心音采集的實(shí)現(xiàn)

龐智明+盧思源+侯啟家+湯建明

【摘 要】基于現(xiàn)有的單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)，本作品設(shè)計(jì)了一種袖珍型的心音監(jiān)聽(tīng)儀。本作品通過(guò)心音傳感器采集心音數(shù)據(jù)，使用PC處理數(shù)據(jù)，再上傳至網(wǎng)站數(shù)據(jù)庫(kù)。使用者可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)自身的健康狀況。在發(fā)生問(wèn)題的時(shí)候，也可以立刻將檢查結(jié)果發(fā)送給醫(yī)生，使得醫(yī)生的工作效率加快，亦減少了病人的等待時(shí)間。

【關(guān)鍵詞】心音；健康；大數(shù)據(jù)

0 引言

根據(jù)心音來(lái)診斷心臟的歷史可以追溯到很久以前。但是聽(tīng)心音的儀器的產(chǎn)生卻僅僅二百多年的歷史。1816年，第一個(gè)發(fā)明了聽(tīng)診器是法國(guó)醫(yī)生Laennec，而正式用于臨床判斷的卻是在1817年。其實(shí)，起初聽(tīng)診器的發(fā)明，是用來(lái)診斷胸腔疾病。在1840年，英國(guó)醫(yī)生Jacalyn Duffin改良了聽(tīng)診器之后，就可以聽(tīng)到身體內(nèi)部更多的聲音，如靜脈血管、動(dòng)脈血管、心臟跳動(dòng)、肺部呼吸、腸子蠕動(dòng)的聲音。1937年，凱爾將卡門(mén)的聽(tīng)診器再次改良，使之能夠能產(chǎn)生立體音響。近年來(lái)，市場(chǎng)上陸陸續(xù)續(xù)出現(xiàn)了一些電子聽(tīng)診器，可放大心臟聲音，還可以記錄心臟雜音，與正常心音比較。聽(tīng)診通過(guò)使用一個(gè)簡(jiǎn)單且有效率的工具——聽(tīng)診器，獲得了結(jié)構(gòu)性和功能性心臟缺陷的很多信息。而電子聽(tīng)診器正在逐步取代傳統(tǒng)聽(tīng)診器。

電子聽(tīng)診器的出現(xiàn)，大概是在20世紀(jì)70年代左右。美國(guó)一家醫(yī)療器械的公司推出了電子聽(tīng)診器，該聽(tīng)診器可以捕捉到身體內(nèi)部器官發(fā)出的一些微弱卻非常重要的聲音，使得醫(yī)生不會(huì)錯(cuò)過(guò)任何有價(jià)值的聲音，更容易判斷心肺等器官可能發(fā)生的病變。

在我國(guó)，電子聽(tīng)診器出現(xiàn)的比較晚，雖然聽(tīng)診器可以聽(tīng)到心音，但是并非針對(duì)心音。而從1975開(kāi)始，就有人提出了自制心音脈搏監(jiān)聽(tīng)儀。雖然僅僅是個(gè)開(kāi)始，但是從近年來(lái)的論文發(fā)表來(lái)看，針對(duì)心音脈搏的研制越來(lái)越多了，并且增加了許多技術(shù)，如藍(lán)牙、無(wú)線、APP等等。

目前，我國(guó)心音監(jiān)聽(tīng)儀的研發(fā)和應(yīng)用還處于一個(gè)急速發(fā)展的階段。和國(guó)外的心音監(jiān)聽(tīng)儀的區(qū)別，在技術(shù)上不是很大，最大的區(qū)別在于針對(duì)雜音的處理的算法。

1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)方案確定

在此方案中，把系統(tǒng)分為傳感器模塊、采集模塊、數(shù)據(jù)處理存儲(chǔ)模塊和PC處理模塊四個(gè)部分。在傳感器部分，因?yàn)槊}搏的信號(hào)可以從心音信號(hào)中提取，所以只設(shè)置了心音的傳感器。脈搏信號(hào)將在PC機(jī)中通過(guò)算法提取出來(lái)。首先在心音傳感器采集，經(jīng)過(guò)放大、濾波電路，經(jīng)MCU的模數(shù)轉(zhuǎn)換，再經(jīng)過(guò)文件系統(tǒng)存儲(chǔ)于SD卡。SD卡經(jīng)由讀卡器，將數(shù)據(jù)連入PC機(jī)中，使用MATLAB處理。該方案還加入了一個(gè)網(wǎng)頁(yè)。在MATLAB處理完畢的數(shù)據(jù)可以上傳到服務(wù)器，使用該系統(tǒng)的人可以將數(shù)據(jù)上傳到服務(wù)器，服務(wù)器則會(huì)返回診斷結(jié)果。同時(shí)，醫(yī)生還可以閱覽上傳的數(shù)據(jù)，可以對(duì)某些心音數(shù)據(jù)進(jìn)行診斷，給予及時(shí)的醫(yī)囑（圖1）。

本方案數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理存儲(chǔ)模塊采用STM32F103VET6為控制核心，心音傳感器采用醫(yī)用聽(tīng)筒和高清麥克風(fēng)為制作材料，放大濾波電路則采用低噪聲高阻抗的TLC2252作為運(yùn)算放大器。

2 硬件電路設(shè)計(jì)

2.1 心音脈搏采集電路

心音脈搏采集電路是本系統(tǒng)的難點(diǎn)部分，同時(shí)也是核心部分，該部分硬件電路包括：放大部分、濾波部分、電平抬升部分和電源部分。運(yùn)算放大器采用高阻抗低噪聲的TLC2252，逆轉(zhuǎn)電壓部分使用的芯片是ICL7660 。

2.1.1 前置放大電路

前置放大電路選用了的TLC2252芯片作為運(yùn)算放大器。TLC2252是由TI公司精湛的LinCMOS工藝制作運(yùn)算放大器，和如今市場(chǎng)上的多數(shù)運(yùn)算放大器相比，TLC2252具有非常好的輸入失調(diào)電壓、滿電源電壓幅度輸出和低功耗的性能。TLC2252的高輸入阻抗和低噪聲，以及低功耗，使得其在便攜式醫(yī)學(xué)應(yīng)用方面應(yīng)用日益廣泛。

由于傳感器的輸出是一個(gè)3.5mm的音頻插頭，因此前置放大器的輸入端是一個(gè)音頻插座，其放大倍數(shù)是可通過(guò)滑動(dòng)變阻器改變，放大倍數(shù)可從1～10倍調(diào)節(jié)（圖2）。

2.1.2 低通濾波電路

低通濾波器同樣選擇了低噪聲、高阻抗的TLC2252作為運(yùn)算放大器。通帶頻率為600HZ，截止頻率為800HZ（圖3）。

[責(zé)任編輯：楊玉潔]