專利名稱：一種分布式可穿戴動(dòng)態(tài)心音采集裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生物醫(yī)學(xué)信號(hào)檢測(cè)領(lǐng)域，尤其是一種分布式可穿戴動(dòng)態(tài)心音檢測(cè)裝置，將五個(gè)心音傳感器采用一種機(jī)械結(jié)構(gòu)緊固在衣物的特定位置，同步、獨(dú)立的采集五個(gè)區(qū)域的心音信號(hào)，從而給出一種能夠檢測(cè)人體日常生活狀態(tài)下的心音信號(hào)的裝置。
背景技術(shù)：
目前心臟病發(fā)病呈逐年上升趨勢(shì)，而患者低齡化態(tài)勢(shì)使得心臟病的早期診斷越來(lái)越受到關(guān)注。目前臨床常用的心臟病診斷設(shè)備，如超聲多普勒診斷儀，ECG等手段，不僅價(jià)格昂貴，需要專業(yè)技術(shù)人員操作，而且通常須經(jīng)過(guò)有經(jīng)驗(yàn)的專業(yè)醫(yī)師，對(duì)診斷儀采集到的信號(hào)進(jìn)行分析、解釋，才能夠?qū)π呐K病進(jìn)行明確診斷，診斷成本高。在中國(guó)，只有一些三甲醫(yī)院可以同時(shí)擁有這些昂貴的診斷設(shè)備和專業(yè)的診斷醫(yī)師，面對(duì)中國(guó)心臟病急速上升的趨勢(shì)，不可避免的造成了疑似患者就醫(yī)難，看病貴。診斷成本的居高不下，不僅給患者家庭造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，而且也會(huì)給國(guó)家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展帶來(lái)很大的困擾。很明顯，現(xiàn)有的方式遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足心臟病檢測(cè)的需求，急需研發(fā)一種價(jià)格低廉、操作簡(jiǎn)單的心臟病檢測(cè)設(shè)備。心音是人體重要的生理信號(hào)之一，許多心血管疾病，尤其是瓣膜類疾病，心音都是重要的診斷信息。特別的，當(dāng)心血管疾病尚未發(fā)展到足以產(chǎn)生其他癥狀(如ECG變化)之前，心音中出現(xiàn)的雜音和畸變就是唯一的診斷信息。研究表明通過(guò)對(duì)心音的分析，可以先于其他檢測(cè)方法發(fā)現(xiàn)心臟疾病，如冠心病、心肌炎等，具有心電圖、超聲心動(dòng)圖不可取代的優(yōu)勢(shì)。大量實(shí)踐證明心音分析能夠?yàn)樾呐K病的早期診斷提供充分的依據(jù)，為心臟疾病的治療鳳得更多的時(shí)間。心音聽(tīng)診是臨床診斷的重要手段，但心音聽(tīng)診有著很大缺陷。首先，心音聽(tīng)診的準(zhǔn) 確性嚴(yán)重依賴于醫(yī)生的經(jīng)驗(yàn)；其次，心音異常通常具有突發(fā)性、短暫性等特點(diǎn)，短時(shí)間的靜態(tài)聽(tīng)診很難捕捉到心音異常；再次，醫(yī)生聽(tīng)診時(shí)通常通過(guò)反復(fù)移動(dòng)聽(tīng)診器檢測(cè)不同的聽(tīng)診區(qū)的心音，不能同時(shí)實(shí)現(xiàn)所有聽(tīng)診區(qū)同步檢測(cè)并進(jìn)行綜合診斷。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述心音檢測(cè)技術(shù)中的缺點(diǎn)，本發(fā)明提出了一種緊固在衣物上可穿戴、分布式、動(dòng)態(tài)采集人體心音的方法和裝置，可長(zhǎng)時(shí)間采集穿戴者的心音，同時(shí)提供瞬時(shí)心率、心率和五個(gè)檢測(cè)區(qū)的能量-時(shí)間-頻率譜等參數(shù)。一種分布式可穿戴動(dòng)態(tài)心音采集裝置主要發(fā)明內(nèi)容包括I、分布式心音采集。取臨床上常用5個(gè)心音診察區(qū)，為本發(fā)明中的心音檢測(cè)區(qū)，同步采集各區(qū)的心音。2、可穿戴動(dòng)態(tài)心音采集。將5個(gè)心音傳感器分別固定在緊身衣物上，其位置對(duì)應(yīng)于I所確定的心音采集區(qū)。3、心音傳感器的固定件。心音傳感器的緊固件整體由PVC材料制成，其主要結(jié)構(gòu)包括外殼、螺釘、螺母、彈簧墊片、彈簧組成，該固定件可確保心音傳感器壓緊在皮膚表面。4、采用無(wú)參考心音分段法對(duì)每路心音信號(hào)進(jìn)行分段，取其平均值作為最終分段結(jié)果，提高了分段精度。5、對(duì)每路心音信號(hào)進(jìn)行EEMD分解，計(jì)算能量-時(shí)間-頻率譜。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)為I、本發(fā)明可同步采集臨床上常用心音診察的5個(gè)區(qū)域的心音信號(hào)，為心臟病的準(zhǔn)確診斷提供了全面、完整的心音信號(hào)；2、本發(fā)明中的心音傳感器的固定方式，不僅可防止大量的外界噪聲污染心音信號(hào)，而且可以通過(guò)螺釘和螺釘末端的彈簧將心音傳感器自動(dòng)壓緊在人體皮膚表面，消除了 人體皮膚與傳感器之間的相對(duì)移動(dòng)而引人的噪聲；3、本發(fā)明不僅可用于人體靜態(tài)狀態(tài)下的心音信號(hào)采集，也可用于人體在日常生活狀態(tài)下的心音采集；4、本發(fā)明采用5路心音信號(hào)的分段平均值作為最終的分段結(jié)果，提高了分段的準(zhǔn)確率。應(yīng)用上述心音檢測(cè)裝置的智能服裝能夠?qū)θ梭w心音信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)瓣膜類心臟病的綜合診斷與早期發(fā)現(xiàn)，從而為患者贏得治療時(shí)間，降低診療成本，在臨床治療和居家健康監(jiān)護(hù)等方面具有特別重要的意義。將上述心音檢測(cè)裝置的智能服裝應(yīng)用于心音在心臟病發(fā)展過(guò)程中的變化亦能起到重要作用。另外，上述智能服裝還可以應(yīng)用于軍事與航天、娛樂(lè)與通訊、安全與保衛(wèi)等領(lǐng)域。


圖I是心音采集區(qū)。圖中A-主動(dòng)脈瓣檢測(cè)區(qū)，P-肺動(dòng)脈瓣檢測(cè)區(qū)，T- 二尖瓣檢測(cè)區(qū)，E-第二主動(dòng)脈瓣檢測(cè)區(qū)，M-三尖瓣檢測(cè)區(qū)；圖2是所述的心音檢測(cè)裝置應(yīng)用于智能服裝的設(shè)計(jì)原理圖；圖中I-二尖瓣檢測(cè)區(qū)的心音傳感器，2-肺動(dòng)脈瓣檢測(cè)區(qū)的心音傳感器，3-主動(dòng)脈瓣檢測(cè)區(qū)的心音傳感器，4-第二主動(dòng)脈瓣檢測(cè)區(qū)的心音傳感器，5-三尖瓣檢測(cè)區(qū)的心音傳感器，6-信號(hào)輸出接口，7-埋入衣物的導(dǎo)線，8-緊身衣；圖3是心音傳感器緊固件機(jī)械圖；圖中9-外殼，10-螺母，11-螺釘，12-彈簧墊圈，13-彈簧；圖4分布式動(dòng)態(tài)心心音信號(hào)采集系統(tǒng)組成示意圖；圖5心音分段原理不意圖；圖6心音參數(shù)提取過(guò)程示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。I、分布式心音采集區(qū)域的確定。臨床上心音常用診查區(qū)有五個(gè)，醫(yī)生通常綜合考慮這五個(gè)區(qū)域的心音。因此選擇圖I中的五個(gè)區(qū)域作為本發(fā)明中的心音采集區(qū)域。2、心音傳感器的固定，緊固件如圖3所示。在緊身衣物上，確定心音傳感器的緊固位置，使其對(duì)應(yīng)于I中的心音采集區(qū)域，緊固件外殼9上的突起放置于衣物內(nèi)側(cè)，相應(yīng)的衣物外側(cè)加彈簧墊圈12，用螺母10將外殼9固定在衣物上，將頂端裝有彈簧13的螺釘11安裝好，心音傳感器放置于緊固件的殼體內(nèi)，同時(shí)將傳感器的導(dǎo)線埋入衣物的內(nèi)部，如圖2所
/Jn o3、穿著時(shí)心音傳感器的調(diào)整。當(dāng)固定好心音傳感器的緊身衣穿著在人體上時(shí)，調(diào)整各采集區(qū)域上緊固件上的螺釘11，使得心音信號(hào)的輸出信號(hào)質(zhì)量達(dá)到最佳狀態(tài)。4、心音信號(hào)的調(diào)理與數(shù)據(jù)采集。信號(hào)調(diào)理電路主要包括兩個(gè)部分，信號(hào)放大與信號(hào)濾波。心音傳感器采集到的心音信號(hào)，通過(guò)圖2中的信號(hào)輸出接口 6連接到放大電路，將心音信號(hào)放大到峰峰值為5V左右的信號(hào)，經(jīng)上限頻率為2KHz的8階butterworth濾波器進(jìn)入同步高速數(shù)據(jù)采集卡后，由Iabview軟件讀入上位機(jī)。5、心音信號(hào)參數(shù)提取。本發(fā)明中的心音參數(shù)流程如圖6所示。心音分段如圖5所示，對(duì)每路心音信號(hào)進(jìn)行獨(dú)立分段，過(guò)程大致為，提取心音包絡(luò)一設(shè)置香農(nóng)閾值一合并心音分裂一確定心音分段，將五路分段結(jié)果的平均值作為最終的分段結(jié)果。計(jì)算瞬時(shí)心率根據(jù)上一階段的分段結(jié)果，提取一個(gè)心動(dòng)周期的心音，若該心動(dòng)周期的時(shí)間為t秒，則瞬時(shí)心率為60/t。計(jì)算能量-時(shí)間-頻率譜(I)計(jì)算MF。首先對(duì)一個(gè)心動(dòng)周期的心音信號(hào)進(jìn)行鏡像延拓，以減弱譜中的邊界效應(yīng)；對(duì)延拓后的心音信號(hào)進(jìn)行EEMD分解，將信號(hào)分解為若干個(gè)IMF。在EEMD分解過(guò)程中，加入噪聲的次數(shù)為50次，包絡(luò)提取算法采用B樣條插值，篩分次數(shù)為10次。(2)計(jì)算能量-時(shí)間-頻率譜。對(duì)每一路的心音信號(hào)經(jīng)EEMD分解得到的MF，計(jì)算hiIbert譜,得到能量_時(shí)間-頻率譜。計(jì)算心率統(tǒng)計(jì)I分鐘內(nèi)的心動(dòng)周期次數(shù)作為心率。
權(quán)利要求
1.一種分布式可穿戴動(dòng)態(tài)心音采集裝置，其特征在于本裝置由緊身衣、緊固件、五個(gè)獨(dú)立的心音傳感器、五路獨(dú)立的信號(hào)調(diào)理電路、同步高速數(shù)據(jù)采集卡及心音信號(hào)處理單元組成；其中，五個(gè)獨(dú)立的心音傳感器由緊固件固定在緊身衣物上，并分別依次與信號(hào)調(diào)理電路、同步高速數(shù)據(jù)采集卡連接，由LabVIEW程序讀入上位機(jī)，經(jīng)信號(hào)處理單元，輸出瞬時(shí)心率或心率、各采集區(qū)心音的能量-時(shí)間-頻率譜。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的分布式可穿戴心音采集裝置，其特征在于心音傳感器緊固于緊身衣物上，形成可穿戴心音采集裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可穿戴心音采集裝置，其特征在于采用五個(gè)獨(dú)立心音傳感器形成分布式心音采集裝置，并用同步高速數(shù)據(jù)采集卡，同步采集人體體表五個(gè)區(qū)域的心音信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的分布式可穿戴心音采集裝置，其特征在于五個(gè)心音檢測(cè)區(qū)域?yàn)榕R床常用的心音診察區(qū)，主動(dòng)脈瓣區(qū)、肺動(dòng)脈瓣區(qū)、第二主動(dòng)脈瓣區(qū)、二尖瓣區(qū)及三尖瓣區(qū)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的分布式可穿戴心音采集裝置，其特征在于五路獨(dú)立的心音傳感器采用緊固件固定在緊身衣特定的位置上，這些特定位置對(duì)應(yīng)于權(quán)利4所述的心音診察區(qū)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的緊固件，其特征在于結(jié)構(gòu)主要包括外殼、螺釘、螺母、彈簧墊圈和彈黃。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的緊固件，其特征在于外殼整體及其附件均采用PVC材料，殼體一端有內(nèi)螺紋和外螺紋，外螺紋末端有突起，螺釘末端裝有彈簧，殼體上的突起、外螺紋配合螺母及彈簧墊圈可將傳感器固定在衣物的特定位置，內(nèi)螺紋配合螺釘及螺釘頂端的彈簧可將傳感器壓緊在人體皮膚表面。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的分布式可穿戴動(dòng)態(tài)心音采集裝置，其特征在于信號(hào)排列順序?yàn)榕R床聽(tīng)診順序。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的分布式可穿戴動(dòng)態(tài)心音采集裝置，其特征在于所述信號(hào)處理單元包括， 心音分段模塊，分別對(duì)五路獨(dú)立的心音信號(hào)采用無(wú)參考分段法進(jìn)行分段，取五路分段結(jié)果的平均作為最后的分段結(jié)果； 心率提取模塊，根據(jù)心音分段模塊得到的結(jié)果，確定每個(gè)心動(dòng)周期的時(shí)間，根據(jù)該時(shí)間得到瞬時(shí)心率，統(tǒng)計(jì)I分鐘之內(nèi)的心動(dòng)周期，得到心率； 心音能量-時(shí)間-頻率譜模塊，將原始心音信號(hào)進(jìn)行延拓，EEMD分解各路心音信號(hào)為IMF，對(duì)每個(gè)IMF進(jìn)行譜計(jì)算，最終得到每個(gè)檢測(cè)區(qū)的能量-時(shí)間-頻率譜。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的分布式動(dòng)態(tài)心音采集裝置，其特征在于可動(dòng)態(tài)采集穿戴者日常生活狀態(tài)下的心音信號(hào)。
全文摘要
一種分布式可穿戴動(dòng)態(tài)心音采集裝置，屬于生物醫(yī)學(xué)信號(hào)檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。所述分布式可穿戴動(dòng)態(tài)心音采集裝置由彈性緊身衣8、與衣物緊固在一起的五個(gè)獨(dú)立心音傳感器1-5、埋入衣物的導(dǎo)線7、信號(hào)輸出接口6、五組獨(dú)立的信號(hào)調(diào)理電路、同步高速數(shù)據(jù)采集卡及心音信號(hào)處理單元組成，可實(shí)現(xiàn)佩戴者在日常狀態(tài)下五個(gè)區(qū)域(主動(dòng)脈瓣區(qū)、肺動(dòng)脈瓣區(qū)、第二主動(dòng)脈瓣區(qū)、二尖瓣區(qū)及三尖瓣區(qū))心音信號(hào)的同步動(dòng)態(tài)采集，具有心音自動(dòng)分段、心率檢測(cè)、計(jì)算各檢測(cè)區(qū)心音的能量-時(shí)間-頻率的功能，可為心臟病的診斷提供完整的心音信息。將所述的心音采集裝置應(yīng)用面向健康監(jiān)護(hù)的智能服裝，既可及早發(fā)現(xiàn)一些瓣膜類心臟疾病，又可監(jiān)測(cè)心臟病患者的心臟健康狀態(tài)。
文檔編號(hào)A61B5/024GK102860839SQ201210410130
公開(kāi)日2013年1月9日 申請(qǐng)日期2012年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月25日
發(fā)明者苗長(zhǎng)云, 高華, 張 誠(chéng), 李鴻強(qiáng) 申請(qǐng)人:天津工業(yè)大學(xué)