專利名稱：便攜式冠狀動(dòng)脈狹窄無損診斷儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于醫(yī)療器械技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種便攜式冠狀動(dòng)脈狹窄無損診斷儀。
背景技術(shù)：
冠心病是世界上嚴(yán)重危害人類身體健康的最重要的心血管疾病之一，由于其發(fā)病率高，死亡率高，嚴(yán)重危害著人類的身體健康，據(jù)世界衛(wèi)生組織(WHO)統(tǒng)計(jì)，每年約1200萬人死于冠心病，被公認(rèn)為世界性“頭號(hào)殺手”。冠心病的危害具有嚴(yán)重性、廣泛性和復(fù)雜性， 關(guān)鍵在于早期診斷、及時(shí)治療。由于沒有有效的監(jiān)測(cè)手段使病人能夠及時(shí)得到治療，例如醫(yī)院的心電圖儀一般只有在病人出現(xiàn)病癥時(shí)才能檢測(cè)出心血管疾病，導(dǎo)致許多患者隱形的心血管等病癥因得不到診斷而逐漸加重。因此，面向社區(qū)醫(yī)院和家庭的便攜式心血管疾病監(jiān)測(cè)儀器的應(yīng)用成為保障患者生命安全的重要手段。醫(yī)療監(jiān)護(hù)技術(shù)的長期發(fā)展和不斷進(jìn)步，已經(jīng)將人們的健康水平推進(jìn)到了前所未有的高度，而對(duì)當(dāng)前危害人類生命的冠心病，能夠?qū)崿F(xiàn)早期發(fā)現(xiàn)、診斷和治療，則已經(jīng)成為以社區(qū)醫(yī)院和家庭為單位的新型醫(yī)療模式的技術(shù)關(guān)鍵。隨著電子、通訊以及相關(guān)工程領(lǐng)域技術(shù)的日益發(fā)展，現(xiàn)代醫(yī)學(xué)研究已經(jīng)對(duì)醫(yī)療儀器領(lǐng)域產(chǎn)生了新的要求，醫(yī)療儀器逐步向小型化、便攜化、家庭化發(fā)展。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種應(yīng)用于社區(qū)和家庭的便攜式冠狀動(dòng)脈狹窄無損診斷儀，該診斷儀能夠?qū)崿F(xiàn)下位機(jī)心肺音聽診器對(duì)心音、肺音、心肺音三種模式的聽診，上位機(jī)PDA藍(lán)牙無線接收下位機(jī)心肺音聽診器系統(tǒng)藍(lán)牙發(fā)送的心音，肺音或者心肺音信號(hào)， 同時(shí)實(shí)現(xiàn)心音，肺音或者心肺音信號(hào)在PDA上的實(shí)時(shí)顯示，并可以對(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行保存、 回放已保存信號(hào)、對(duì)心音信號(hào)的冠脈堵塞智能分析、心率的計(jì)算等。本實(shí)用新型解決技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案為便攜式冠狀動(dòng)脈狹窄無損診斷儀，包括心肺音傳感器、30_500hz帶通濾波器、 IOO-IOOOhz帶通濾波器、30-1000hz帶通濾波器、微控制器、音頻功率放大器、按鍵控制模塊、耳機(jī)、藍(lán)牙串口模塊和PDA。心肺音傳感器采集人體生理信號(hào)經(jīng)信號(hào)放大后傳輸給 30-500hz帶通濾波器、lOO-lOOOhz帶通濾波器或30-1000hz帶通濾波器，帶通濾波器由按鍵控制模塊選定；選定的該濾波器輸出兩路信號(hào)，一路信號(hào)送入音頻功率放大器，通過耳機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)人體生理信號(hào)的聽診，另一路信號(hào)送入微控制器，所述的微控制器含有AD模塊和 UART模塊；AD模塊采樣送入微控制器的信號(hào)，UART模塊讀取AD模塊轉(zhuǎn)換結(jié)果，轉(zhuǎn)換結(jié)果通過與微控制器相連的藍(lán)牙串口模塊進(jìn)行無線發(fā)送，PDA無線接收藍(lán)牙串口模塊發(fā)送的信號(hào)。本實(shí)用新型的有益效果該診斷儀具有體積小、功耗低、運(yùn)行穩(wěn)定可靠等優(yōu)勢(shì)，成本低，便于攜帶，藍(lán)牙無線傳輸代替有線傳輸，大大提高了診斷儀的應(yīng)用范圍。

[0008]圖1為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)框圖；圖2為微控制器程序流程圖；圖3為心音智能診斷算法流程圖；圖4為心音自動(dòng)分段算法流程圖；圖5為舒張期心音特征提取算法流程圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。本實(shí)用新型開發(fā)的便攜式冠狀動(dòng)脈狹窄無損診斷儀是通過將電子聽診系統(tǒng)采集到的心音信號(hào)無線傳輸?shù)絇DA(如掌上電腦、智能手機(jī)等)，在PDA上設(shè)計(jì)相應(yīng)的冠狀動(dòng)脈堵塞無損診斷算法，對(duì)冠脈堵塞做出判斷或個(gè)人評(píng)估自身健康狀況，亦可采用PDA內(nèi)部的 GPRS模塊與網(wǎng)絡(luò)連接進(jìn)行遠(yuǎn)程通信，由專家進(jìn)行及時(shí)的診斷。如圖1所示，本實(shí)用新型由下位機(jī)心肺音聽診器和上位機(jī)PDA智能診斷儀組成。 下位機(jī)聽診器主要包括心肺音傳感器、30-500hz帶通濾波器、lOO-lOOOhz帶通濾波器、 30-1000hz帶通濾波器、微控制器、音頻功率放大器、按鍵控制模塊、耳機(jī)、藍(lán)牙串口模塊。所述的按鍵控制模塊包括有與微控制器的輸入輸出口相連接的Si、S2、S3、S4、S5五個(gè)按鍵， Sl鍵為休眠/喚醒按鍵，S2鍵為復(fù)位按鍵，S3鍵為模式按鍵，S4鍵為音量加按鍵，S5為音量減按鍵。Sl按鍵實(shí)現(xiàn)微控制器的休眠與喚醒，按下Sl鍵進(jìn)入休眠，系統(tǒng)時(shí)鐘被關(guān)閉，再按下Sl系統(tǒng)被喚醒，處理器將從休眠之前所處的狀態(tài)開始執(zhí)行，S3模式按鍵通過微控制器控制可編程濾波器陣列，實(shí)現(xiàn)選擇心音、肺音或者心肺音三種模式之一，S5復(fù)位按鍵實(shí)現(xiàn)微控制器系統(tǒng)復(fù)位。所述的微控制器為16位dsPIC33FJU8MC506芯片，dsPIC33FJ128MC506內(nèi)置一個(gè)10位AD轉(zhuǎn)換器，因此不需要外加ADC芯片，轉(zhuǎn)換速度最高為1. IMsps,同時(shí)還含有兩個(gè)通用異步通訊接口，使接口電路的設(shè)計(jì)更加簡單，集成度更高，儀器的體積更加減小，增加了診斷儀的便攜性。心肺音傳感器采集人體生理信號(hào)，傳輸給30_500hz帶通濾波器，IOO-IOOOhz帶通濾波器或30-1000hz帶通濾波器，根據(jù)S3模式按鍵選擇三個(gè)濾波器其中之一，濾波后輸出心音，肺音或者心肺音信號(hào)，再把濾波后的信號(hào)一路送入音頻功率放大模塊，從而驅(qū)動(dòng)耳機(jī)，用戶可以聽到自己的生理信號(hào)聲音，用戶通過S4音量加按鍵，S5音量減按鍵調(diào)節(jié)聲音的大小。與此同時(shí)另一路濾波后的信號(hào)經(jīng)過微控制器的輸入輸出端口送入微控制器的AD 模塊，進(jìn)行10位AD模數(shù)轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換后每個(gè)采樣點(diǎn)用兩個(gè)字節(jié)表示，微控制器的UART模塊讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果，UART模塊的UlTX發(fā)送引腳與藍(lán)牙串口模塊的RX相連接，UlRX接收引腳與藍(lán)牙串口模塊的TX相連接，這樣采集的信號(hào)就可以通過藍(lán)牙串口模塊無線發(fā)送給上位機(jī)PDA，在PDA上實(shí)現(xiàn)信號(hào)采樣點(diǎn)值的實(shí)時(shí)顯示、信號(hào)采樣點(diǎn)數(shù)的實(shí)時(shí)顯示和信號(hào)波形的實(shí)時(shí)顯示，采樣結(jié)束后對(duì)信號(hào)以二進(jìn)制文件的形式保存，可以進(jìn)一步對(duì)信號(hào)進(jìn)行冠脈堵塞智能分析、心率的計(jì)算等。藍(lán)牙信號(hào)發(fā)送與心肺音的聽診是同時(shí)進(jìn)行的。所述的藍(lán)牙串口模塊為HC-06藍(lán)牙虛擬串口模塊，波特率設(shè)置為115200，數(shù)據(jù)位為8位，1位停止位，工作電壓3. 3V，工作電流40MA，休眠電流小于1MA，可以與藍(lán)牙筆記本電腦、電腦加藍(lán)牙適配器、 PDA等設(shè)備進(jìn)行無縫連接。如圖2所示，為微控制器程序流程圖。微控制器平時(shí)處于休眠模式，當(dāng)微控制器由Sl按鍵喚醒后，程序開始每隔相同時(shí)間間隔不斷的掃描是否有按鍵按下，當(dāng)有按鍵按下時(shí)觸發(fā)中斷，執(zhí)行中斷程序。當(dāng)藍(lán)牙串口模塊收到PDA開始采集的指令后，微控制器的 UART模塊開始讀取AD轉(zhuǎn)化結(jié)果，藍(lán)牙串口模塊向PDA發(fā)送數(shù)據(jù)；當(dāng)藍(lán)牙串口模塊收到PDA 停止采集的指令后，UART模塊停止讀取AD轉(zhuǎn)化結(jié)果，藍(lán)牙模塊不再向PDA發(fā)送數(shù)據(jù)。在上位機(jī)PDA上開發(fā)了智能診斷軟件，運(yùn)行該軟件，執(zhí)行打開藍(lán)牙按鍵建立上位機(jī)PDA藍(lán)牙與下位機(jī)藍(lán)牙串口模塊6的連接，上位機(jī)PDA藍(lán)牙與下位機(jī)藍(lán)牙串口模塊各種參數(shù)設(shè)置一致，波特率為115200，與2000Hz的采樣率匹配，數(shù)據(jù)位為8位，1位停止位，無奇偶檢驗(yàn)位，從而實(shí)現(xiàn)無縫連接。執(zhí)行開始采集按鍵，上位機(jī)PDA通過LabVIEW寫串口函數(shù) visa write立即向下位機(jī)發(fā)送0X78藍(lán)牙串口開始發(fā)送指令，下位機(jī)接到該指令后讀取AD 轉(zhuǎn)換結(jié)果，開始藍(lán)牙串口發(fā)送，直到接收到上位機(jī)0X79停止發(fā)送指令，才關(guān)閉藍(lán)牙串口模塊的發(fā)送功能，下位機(jī)停止發(fā)送后，不影響聽診的功能。PDA通過LabVIEW讀串口函數(shù)visa read讀取下位機(jī)發(fā)送的十六進(jìn)制字節(jié)流，兩個(gè)字節(jié)表示一個(gè)采樣數(shù)據(jù)，這樣visa read函數(shù)每秒將讀取4000字節(jié)，同時(shí)經(jīng)過算法處理轉(zhuǎn)化為2000點(diǎn)十進(jìn)制采樣數(shù)據(jù)。當(dāng)信號(hào)采集進(jìn)行時(shí)，用戶可以在PDA軟件主界面上看到信號(hào)波形的實(shí)時(shí)顯示，信號(hào)采樣點(diǎn)數(shù)的實(shí)時(shí)顯示(因?yàn)椴蓸勇蕿?000Hz，所以每秒增加2000點(diǎn))，以及信號(hào)采樣值的實(shí)時(shí)顯示，當(dāng)采樣點(diǎn)數(shù)達(dá)到20000點(diǎn)時(shí)，軟件自動(dòng)停止采集。采集結(jié)束后，用戶可以選擇保存所采信號(hào)，所采集的信號(hào)暫時(shí)存儲(chǔ)在一維數(shù)組數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中，該緩沖區(qū)可擴(kuò)展，空間大小隨采樣點(diǎn)數(shù)的增加而增加，這里我們只保存最后5秒采集到的10000點(diǎn)數(shù)據(jù)，所以只保存緩沖區(qū)中最后10000 點(diǎn)數(shù)據(jù)，最后信號(hào)以二進(jìn)制文件形式進(jìn)行保存。執(zhí)行回放信號(hào)按鍵，用戶可以回看已保存在 PDA上的信號(hào)，信號(hào)顯示在波形圖上，可以對(duì)信號(hào)做各種放大處理，如沿X軸方向放大、沿Y 軸方向放大、矩形放大、還原原始波形等功能，從而用戶可以更加清晰的看到自身生理信號(hào)的變化。PDA也可以與遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)中心進(jìn)行通信，由專家進(jìn)行及時(shí)的診斷。執(zhí)行心音冠狀動(dòng)脈狹窄無損診斷的功能，進(jìn)一步可對(duì)信號(hào)進(jìn)行冠脈堵塞智能分析、心率的計(jì)算等。如果心率過小(小于60)或過大(大于100)指示燈變亮，提醒用戶注意。診斷時(shí)間約為10秒左右。同時(shí)在波形圖上顯示出正在進(jìn)行診斷的心音信號(hào)波形。如圖3所示為心音診斷算法流程圖，心音信號(hào)由自動(dòng)分段算法分段，分段后自動(dòng)提取舒張期信號(hào)(因?yàn)槭鎻埰谛盘?hào)中含有冠脈阻塞的病理特征，這里只分析舒張期信號(hào))， 對(duì)舒張期信號(hào)提取特征，之后送入訓(xùn)練好的支持向量機(jī)進(jìn)行智能分析。如圖4所示為心音信號(hào)的自動(dòng)分段流程圖，實(shí)現(xiàn)心音信號(hào)分段的具體步驟分為1、心音去噪。首先對(duì)心音信號(hào)(10000點(diǎn)數(shù)據(jù))進(jìn)行消燥處理，濾波器為O-SOOHz 的反切比雪夫低通濾波器。2、Hilbert變換求包絡(luò)。對(duì)去噪后的心音信號(hào)Hilbert變換，求得心音信號(hào)的包 3、確定Sl (第一心音)、S2 (第二心音)的位置。首先對(duì)提取的包絡(luò)進(jìn)行處理，為了保留心音的特征點(diǎn)，將小于實(shí)際信號(hào)最大值的0.2倍部分去除，再對(duì)處理后的心音信號(hào)做二階差分，提取信號(hào)的極大值點(diǎn)，這些極大值點(diǎn)可能就是Si、S2的位置點(diǎn)，此時(shí)的信號(hào)與原來的包絡(luò)信號(hào)會(huì)有所不同，但是并不影響心音信號(hào)的主要生理特征。但是實(shí)際信號(hào)可能存在心音分裂等現(xiàn)象，有時(shí)或許在Si、S2的位置附近出現(xiàn)偽峰值點(diǎn)，應(yīng)當(dāng)把這些多余的峰值點(diǎn)去除。為此，根據(jù)心音的生理特征以及實(shí)際信號(hào)的采樣頻率，選擇在一定的時(shí)間段(本文中選取300點(diǎn)為窗口)內(nèi)尋求各極大值的最大值點(diǎn)，假如求得的峰值太過臨近(比如間隔50 點(diǎn))，則重新判斷，由此可以確認(rèn)出S1、S2的位置點(diǎn)。4、確定S1、S2的起始位置點(diǎn)。首先對(duì)提取的包絡(luò)信號(hào)做差分處理提取出包絡(luò)信號(hào)的極小值點(diǎn)。上一步我們得到了 S1、S2的位置點(diǎn)，考慮到心音的特征，在此基礎(chǔ)上以S1、S2 的位置點(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)置一個(gè)范圍(本文取左右各130點(diǎn))，尋求此范圍內(nèi)的極小值中的最小值，作為Si、S2的起始位置點(diǎn)。5、確定哪個(gè)是Si、S2。根據(jù)生理醫(yī)學(xué)常識(shí)有心音信號(hào)中從S2的結(jié)束到Sl的開始，即相鄰峰值中時(shí)間間隔較長的一段，即為心音信號(hào)的舒張期。通常情況下，S2到Sl的時(shí)間間隔比Sl到S2的時(shí)間間隔大，由此可以確認(rèn)出哪個(gè)是Si、哪個(gè)是S2。分段成功后，Si，S2坐標(biāo)點(diǎn)確定，Si，S2左右邊界坐標(biāo)點(diǎn)也確定，從而可以提取出心音信號(hào)的舒張期心音，舒張期心音處于S2與Sl之間，包括S2的左邊界信號(hào)與Sl的右邊界信號(hào)。如圖5所示為舒張期特征心音提取流程圖。對(duì)舒張期提取的特征有兩個(gè)，一個(gè)是舒張期平均瞬時(shí)頻率，一個(gè)是舒張期信號(hào)與心動(dòng)周期能量比，這里采用基于EMD-TEAGER的舒張期心音瞬時(shí)頻率提取算法提取瞬時(shí)頻率。EMD算法的基本原理是經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸?Empirical Mode Decomposition，簡稱 EMD)是希爾伯特-黃變換的重要組成部分，將信號(hào)分離在不同的尺度上，得到一系列內(nèi)蘊(yùn)模式函數(shù)(Intrinsic Mode Function，IMF)。經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸馐亲赃m應(yīng)的，適用于非平穩(wěn)、非線性信號(hào)的處理研究。Teager能量算子定義為約功到=X21 )-+ l)x(n-1),其中X(fJ)為離散信號(hào)。提取瞬時(shí)頻率算法如下 DESA-2算法首先對(duì)·、做差分運(yùn)算yip) = x(n +1) - x(n -!),然后進(jìn)行
Teager能量算子運(yùn)算，就得到的瞬時(shí)頻率/( )和瞬時(shí)幅度￡ ( 》的估計(jì)值，即
權(quán)利要求1.便攜式冠狀動(dòng)脈狹窄無損診斷儀，包括心肺音傳感器、30-500hz帶通濾波器、 IOO-IOOOhz帶通濾波器、30-1000hz帶通濾波器、微控制器、音頻功率放大器、按鍵控制模塊、耳機(jī)、藍(lán)牙串口模塊和PDA，其特征在于心肺音傳感器采集人體生理信號(hào)經(jīng)信號(hào)放大后傳輸給30-500hz帶通濾波器、lOO-lOOOhz帶通濾波器或30-1000hz帶通濾波器，帶通濾波器由按鍵控制模塊選定；選定的該濾波器輸出兩路信號(hào)，一路信號(hào)送入音頻功率放大器， 通過耳機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)人體生理信號(hào)的聽診，另一路信號(hào)送入微控制器，所述的微控制器含有AD 模塊和UART模塊；AD模塊采樣送入微控制器的信號(hào)，UART模塊讀取AD模塊轉(zhuǎn)換結(jié)果，轉(zhuǎn)換結(jié)果通過與微控制器相連的藍(lán)牙串口模塊進(jìn)行無線發(fā)送，PDA無線接收藍(lán)牙串口模塊發(fā)送的信號(hào)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種便攜式冠狀動(dòng)脈狹窄無損診斷儀。本實(shí)用新型中的心肺音傳感器采集人體生理信號(hào)經(jīng)信號(hào)放大后傳輸給三個(gè)帶通濾波器中的一個(gè)，該濾波器輸出兩路信號(hào)，一路信號(hào)送入音頻功率放大器，通過耳機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)人體生理信號(hào)的聽診，另一路信號(hào)送入微控制器，所述的微控制器含有AD模塊和UART模塊；AD模塊采樣送入微控制器的信號(hào)，UART模塊讀取AD模塊轉(zhuǎn)換結(jié)果，轉(zhuǎn)換結(jié)果通過與微控制器相連的藍(lán)牙串口模塊進(jìn)行無線發(fā)送，PDA無線接收藍(lán)牙串口模塊發(fā)送的信號(hào)。本實(shí)用新型具有體積小、功耗低、運(yùn)行穩(wěn)定可靠等優(yōu)勢(shì)，成本低，便于攜帶，藍(lán)牙無線傳輸代替有線傳輸，大大提高了診斷儀的應(yīng)用范圍。
文檔編號(hào)A61B7/04GK202313422SQ20112048008
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2011年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月28日
發(fā)明者尚俊娜, 田縣庭, 趙治棟, 駱懿 申請(qǐng)人:杭州電子科技大學(xué)