專利名稱：可視聽診器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可視聽診器，具體地說，涉及一種能夠放大并過 濾所接收到的胸腔和心臟聲音，并運用生物醫(yī)學信號分析算法通過通用串行總線(USB)傳輸路徑終端儲存或可聽取地輸出胸腔和心臟聲 音波形數(shù)據(jù)的可視聽診器。
背景技術(shù)：
1819年Laemiec發(fā)明的傳統(tǒng)的模擬聽診器，包括一個胸件部分、 一個耳件部分和一根連接胸件部分和耳件部分的傳導管。至今，上述機械式聽診器在各醫(yī)學領(lǐng)域上廣泛使用，但最近開始 轉(zhuǎn)換為電子聽診器(使用模擬放大技術(shù))。長期使用上述聽診器，會引發(fā)診斷醫(yī)師聽力障礙及耳部痛癥，在 診斷時出現(xiàn)醫(yī)師耳部痛癥引起診斷不便甚至誤診。另外，傳統(tǒng)的模擬聽診器和最近的電子聽診器在聽取胸腔和心臟 的聲音時只有醫(yī)師能聽到，由于醫(yī)師的主觀判斷而導致誤診的幾率相 對較高，患者和監(jiān)護人不能通過聽診器聽到聲音，從而導致片面診斷。另外，由于它們的模擬方式，傳統(tǒng)的模擬聽診器不能將診斷數(shù)據(jù) 儲存在數(shù)據(jù)庫中，因而存在不可能遠程傳輸?shù)膯栴}。發(fā)明內(nèi)容(一)技術(shù)問題因此，為了克服先前技術(shù)中出現(xiàn)的上述問題，申請人做出本發(fā)明。 本發(fā)明的目的之一是提供一種能通過USB傳輸路徑儲存并播放接收 到的生物醫(yī)學信號的可視聽診器。本發(fā)明的另一目的是提供一種能把診斷數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并 儲存在數(shù)據(jù)庫中，可遠程傳輸診斷數(shù)據(jù)的可視聽診器。本發(fā)明的再一目的是提供一種在診斷時能根據(jù)胸腔和心臟聲音 數(shù)據(jù)庫和診斷軟件作出客觀可靠診斷的可視聽診器。本發(fā)明的又一目的是提供一種能克服以往聽診器導致醫(yī)師聽力 障礙和耳部痛癥的可視聽診器。本發(fā)明的最后一個目的是提供一種可視聽診器，在釆集頭內(nèi)釆集孔上方的空腔內(nèi)安裝一個麥克風，麥克風周邊用隔音橡膠部件環(huán)繞以防止通過集音孔所釆集聲音的損失及噪音的流入，從而更加清晰準確地釆集胸腔及心臟聲音。 (二)技術(shù)方案為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種可視聽診器，其包括采集人 體產(chǎn)生的生物醫(yī)學信號并把它們轉(zhuǎn)換成電聲音信號的拾音器，接收并 放大拾音器傳輸?shù)男厍缓托呐K聲音并以標定的頻率進行過濾或進行 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和處理并把它們輸出的控制器，和接收控制器輸出的信號并 把該信號輸出為聲音或運用一定算法進行診斷、分析并顯示該信號的 輸出單元?？刂破靼ㄓ糜诜糯笫耙羝鬏敵龅碾娐曇粜盘柕牡谝环糯髥卧?用于濾過從其通過的放大的電聲音信號中標定頻率段信號的超低通 濾波器；用于放大從超低通濾波器輸出的生物醫(yī)學信號的第二放大單 元；以及用于僅使放大的生物醫(yī)學信號中某特定頻率段信號通過預(yù)定 濾波器的音頻單元。輸出單元是接收音頻單元輸出的信號并轉(zhuǎn)換成聲音信號的聲音 輸出單元。音頻單元包括用來檢測來自第二放大單元的胸腔和心臟聲音的 信號檢測電路，和用于通過濾過來自信號檢測電路的信號中一定頻率 段信號來清除噪音的低通濾波器。作為選擇，控制器包括用于放大從拾音器輸出的電聲音信號的第 一放大單元；用于過濾放大的電聲音信號中標定頻率段信號的超級低 通濾波器；用于傳輸通過超低通濾波器輸出的生物醫(yī)學信號的信號輸
入界面；用于保持或控制信號輸入界面輸出的生物醫(yī)學信號處于接近 原始信號狀態(tài)的自動增益控制單元；取樣并保持自動增益控制單元輸 出信號的取樣保持單元;把取樣或保持的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的 模擬-數(shù)字(A/D)轉(zhuǎn)換單元；接收通過A/D轉(zhuǎn)換單元輸出的信號并執(zhí) 行編碼或解碼功能和壓縮或解壓縮功能的數(shù)字信號處理單元；把信號 從數(shù)字信號處理單元傳遞至外部輸出單元的通用串行總線(USB )傳 輸路徑終端。輸出單元是連接于控制器的USB傳輸路徑終端的計算機，接收通 過USB傳輸路徑終端輸出的信號并運用預(yù)定算法進行診斷和分析。最后，控制器包括用于放大拾音器輸出的電聲音信號的第一放大單元；濾過放大的電聲音信號中標定頻率段信號的超低通濾波器；傳輸超低通濾波器輸出的生物醫(yī)學信號的信號輸入界面；保持或控制信號輸入界面輸出的生物醫(yī)學信號處于接近原始信號狀態(tài)的自動增益控制單元；取樣并保持從自動增益控制單元輸出的信號的取樣保持單元；把取樣并保持的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的A/D轉(zhuǎn)換單元；接收A/D轉(zhuǎn)換單元輸出信號并執(zhí)行編碼或解碼功能和壓縮或解壓縮功能的數(shù)字信號處理單元；將數(shù)字信號處理單元輸出的信號轉(zhuǎn)換成模擬信號并把它們輸出的數(shù)字-模擬(D/A)轉(zhuǎn)換單元；以及控制來自D/A轉(zhuǎn)換單元的信號強度并把信號輸出至外部輸出單元的信號量控制單元。 (三)有益效果因此，依據(jù)本發(fā)明的可視聽診器收集生物醫(yī)學信號(胸腔和心臟 聲音)，并通過使用生物醫(yī)學信號診斷程序、通過USB傳輸路徑終端、 用液晶顯示器和耳機或揚聲器把拾音器輸出的胸腔和心臟聲音可視 化或能聽到。另外，可視聽診器運用生物醫(yī)學信號診斷算法把胸腔和 心臟聲音信號儲存為數(shù)字數(shù)據(jù)，并可儲存患者的個人信息和醫(yī)師的臨 床診斷記錄。另外，數(shù)字數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫、生物醫(yī)學信號診斷算法和另一個診斷 數(shù)據(jù)庫相連接，以便能提供一個最準確的疾病名?？墒贯t(yī)師利用上述
數(shù)據(jù)庫根據(jù)統(tǒng)計學處理作出客觀診斷，并運用USB傳輸路徑實施具有 高附加值的可視聽診器系統(tǒng)。因此，本發(fā)明中，患者和他或她的監(jiān)護人在診斷時即能聽到胸腔 和心臟的聲音也能看到數(shù)據(jù)的波形，從而實現(xiàn)了客觀診斷，且根據(jù)胸 腔和心臟聲音的數(shù)據(jù)庫和診斷軟件得出臨床數(shù)據(jù)并開具醫(yī)學處方，因 而可作出更可靠的診斷。另外，醫(yī)師之間可共享胸部和心臟數(shù)據(jù)庫，具有提高治療效果及 為患者的事后管理和治療提供多種形態(tài)的信息等優(yōu)點。


圖l為說明依據(jù)本發(fā)明的可視聽診器的結(jié)構(gòu)圖； 圖2a為說明圖1的可視聽診器實施例1的結(jié)構(gòu)圖； 圖2b為說明圖1的可視聽診器實施例2的結(jié)構(gòu)圖； 圖2c為說明圖l的可視聽診器實施例3的結(jié)構(gòu)圖；器的電路圖；圖4為說明依據(jù)本發(fā)明組裝的聽診器的拾音器的剖視圖； 圖5為說明依據(jù)本發(fā)明執(zhí)行生物醫(yī)學信號分析程序的結(jié)構(gòu)圖；圖7為說明生物醫(yī)學信號分析和診斷程序的屏幕截圖； 圖8a至8d為說明運用圖7的生物醫(yī)學診斷程序進行臨床診斷的波具體實施方式
圖1為說明依據(jù)本發(fā)明的 一個實施例的可視聽診器的結(jié)構(gòu)圖，其 包括拾音器100，控制器200，聲音輸出單元300，揚聲器輸出單元400 和一部計算機500。如圖所示，控制器200包括第一放大單元211，超級低通濾波器(LPF)213，第二放大單元215,音頻單元217，信號輸入界面231, 自動增益控制單元233,取樣保持單元235,模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換單元237， 數(shù)字信號處理單元239,數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換單元241，信號量控制單元243， 和USB傳輸路徑終端251。上述控制器200可與各種型號的外部設(shè)備300、 400和500連接，如 把聲音輸出單元300例如可使醫(yī)師直接聽到患者診斷聲音的耳機或揚 聲器連接到音頻單元217的輸出終端，把揚聲器輸出單元400例如可使 一般人聽到診斷聲音信號的揚聲器連接到信號量控制單元243,以及 把一部計算機例如個人計算機或者筆記本連接到USB傳輸路徑終端 251。就是說，從外部設(shè)備來看，可把控制器200分成三個功能區(qū)，首 先，聲音處理單元210,包括第一放大單元211、超級LPF213、第二 放大單元215和音頻單元217,如圖2a所示，第二，聲音處理單元230， 包括第一放大單元2U、超級LPF213、信號輸入界面231、自動增益 控制單元233、取樣保持單元235、模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換單元237、數(shù)字信號 處理單元239、數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換單元241和信號量控制單元243,如圖2b 所示，最后，數(shù)字通信單元250,包括第一放大單元211、超級LPF213、 信號輸入界面231、自動增益控制單元233、取樣保持單元235、模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換單元237、數(shù)字信號處理單元239和USB傳輸路徑終端251， 如圖2c所示。上述可視聽診器的各個實施例描述如下。首先，圖2a中，拾音器100釆集人體產(chǎn)生的生物醫(yī)學(胸腔和心 臟)信號，并把它們轉(zhuǎn)換成電信號，詳細地說，就是收集人體的胸腔 和心臟產(chǎn)生的聲音或生物醫(yī)學信號并把它們傳送給控制器210?？刂破?10包括能夠放大并傳送來自拾音器100的電聲音信號的 第一放大單元211,濾過放大的電聲音信號中標定頻率段信號的超級 LPF213,放大從超級LPF213輸出的生物醫(yī)學信號的第二放大單元215,和通過僅使放大然后如上所述輸出的生物醫(yī)學信號中某頻率段 信號通過預(yù)定的濾波器來清除雜音的音頻單元217。超級LPF213頻率 設(shè)置為1.0kHz,因此，高于1.0kHz的頻率將被濾除。音頻單元217包括信號檢測電路218和低通濾波器219，功能為清 除一些來自通過超級LPF213過濾后輸出的生物醫(yī)學信號中未濾除的 高頻信號，以防止高頻信號改變生物醫(yī)學原始信號。另外，聲音輸出單元300與音頻單元217相連，使醫(yī)師可以監(jiān)視和 聽到患者的診斷聲音，聲音輸出單元300包括可把來自音頻單元217 的信號輸出為聲音信號的耳機或揚聲器。如圖3所示，低通濾波器219由Ti-型濾波器和倒L-型濾波器組成。 兀-型濾波器清除一些來自通過超級LPF213過濾后輸出的胸腔和心臟聲音信號中的未濾除的高頻信號，以防止高頻信號修改胸腔和心臟聲 音的原始信號。倒L-型濾波器由感應(yīng)器L和再次清除高頻成分并再生 原始信號的電容器C組成。的第一放大器211、超級LPF213、信號輸入界面231、自動增益控制 單元233、取樣保持單元235、模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換單元237、數(shù)字處理單元 239、數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換單元241、信號量控制單元243和揚聲器輸出單元 400。拾音器100是具備接收人體產(chǎn)生的生物醫(yī)學信號并將該信號轉(zhuǎn)換成電信號功能的聲音釆集頭，就是說，它釆集人體胸腔產(chǎn)生的聲音或生物醫(yī)學信號(胸腔和心臟)并把它們傳送給控制器200。上述控制器200包括放大拾音器100傳送的電聲音信號的第一放 大單元211,濾過所經(jīng)過的放大的電聲音信號中標定頻率段信號的超 級LPF213,把超級LPF213輸出的生物醫(yī)學信號傳送給自動增益控制 單元233的信號輸入界面231,保持并控制通過信號輸入界面?zhèn)魉偷男?號處于接近原始信號狀態(tài)的自動增益控制單元233,取樣并保持來自
自動增益控制單元233信號的取樣保持單元235,把取樣并保持的模擬 信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的A/D轉(zhuǎn)換單元237，執(zhí)行編碼/解碼、聲音檢測、 雜音控制和信號壓縮及解壓縮功能的數(shù)字信號處理單元，把數(shù)字信號 處理單元的輸出信號轉(zhuǎn)換成模擬信號并把它們輸出的D/A轉(zhuǎn)換單元 241，和控制來自D/A轉(zhuǎn)換單元241的輸出信號強度的信號量控制單元 243。自動增益控制單元233向上放大振幅小的信號并削弱振幅大的信 號，因此導致輸出的信號總是具有恒定的振幅。另夕卜，在把胸腔和心臟聲音的模擬信號轉(zhuǎn)換成比特使之成為數(shù)字 信號時，為了在非連續(xù)的時間內(nèi)得到數(shù)據(jù)取樣保持單元235通過頻率 高于2.0kHz的取樣電路執(zhí)行取樣操作，并且取樣保持單元235還執(zhí)行 鎖定數(shù)字信號并保持其值的保持操作，如圖6所示。另夕卜，A/D轉(zhuǎn)換單元237和D/A轉(zhuǎn)換單元241優(yōu)選具有高于0.01。/。的 總諧波失真(THD)和96dB以上的信噪比(SNR)所對應(yīng)的性能。 THD對應(yīng)于等于或小于O.01%的重現(xiàn)性精確度值，該值是關(guān)于它們原 始信號的胸腔和心臟聲音的重現(xiàn)性值，而96dB的SNR值是一個顯示最 佳分離度的值，該值為胸腔和心臟聲音信號與噪音大約100,000: l的 比值。信號量控制單元243是用于在前期設(shè)定關(guān)于來自D/A轉(zhuǎn)換單元241的模擬信號的偏差可使通過揚聲器或耳機聽到未失真的胸腔和心臟聲音的模塊，功能為用可變電阻器只調(diào)整胸腔和心臟聲音的振幅但 保持其頻率，從而控制放大水平。另外，揚聲器輸出單元400優(yōu)選為一種能把來自信號量控制單元 243的信號輸出為聲音信號的揚聲器。圖2c為說明依據(jù)本發(fā)明的數(shù)字聽診器的實施例3的結(jié)構(gòu)圖。如圖 所示，該數(shù)字聽診器包括拾音器IOO，放大單元211,超級LPF213, 信號輸入界面231,自動增益控制單元233,取樣保持單元235, A/D
轉(zhuǎn)換單元237，數(shù)字信號處理單元239，和一部計算機500。拾音器100是采集人體產(chǎn)生的生物醫(yī)學信號并把它們轉(zhuǎn)換成電聲 音信號的聲音采集頭，而且，詳細地說，釆集人體胸腔產(chǎn)生的聲音或 生物醫(yī)學(胸腔和心臟)信號并傳送給控制器200。上述控制器200包括放大自拾音器100傳送的電聲音信號的放大 單元211，濾過所經(jīng)過的放大的電聲音信號中標定頻率段信號的超級 LPF213,把通過超級LPF213輸出的生物醫(yī)學信號傳送給自動增益控 制單元233的信號輸入界面231，保持并控制通過信號輸入界面231傳 送的信號處于接近原始信號狀態(tài)的自動增益控制單元233,取樣并保 持來自自動增益控制單元233信號的取樣保持單元235,將取樣并保持 的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的A/D轉(zhuǎn)換單元237，執(zhí)行編碼/解碼和信 號壓縮及解壓縮功能的數(shù)字信號處理單元239,和通過預(yù)定的電纜連 接到外部計算機500的USB傳輸路徑終端251 。計算機500包括連接于控制器200的USB傳輸路徑終端251并接收 數(shù)字信號處理器239輸出信號的USB傳輸路徑終端511 ，運用預(yù)定的算 法進行診斷并分析通過USB傳輸路徑終端511接收到的信號的電路單 元。另外，傳送到數(shù)字信號處理單元239的信號通過USB傳輸路徑終 端511在內(nèi)置于計算機500的獨立的輔助性存儲器單元只讀存儲器 (ROM)和隨機存取存儲器(RAM)中緩沖，或通過把信息輸入到 儲存于計算機500中的生物醫(yī)學信號診斷和分析程序中在液晶顯示屏上顯示。此外，通過USB傳輸路徑終端511的胸腔和心臟聲音數(shù)字信號優(yōu) 選為以下&上流、16比特單流或24比特流的形式接收或傳送，并且其 取樣比特率可在6.4到48kHz的范圍內(nèi)變化。盡管沒有圖示，優(yōu)選用一塊充電電池作為控制器200的能源，并 且當控制器200連接到計算機500的USB傳輸路徑終端511時，該電池
通過USB傳輸路徑終端511自動充電。因此，控制器200不需要獨立的電源供應(yīng)，因為它通過USB傳輸 路徑終端使用供應(yīng)自計算機500的能量。平時，內(nèi)置電池(3.6VNi-cd) 也充電，但當把可視聽診器當作以往模擬聽診器使用時可把可視聽診 器以包括一塊獨立內(nèi)置電池(3.6V Ni-cd)的傳統(tǒng)模擬聽診器的形式 使用。上述實施例中的聽診器的拾音器如圖4所述，包括主體IIO、振動 膜130、麥克風140、蓋子150和電纜170。上述主體110呈近似倒漏斗形。具有燈罩形狀的第一聲音釆集板ni位于主體]io下端以便有寬的開口。具有窄通路形狀的聲音釆集孔115形成于開口中央的上方。在聲音釆集孔115的上端形成寬的空腔。 另外，圖號113為從第一聲音釆集板111內(nèi)表面向振動膜130突出 的環(huán)形第二聲音采集板。診斷時，醫(yī)師用聽診器的第一聲音釆集板lll 接觸人體胸部，在胸部挪動聽診器進行診斷時產(chǎn)生聲音(摩擦聲)，該聲音通過聲音采集孔ii5直接傳遞至第二聲音釆集板in，會產(chǎn)生較大的回音和雜音。為了避免這種情況，因而安裝一個第二聲音采集板113,用于隔離由這種接觸產(chǎn)生的外部雜音和摩擦聲，并直接傳遞胸 腔和心臟聲音。另外，當醫(yī)師把聽診頭放在患者的胸部時，第二聲音 釆集板113由于與皮膚的接觸和壓力粘著于人體的皮膚上，會使振動 現(xiàn)象消失。通過安裝第二聲音釆集板113可防止由于皮膚接觸和壓力 導致的振動消失。另外，在本發(fā)明中，主體由塑性材料制成而不是金屬材料。這樣 能防止當接觸聽診頭接觸患者皮膚時由于主體110比較涼使患者覺得 不愉快和不適或者恐懼，因為塑性材料的保溫性比金屬材料好。另外，振動膜130連接于開口的下端產(chǎn)生隨診斷對象所產(chǎn)生的聲 音而產(chǎn)生的一定的振動。麥克風140插入聲音采集孔115上端形成的空 腔中以便放大從聲音釆集孔115輸入的聲音。蓋子150用螺絲擰緊在腔 室外表面并支持主體IIO，其一端中央插入隔音鑄件160。電纜170插 入隔音鑄件160并與麥克風140上端的輸出終端連接，以傳遞來自麥克 風140放大的聲音信號。另外，在主體110的空腔和麥克風140的外表面之間插入防止噪音 流入和產(chǎn)生的緩沖橡膠部件141,在上述麥克風140上端邊緣和隔音鑄 件160之間插入環(huán)狀隔音橡膠部件145,以保護通過聲音采集孔115和 麥克風140流入的聲音。另外，主體110和振動膜130彼此通過預(yù)定的連接部件120相連接。 上述連接部件120是剖面呈類似"]"形的的橡膠環(huán)，插在主體110邊 緣形成的凹槽和振動膜130的下表面之間，從而把主體110與振動膜 130相連接固定。上述主體110腔室的外表面有螺釘，在蓋子150的內(nèi)表面有與其相匹配的螺母。即，振動膜130把來自胸腔的聲音轉(zhuǎn)換成振動。聲音釆集孔115 把接收自振動膜130的振動釆集到孔中，從而采集胸腔和心臟的聲音。 連接部件120把振動膜130緊緊保持在第一聲音釆集板111邊緣的下表 面。主體110通過振動膜130和開口采集聲音，并且振動膜130的內(nèi)角 大約為IO。到12°時具有最佳聲音釆集結(jié)構(gòu)。聲音釆集孔115的尺寸大約為cJ)3.0到4)3.5。由人體共振產(chǎn)生的聲 音(人體的腔室產(chǎn)生的聲音)的大小隨聲音采集孔115的尺寸而變小 或變大，這被定義為Q (表示某個一定時間點的振動重復(fù)(頻率)與 放大程度之間的關(guān)系)。當Q為最佳值時，可以聽到?jīng)]有回音的最佳 的胸腔和心臟聲音。因此，聲音釆集孔115的尺寸必須依據(jù)患者是小 孩還是成人進行適當調(diào)整。另外，蓋子150是鎖緊主體110使之不移動的固定部件，在診斷時 醫(yī)師握住上述蓋子進行診斷。麥克風140用來把來自拾音器的聲音轉(zhuǎn) 換成電信號。緩沖橡膠部件141是保護麥克風140以防止麥克風140及
其洞孔發(fā)生變動的架子。鑄件160內(nèi)包支撐電纜170，是一片防止外界 噪音流入并直接傳遞來自聲音釆集孔115和麥克風140的信號的橡膠。 環(huán)狀橡膠部件145保護通過聲音采集孔115流入的聲音。電纜170是用 來以電信號傳遞來自麥克風140的聲音(胸腔和心臟)的連接線。
如上所述，在聽診頭的主體110上端上方形成空腔，然后把麥克 風安裝其上，以便能夠通過麥克風140把振動膜130的甚至很微弱的振 動聲音充分放大。另外，麥克風140安裝在聲音釆集孔115的上端，以 便能夠把胸腔和心臟信號充分放大。另外，利用單個振動膜130不僅 能夠充分檢測高頻而且還能夠充分檢測低頻。
另外，緩沖橡膠141安裝在麥克風140和主體110的槽部之間，以 便能夠保護麥克風140并切斷漏過聲音采集孔115的聲波。環(huán)狀橡膠 145位于麥克風140的上端和鑄件160之間，以便能防止聲音釆集孔115 處聲音的泄漏和噪音的流入，并保護麥克風140，從而增強通過聲音 釆集孔115釆集和檢測人體聲音的功能。
上述拾音器通過把立體插座而不是聽簡與電纜170的一端直接連 接到用來分析胸腔和心臟聲音的控制器200,以便不僅醫(yī)師而且一般 人也能夠進行自我診斷，另外，醫(yī)師和患者可直接聽到他/她自己的 胸腔和心臟聲音，也能通過分析程序經(jīng)過胸腔和心臟聲音分析控制器 用一張圖表看到監(jiān)測結(jié)果。
圖5為依據(jù)本發(fā)明在計算機內(nèi)執(zhí)行胸腔和心臟診斷及分析程序的 結(jié)構(gòu)圖。首先，生物醫(yī)學信號，例如從拾音器100接收的聽診音、血 壓、體溫、呼吸頻率和血氧飽和度，通過USB傳輸路徑終端511直接 傳遞至計算機500。在上述計算機500中安裝生物醫(yī)學診斷算法，以便能夠顯示處理 拾音器100收集的胸腔和心臟聲音的過程，而且，對于通過USB傳輸 路徑終端511接收的生物醫(yī)學信號，可用包含在快速傅立葉變換 (FFT)單元和對數(shù)能級穿越率(LCR)計算單元515中的預(yù)定的生 物醫(yī)學信號分析算法分析每個生物醫(yī)學信號的對數(shù)能級穿越率，并在監(jiān)視器519上顯示。程序的所有數(shù)值和搡作狀態(tài)顯示在監(jiān)視器519上。監(jiān)視器519用觸 摸屏實現(xiàn)，使得監(jiān)視器的操作簡單，因此具有縮短診斷時間的優(yōu)點。為了提取胸腔和心臟聲音信號的特征，需要釆用聲學參數(shù)用于信 號分析。該胸腔和心臟信號是隨著時間連續(xù)輸入的胸腔和心臟模擬聲 音信息。需要把上述胸腔和心臟模擬聲音數(shù)字化，而且為了克服硬件 資源的限制，就需要無損失地壓縮胸腔和心臟聲音信號。胸腔和心臟 聲音信號的壓縮用于從信號中刪除多余信息并儲存信號。當胸腔和心 臟聲音信號沒有任何控制地輸入到識別器中用來識別胸腔和心臟信 息時，識別器的資源由于需要處理大量多余數(shù)據(jù)而被消耗。因此，為了減少識別器資源的消耗，限定了關(guān)于輸入聲音的標定 的分析間隔寬度(漢寧窗最佳)，在該間隔中分析聲音特征并使用或 利用基于該分析的結(jié)果。對數(shù)能級穿越率由內(nèi)置于計算機中的對數(shù)能級穿越率計算單元 515用下列方程式1計算<formula>formula see original document page 17</formula>sga[x(n)-m] =1, x(n) > 0 sgn[x(n)-77/] =-l,x(n) <0其中，TH是臨界值，由輸入信號的特征和各種測定結(jié)果確定。 由于臨界值的確定及大量計算是難題，假設(shè)TH值不總是恒定的，通 過觀察輸入信號的特征變量和使用輸入信號的平均特征確定。就是 說，臨界值由輸入變量確定。因此，實驗上用于信號監(jiān)測的臨界值是 固定的，從而確定了隨情形變化的臨界值，通過對聲音數(shù)據(jù)進行FFT 并運用20 Hz 4000Hz的總能量看LCR值以及能量水平是否繼續(xù)增加
來檢測生物醫(yī)學信號間隔。同時，在生物醫(yī)學信號的診斷中，生物醫(yī)學信號例如接收自拾音器100的聽診音、血壓、體溫、呼吸頻率和氧飽和度通過USB傳輸路 徑終端511傳遞給計算機500。在計算機500中安裝生物醫(yī)學診斷算法，以便能夠處理由拾音器 IOO采集的胸腔和心臟聲音數(shù)據(jù)并將其顯示，而且通過USB傳輸路徑 終端511傳送的胸腔和心臟聲音通過漢寧窗513,從而產(chǎn)生診斷和分析 所需的標定的數(shù)據(jù)。傳遞給計算機500的每個生物醫(yī)學信號的對數(shù)能級穿越率用包括 在快速傅立葉變換(FFT)單元和對數(shù)能級穿越率計算單元515中預(yù)定 的生物醫(yī)學信號分析算法進行分析，并在監(jiān)視器519上顯示。程序的所有數(shù)值和操作狀態(tài)顯示在監(jiān)視器519上。監(jiān)視器519用觸 摸屏實現(xiàn)，使得監(jiān)視器的操作很簡單，而且因此有縮短診斷時間的優(yōu) 點。另外，計算機500接收通過USB傳輸路徑終端511傳送的生物醫(yī)學 信號例如聽診音、血壓、體溫、呼吸頻率和氧飽和度，運用與血壓、 體溫、呼吸頻率或其它項有關(guān)的數(shù)顯規(guī)則517分析該生物醫(yī)學信息， 并在實現(xiàn)觸摸屏功能的監(jiān)視器519上顯示相應(yīng)數(shù)值。如上所述，優(yōu)選為把診斷或分析的數(shù)字數(shù)據(jù)傳輸至計算機500或 另外的計算機，將觀察到的胸腔和心臟聲音信號和醫(yī)師的診斷一并儲 存為臨床數(shù)據(jù)，并使用它們。因此，不僅可以避免傳統(tǒng)模擬聽診器數(shù)據(jù)丟失和根據(jù)基于醫(yī)師聽 力的主觀判斷來診斷患者疾病及癥狀的大缺點，而且，由于可用視覺 確認進行比較判斷，從而達到可觀的治療效果。圖7為生物醫(yī)學信號分析及診斷程序的截屏圖。各部分的功能參 照圖7描述如下。標識符⑤為用于記錄胸腔和心臟聲音的按鈕，標識 符 為用于播放胸腔和心臟聲音的按鈕，標識符 為播放選定的胸腔
和心臟聲音的擴大的時間間隔的 波形的按鈕，標識符 為用于停止 記錄或播放胸腔和心臟聲音的按鈕，標識符 為用于載入胸腔和心臟聲音數(shù)據(jù)庫的打開按鈕，標識符0為用于存儲胸腔和心臟聲音內(nèi)容的 保存按鈕。另外，標識符@為用于記錄患者姓名的窗口，標識符⑥為用于輸 入患者證件號或身份證號的窗口，標識符 為在把胸腔和心臟聲音另 存為其它名字或在儲存胸腔和心臟聲音時輸入所記錄的數(shù)據(jù)庫文件 (包括年、月、日、時間和文件名)的窗口，標識符①為顯示患者體 溫的窗口，標識符 為顯示患者最大和最小血壓的窗口，標識符①為 顯示患者脈搏的窗口 ，標識符 為用于顯示血氧飽和度Sp02的窗口 ， 標識符 為用于顯示診斷規(guī)則的LCR值(根據(jù)LCR值判斷支氣管炎、 肺炎和哮喘)的窗口，標識符 為在記錄胸腔和心臟聲音時調(diào)節(jié)音量 的窗口。另夕卜，標識符@為用鼠標在整個胸腔和心臟聲音@中選取一部分 需要詳細觀察的窗口，標識符(？為將胸腔和心臟聲音從數(shù)據(jù)庫載入時 顯示的(記錄的)或診斷時顯示的全部胸腔和心臟聲音，標識符 為 放大的原始聲音波形，其中在(5)中顯示的整個胸腔和心臟聲音中的指 定區(qū)間 被放大，標識符 為在@中顯示的整個胸腔和心臟聲音的指 定區(qū)間 的聲譜圖(頻率為1 .OkHz和1.0 2.0kHz )。0和O的示例是圖8a至8d的截屏圖，其中與生物醫(yī)學信號相應(yīng)的 波形和聲譜圖被截取為用生物醫(yī)學程序(算法)檢測的臨床診斷圖。圖8a為健康人正常呼吸頻率的清晰波形圖，圖8b為非健康者如哮 喘患者異常呼吸頻率的波形圖，圖8c為早期哮喘狀態(tài)的圖片，圖8d 為中度哮喘狀態(tài)的圖片。標識符 代表整個區(qū)間中某部分波形。當醫(yī)師察看數(shù)據(jù)波形時， 判斷特定部分^有問題時，對該部分進行詳細分析，以便能夠為患者 做出正確的臨床診斷及記錄。與上述實施例不同，醫(yī)師和患者或?qū)嵙曖t(yī)師如要同時聽到胸腔和心臟聲音或在診斷的同時播放胸腔和心臟聲音時，本發(fā)明可通過D/A 轉(zhuǎn)換單元241和能控制信號強度的信號量控制單元243直接從USB傳 輸路徑終端511傳輸胸腔和心臟聲音至揚聲器或耳機即揚聲器輸出單 元400。雖然為了闡述的目的，公開了本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，但本領(lǐng)域 技術(shù)人員在不背離本發(fā)明的權(quán)利要求中公開的范圍和精神的情況下， 仍然能夠做出各種修飾、增加或替換，都應(yīng)落入本發(fā)明權(quán)利要求的保 護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1、 一種可視聽診器，包括拾音器，用于釆集人體產(chǎn)生的生物醫(yī)學信號并轉(zhuǎn)換成電聲音信號；控制器，用于接收并放大拾音器輸出的胸腔和心臟聲音并以標定 的頻率進行過濾或進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和處理并把它們輸出；以及輸出單元，用于接收控制器輸出的信號并把該信號輸出為聲音或 運用一定的規(guī)則進行診斷、分析并顯示信號。
2、 根據(jù)權(quán)利要求i所述的可視聽診器，其特征在于所述控制器包括第一放大單元，用于放大從所述拾音器輸出的電聲音信號； 超低通濾波器，用于過濾放大的電聲音信號的標定頻率段信號； 第二放大單元，用于放大從所述超低通濾波器輸出的生物醫(yī)學信 號；以及音頻單元，用于僅使放大的生物醫(yī)學信號某特定頻率段的信號通
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的可視聽診器，其特征在于所述輸出單元 是接收由音頻單元輸出的信號并將其轉(zhuǎn)換成聲音信號的聲音輸出單 元。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的可視聽診器，其特征在于所述音頻單元 包括信號檢測電路，用于檢測來自所述第二放大單元的胸腔和心臟聲 音信號；以及低通濾波器，用于通過濾過來自信號檢測電路的信號中特定頻率 段的信號來清除雜音。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的可視聽診器，其特征在于所述控制器包括 第一放大單元，用于放大從所述拾音器輸出的電聲音信號； 超低通濾波器，用于濾過放大的電聲音信號中標定頻率段的信號；信號輸入界面，用于傳輸從所述超低通濾波器輸出的生物醫(yī)學信自動增益控制單元，用于保持或控制所述信號輸入界面輸出的生 物醫(yī)學信號處于接近原始信號狀態(tài)；取樣保持單元，用于取樣并保持從所述自動增益控制單元輸出的信號；模擬-數(shù)字(A/D)轉(zhuǎn)換單元，用于把取樣并保持的模擬信號轉(zhuǎn)換 成數(shù)字信號；數(shù)字信號處理單元，用于接收所述A/D轉(zhuǎn)換單元輸出的信號并執(zhí) 行編碼或解碼功能和壓縮或解壓縮功能；以及通用串行總線(USB)傳輸路徑終端，把信號從所述數(shù)字信號處 理單元傳遞至外部輸出單元。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的可視聽診器，其特征在于所述輸出單元 是連接于控制器USB傳輸路徑終端的計算機，其接收USB傳輸路徑終 端輸出的信號并運用預(yù)定算法進行診斷和分析。
7、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的可視聽診器，其特征在于所述控制器包括第一放大單元，用于放大所述拾音器輸出的電聲音信號；超低通濾波器，用于濾過放大的電聲音信號中標定頻率段信號；信號輸入界面，用于傳輸所述超低通濾波器輸出的生物醫(yī)學信號；自動增益控制單元，用于保持或控制所述信號輸入界面輸出的生 物醫(yī)學信號處于接近原始信息狀態(tài)；取樣保持單元，用于取樣并保持所述自動增益控制單元輸出的信 A/D轉(zhuǎn)換單元，用于把取樣并保持的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號； 數(shù)字信號處理單元，用于接收所述A/D轉(zhuǎn)換單元輸出信號并執(zhí)行 編碼或解碼功能和壓縮或解壓縮功能；數(shù)字-模擬(D/A)轉(zhuǎn)換單元，用于把所述數(shù)字信號處理單元輸出 信號轉(zhuǎn)換成模擬信號并把它們輸出；以及信號量控制單元，用于控制來自所述D/A轉(zhuǎn)換單元的信號振幅并 把信號輸出至所述外部輸出單元。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7的可視聽診器，其特征在于所述控制器進一步 包括第二放大單元，用于放大從超低通濾波器輸出的生物醫(yī)學信號；以及音頻單元，用于僅使放大的生物醫(yī)學信號中某頻率段信號通過預(yù) 定的濾波器來清除雜音并把它們輸出至所述外部輸出單元。
9、 根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的可視聽診器，其特征在于所述控制器進一步包括用于把來自所述數(shù)字信號處理單元的信號傳遞至所述 外部輸出單元的USB傳輸路徑終端。
10、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的可視聽診器，其特征在于所述輸出單 元為用于把信號量控制單元輸出的信號轉(zhuǎn)換成聲音信號并把它們輸 出的揚聲器輸出單元。
11、 根據(jù)權(quán)利要求2-8任一所述的可視聽診器，其特征在于所述 超低通濾波器設(shè)定頻率為1.0 kHz。
12、 根據(jù)權(quán)利要求l-8任一所述的可視聽診器，其特征在于所述 拾音器包括主體，呈近似倒漏斗形，其下端有較寬的開口，開口中央的上方 形成具有窄通路形狀的聲音釆集孔；麥克風，安裝在上述聲音釆集孔上端與釆集孔相通的寬的空腔中，以放大從釆集孔流入的聲音；振動膜，連接在主體開口部下端，并根據(jù)診斷對象發(fā)出的聲音大 小產(chǎn)生一定振動；蓋子，擰緊在所述孔的外表面以支持主體，并與其一端中央的隔 音鑄件相連接；以及電纜，插入到上述鑄件的中央并連接所述麥克風上端形成的輸出 終端，所述電纜把放大的聲音信號從麥克風傳遞到外面。
13、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的可視聽診器，其特征在于將緩沖橡膠 部件插入所述主體空腔的外沿與麥克風外表面之間。
14、 根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的可視聽診器，其特征在于將隔音 環(huán)狀橡膠部件插入麥克風上端一側(cè)與鑄件之間。
15、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的可視聽診器，其特征在于所述主體由
16、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的可視聽診器，其特征在于所述輸出單 元包括計算機，該計算機通過所述拾音器接收血壓、體溫、呼吸頻率 和血氧飽和度Sp02中的一個或多個生物醫(yī)學信號，釆集并管理胸腔和 心臟聲音信號。
17、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的可視聽診器，其特征在于所述計算機 包括漢寧窗單元，用于胸腔和心臟聲音信號產(chǎn)生所需數(shù)據(jù)；以及 快速傅立葉變換單元和對數(shù)能級穿越率計算單元，用于生物醫(yī)學 信號分析或診斷。
18、 根據(jù)權(quán)利要求17所述的可視聽診器，其特征在于所述計算機 包括在所述快速傅立葉變換單元和所述對數(shù)能級穿越率(LCR算法) 計算單元中的生物醫(yī)學信號診斷算法，分析各自胸腔和心臟聲音的對 數(shù)能級穿越率，并顯示在監(jiān)視器上。
19、 根據(jù)權(quán)利要求18所述的可視聽診器，其特征在于所述計算 機的監(jiān)視器為觸摸屏。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種可視聽診器，所述聽診器使患者和他或她的監(jiān)護人在診斷時即能聽到胸腔和心臟的聲音也能看到數(shù)據(jù)的波形，從而實現(xiàn)了客觀診斷，且根據(jù)胸腔和心臟聲音的數(shù)據(jù)庫和診斷軟件得出臨床數(shù)據(jù)并開具醫(yī)學處方，因而可作出更可靠的診斷。所述可視聽診器包括拾音器，控制器和輸出單元。拾音器采集人體所產(chǎn)生的生物醫(yī)學信號并轉(zhuǎn)換成電聲音信號?？刂破鹘邮詹⒎糯髲氖耙羝鬏敵龅男厍缓托呐K聲音，按照標定的頻率進行過濾，或者進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和加工處理并把它們輸出。輸出單元接收控制器輸出的信號，并以聲音的形式輸出信號，或按照預(yù)定的算法診斷、分析并顯示這些信號。
文檔編號A61B7/04GK101146482SQ200680009502
公開日2008年3月19日 申請日期2006年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月24日
發(fā)明者樸基榮 申請人:株式會社Sunmeditec