出模塊g相連，根據(jù)用戶指令將數(shù)據(jù)傳輸至無線傳輸模塊f或者音頻輸出模塊g中；無線傳輸模塊f，將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊e傳來的數(shù)字信號(hào)通過藍(lán)牙方式傳輸至個(gè)人智能設(shè)備i中，用于后期處理和分析；音頻輸出模塊g將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊e傳來的數(shù)字信號(hào)解碼并轉(zhuǎn)化成聲音信號(hào)，進(jìn)行放大處理后經(jīng)音頻輸出口輸出；中央控制器h，協(xié)調(diào)整個(gè)系統(tǒng)的功能以及實(shí)現(xiàn)與用戶的交互；電源模塊i，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行供電。

拾音頭a將心音信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)a1-1，并傳至模擬信號(hào)處理模塊b中。

模擬信號(hào)處理模塊b的功能效果圖如圖2所示，拾音頭a傳來的信號(hào)a1-1先通過屏蔽導(dǎo)線傳至高通濾波器b1，經(jīng)過高通濾波器b1處理后的信號(hào)為b1-1，再將信號(hào)b1-1傳至低通濾波器b2，經(jīng)過低通濾波器b2處理后的信號(hào)為b2-1，從而實(shí)現(xiàn)濾波去噪功能。

信號(hào)b2-1傳至增益可調(diào)功率放大器b3中，增益可調(diào)功率放大器b3可根據(jù)b2-1的強(qiáng)度自動(dòng)調(diào)整放大增益，當(dāng)b2-1信號(hào)過弱時(shí)增大放大增益，當(dāng)b2-1信號(hào)較強(qiáng)時(shí)減小放大增益，使處理后的信號(hào)強(qiáng)度保持在合適范圍，處理后的信號(hào)為b3-1，傳至心音分辨器c中。

心音分辨器c對(duì)信號(hào)b3-1進(jìn)行采樣、量化、編碼處理，實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換功能，將處理后的數(shù)據(jù)傳至數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊e中。

fpga模塊d控制多路心音分辨器c同時(shí)采集不同部分的混合信號(hào)，經(jīng)過盲信號(hào)分離算法分離出心音信號(hào)以及肺音信號(hào)，將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)至數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊e中。

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊e為sd卡及其配套電路，能對(duì)fpga模塊d傳來的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)操作。

系統(tǒng)外形示意圖如圖4所示，圖中包括播放按鍵1、系統(tǒng)開關(guān)2、第二提示燈3、電源接口4、音頻輸出接口5、拾音頭接口6、第一提示燈7、上傳數(shù)據(jù)按鍵8。

無線傳輸部分f為藍(lán)牙模塊及其配套電路，當(dāng)用戶按下“上傳數(shù)據(jù)按鍵”時(shí)，提示燈1閃爍，啟動(dòng)數(shù)據(jù)無線傳輸功能，藍(lán)牙模塊向外發(fā)射本機(jī)uuid，等待用戶手機(jī)搜索設(shè)備成功，發(fā)出匹配信號(hào)，聽診器收到手機(jī)端匹配請(qǐng)求后，自動(dòng)確認(rèn)匹配，建立起聽診器與手機(jī)端的連接，開始發(fā)送數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊e中的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳輸成功后，提示燈1長(zhǎng)亮，再次按下“上傳數(shù)據(jù)按鍵”，提示燈1滅，無線傳輸模塊進(jìn)入休眠，從而實(shí)現(xiàn)低功耗無線傳輸。

如圖3所示，音頻輸出模塊g包括音頻解碼器g1、數(shù)模轉(zhuǎn)換器g2、功率放大器g3及音頻接口母頭g4，當(dāng)聽診器工作后，音頻輸出模塊g先從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊e中讀取數(shù)據(jù)至音頻解碼器g1中，經(jīng)過解碼后的數(shù)字信號(hào)進(jìn)入數(shù)模轉(zhuǎn)換器g2中轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，再經(jīng)過功率放大器g3放大功率，輸出至音頻接口母頭g4，用戶連接耳機(jī)后，按下“播放按鍵”即可播放心率聲音，再次按下“播放按鍵”時(shí)停止播放。

中央控制器h可以為普通單片機(jī)、dsp芯片或者fpga芯片，用于控制整個(gè)系統(tǒng)工作以及實(shí)現(xiàn)與用戶的交互，具體包括：

系統(tǒng)上電后，開始進(jìn)行心率采集工作，中央控制器h控制增益可調(diào)功率放大器b3，使增益與輸入信號(hào)功率成反比，得到大小合適的輸入信號(hào)；

中央控制器h控制數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊e存儲(chǔ)來自fpga模塊d的數(shù)字信號(hào)；

當(dāng)用戶按下“上傳數(shù)據(jù)按鍵”時(shí)，中央控制器h控制無線傳輸模塊f將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊e中的數(shù)據(jù)讀取出來并發(fā)送出去，當(dāng)用戶按下“播放按鍵”時(shí)，中央控制器h控制音頻輸出模塊g讀取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊e中的數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)換成音頻信號(hào)輸出；

電源模塊i包括充電電池充放電電路i1及220v交流電源供電電路i2，系統(tǒng)開機(jī)后，提示燈2亮，中央控制器d先檢測(cè)i2是否處于供電狀態(tài)，如果處于供電狀態(tài)，則控制i1進(jìn)行充電過程；反之，如果i2沒有處于供電狀態(tài)，則控制i1進(jìn)行放電過程，從而實(shí)現(xiàn)兩種供電方式自由切換的功能。

對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，可根據(jù)以上描述的技術(shù)方案以及構(gòu)思，做出其它各種相應(yīng)的改變以及形變，而所有的這些改變以及形變都應(yīng)該屬于本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。