本發(fā)明涉及一種智能生物醫(yī)療器件，具體是一種基于mems聲傳感原理的電子式聽診器。

背景技術：

目前在臨床上對心腦血管和呼吸系統(tǒng)疾病的主要診斷手段仍然是對心音和呼吸音的聽診。聽診器仍是廣大醫(yī)生判斷病人的主要手段和工具，傳統(tǒng)聽診器主要是醫(yī)生依靠心跳次數(shù)來計算心率，而且信號極其微弱，低頻響應差，診斷很大程度上依賴于醫(yī)生的主觀判斷，并且人耳具有先天限制（聽覺最敏感的頻率范圍在1khz-3khz之間），對于低頻聲音敏感性差，而有臨床價值的心音頻率范圍常集中在20hz-600hz，因而一些具有重要診斷意義的低頻及強度較小的心音（如第二心音等）的病理特征難以捕捉。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了解決上述現(xiàn)有技術中存在的問題，而提供一種基于mems聲傳感原理的電子式聽診器。本發(fā)明聽診器是基于mems技術設計的一種既能聽診又能夠實時顯示波形的高信噪比、低成本電子聽診器。

本發(fā)明是通過如下技術方案實現(xiàn)的：

一種基于mems聲傳感原理的電子式聽診器，其特征在于：包括拾音頭殼體、聚氨酯透聲帽、封裝底座、聲傳感器微結構、柱形連接管和手持支撐體；拾音頭殼體的兩端為敞口設置，拾音頭殼體的殼壁上開設有注油孔；聚氨酯透聲帽封裝于拾音頭殼體的一端敞口端，封裝底座封裝于拾音頭殼體的另一端敞口端；聲傳感器微結構設于拾音頭殼體內并通過圓形pcb板固定于封裝底座上，聲傳感器微結構包括矩形支撐框、矩形應變片、懸臂梁和壓敏電阻，矩形支撐框固定于圓形pcb板上，矩形應變片通過懸臂梁懸置于矩形支撐框的中心位置，壓敏電阻共有四個，其中兩個分布于懸臂梁上，剩余兩個分布于與懸臂梁連接的矩形支撐框的框邊上，四個壓敏電阻連接成一個惠斯通電橋；柱形連接管的一端與拾音頭殼體的殼壁連接、另一端與手持支撐體連接，柱形連接管內穿設有引線；手持支撐體內安裝有信號處理電路板和供電電源，信號處理電路板上安裝有電源供壓模塊、可調穩(wěn)壓電源模塊、信號調理模塊、信號采集模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊和藍牙模塊；信號處理電路板通過柱形連接管內的引線與聲傳感器微結構連接，供電電源為信號處理電路板及聲傳感器微結構供電；拾音頭殼體的內部空腔通過注油孔灌滿具有良好聲傳導性能的硅油。

本發(fā)明聽診器將mems技術加工的聲傳感器微結構作為敏感單元運用在聽診器的聽音部分，作為心音信號的接收裝置，通過信號調理和信號采集的配合實現(xiàn)對心音信號的采集，首先信號經(jīng)信號調理模塊出來，再到信號采集模塊處理，然后送藍牙模塊將信號通過相應算法處理，最后在手機客戶端app上實現(xiàn)波形顯示和心率數(shù)字計算。

作為優(yōu)選的技術方案，拾音頭殼體的外型為圓臺狀，聚氨酯透聲帽封裝于拾音頭殼體的大敞口端，封裝底座封裝于拾音頭殼體的小敞口端。

本發(fā)明聽診器是利用mems技術加工的聲學傳感器作為接收聲信號的敏感元件，并結合信號處理電路板上各模塊的處理功能，使聽到的心肺音信號更準確，同時通過藍牙模塊將實時采集到的心音、心率及呼吸音信號發(fā)送到客戶端上進行實時顯示和分析，并通過相應算法計算出心率等常規(guī)參數(shù)。本發(fā)明聽診器的功能顯示了mems聽診器的實用性，將來可進一步結合臨床經(jīng)驗，給出初步的診斷結果，以提高心臟病變診斷或小兒胎心監(jiān)測的準確性。此外，本發(fā)明聽診器具有體積小、靈敏度高、低成本、可無線傳輸?shù)绞謾C等客戶端顯示波形及心音數(shù)字特征的優(yōu)點，比傳統(tǒng)聽診器檢測心率更清晰、更方便。

附圖說明

圖1為本發(fā)明聽診器的背面結構示意圖。

圖2為本發(fā)明聽診器的正面結構示意圖。

圖3為本發(fā)明聽診器中圓形pcb板及聲傳感器微結構的結構示意圖。

圖4為本發(fā)明聽診器中信號處理電路板上各模塊連接框圖。

圖5為本發(fā)明聽診器中聲傳感器微結構的應力云圖。

圖6為本發(fā)明聽診器中聲傳感器微結構的一階模態(tài)圖。

圖7為本發(fā)明聽診器中聲傳感器微結構的懸臂梁及矩形應變片上應力曲線圖。

圖8為本發(fā)明聽診器中聲傳感器微結構的諧響應曲線圖。

圖中：1-拾音頭殼體、2-聚氨酯透聲帽、3-封裝底座、4-聲傳感器微結構、4-1-壓敏電阻、4-2-矩形支撐框、4-3-矩形應變片、4-4-懸臂梁、5-柱形連接管、6-手持支撐體、7-注油孔、8-圓形pcb板、9-信號處理電路板、10-供電電源。

具體是方式

以下結合附圖對本發(fā)明作進一步地描述：

如圖1至圖4所示，一種基于mems聲傳感原理的電子式聽診器，包括拾音頭殼體1、聚氨酯透聲帽2、封裝底座3、聲傳感器微結構4、柱形連接管5和手持支撐體6。

拾音頭殼體1由鋁合金材質制作而成，拾音頭殼體1的外型為圓臺狀，且其上下兩端為敞口設置，其中，上端為小敞口端，下端為大敞口端，拾音頭殼體1的殼壁上開設有注油孔7。

聚氨酯透聲帽2通過聚氨酯密封膠粘結固定在拾音頭殼體1的大敞口端，用于接觸人體而傳導心音或肺音；封裝底座3由鋁合金材質制作而成，封裝底座3通過螺紋密封圈螺紋連接在拾音頭殼體1的小敞口端。

聲傳感器微結構4設于拾音頭殼體1內并通過圓形pcb板8固定于封裝底座3上，聲傳感器微結構4用于將心音轉換為電信號；聲傳感器微結構4包括矩形支撐框4-2、矩形應變片4-3、懸臂梁4-4和壓敏電阻4-1，矩形支撐框4-2固定于圓形pcb板8上，矩形應變片4-3通過懸臂梁4-4懸置于矩形支撐框4-2的中心位置，矩形應變片4-3的四個邊分別與矩形支撐框4-2的四個框邊平行設置，懸臂梁4-4的一端與矩形應變片4-3的其中一邊的中間位置固定連接，懸臂梁4-4的另一端與對應的矩形支撐框4-2的框邊的中間位置固定連接，矩形應變片4-3形成一個扇形片；壓敏電阻4-1共有四個，其中兩個分布于懸臂梁4-4上，剩余兩個分布于與懸臂梁4-4連接的矩形支撐框4-2的框邊上，四個壓敏電阻4-1連接成一個惠斯通電橋；聲傳感器微結構4的加工材料為soi硅片，采用mems微加工技術加工而成，具體是在硅襯底上利用icp等離子刻蝕技術刻蝕出矩形支撐框4-2、矩形應變片4-3、以及用于連接矩形支撐框4-2和矩形應變片4-3的懸臂梁4-4，在懸臂梁4-4及矩形支撐框4-2的框邊上分別利用等離子注入技術注入硼離子形成壓敏電阻4-1，四個壓敏電阻4-1的阻值相等且之間通過金屬引線連接成一個檢測心肺聲信號的惠斯通全橋差動電路。當不同強度的心音振動信號通過聚氨酯透聲帽經(jīng)硅油傳遞到拾音頭殼體1空腔內的聲傳感器微結構4時，引起矩形應變片4-3上下擺動彎曲，將振動信號傳遞給高精度的懸臂梁4-4，懸臂梁4-4上應力發(fā)生變化，相應的懸臂梁4-4上的壓敏電阻的阻值發(fā)生變化，惠斯通電橋的輸出電壓值也同步發(fā)生變化，從而達到分辨不同聲信號的目的。根據(jù)一段時間的采集和該時間對應的輸出電壓值，就能繪制出心音振動信號的心跳波形圖，通過計算可以得出心率參數(shù)。

柱形連接管5的一端與拾音頭殼體1的殼壁連接、另一端與手持支撐體6連接，柱形連接管5內穿設有引線。

手持支撐體6由塑料材質制成，方便醫(yī)生手持聽診器診斷病人身體狀況，手持支撐體6內安裝有信號處理電路板9和供電電源10，信號處理電路板9通過柱形連接管5內的引線與聲傳感器微結構4連接，供電電源10分別為信號處理電路板9及聲傳感器微結構4供電；信號處理電路板9安裝于手持支撐體6的背面位置，信號處理電路板9上安裝有電源供壓模塊、可調穩(wěn)壓電源模塊、信號調理模塊、信號采集模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊和藍牙模塊，其中，電源供壓模塊的電源輸入端與供電電源10連接，電源供壓模塊的電源輸出端與可調穩(wěn)壓電源模塊的電源輸入端連接，可調穩(wěn)壓電源模塊的電源輸出端分別與信號調理模塊、信號采集模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、藍牙模塊以及聲傳感器微結構4的電源輸入端連接，聲傳感器微結構4的信號輸出端與信號調理模塊的信號輸入端連接，信號調理模塊的信號輸出端與信號采集模塊的信號輸入端連接，信號采集模塊的信號輸出端分別與數(shù)據(jù)存儲模塊的信號輸入端以及藍牙模塊的信號輸入端連接；電源供壓模塊的供電電源10經(jīng)過可調穩(wěn)壓電源模塊將直流電源電壓調節(jié)至相應的幅值，供給聲傳感器微結構4及信號處理電路板9，；通過信號調理模塊、信號采集模塊的配合實現(xiàn)對心音信號的放大采集，首先信號經(jīng)信號調理模塊出來，再到信號采集模塊處理，然后將數(shù)據(jù)信號通過相應算法處理后存儲至數(shù)據(jù)存儲模塊，同時也能將數(shù)據(jù)通過藍牙模塊傳輸?shù)绞謾Capp上，藍牙模塊通過信號采集模塊控制藍牙芯片,與手機客戶端配對,最后在手機客戶端app上實現(xiàn)心音及呼吸音波形顯示和心率數(shù)字計算。同時因為放大電路的作用，微弱信號被相應放大，更便于觀察。信號采集模塊是由模擬量轉變成數(shù)字量，為后面的存儲模塊和藍牙數(shù)傳模塊準備的，信號采集模塊采用stm32單片機，它集成了adc模塊，減少單獨的adc器件占用的體積，同時stm32單片機控制也藍牙模塊得數(shù)據(jù)傳輸；供電電源10包括開設于手持支撐體6正面的電池槽，電池槽內安裝有電池，電池槽口安裝電池蓋，電池的電源輸出端與電源供壓模塊的電源輸入端連接。

拾音頭殼體1的內部空腔通過注油孔7灌滿具有良好聲傳導性能的硅油，注油孔及拾音頭殼體1與柱形連接管5連接處的引線孔進行密封設置。

圖5為本發(fā)明聽診器中聲傳感器微結構某一結構尺寸仿真的應力云圖，圖7為本發(fā)明聽診器中聲傳感器微結構相應尺寸下的懸臂梁上應力曲線圖，從圖5和圖7中可知，其反應了懸臂梁上應力分布，從而確定了排布壓敏電阻的合適位置。圖6為本發(fā)明聽診器中聲傳感器微結構相應尺寸下的一階模態(tài)圖，圖8為本發(fā)明聽診器中聲傳感器微結構相應尺寸下的諧響應曲線圖，從圖6和圖8可知，其反應了結構的固有頻率，具體為4300hz，心音信號范圍是20-600hz，固有頻率大于這個范圍，說明滿足頻帶要求，符合診斷要求。

以上所述的具體實施方式，對本發(fā)明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明。應當指出，凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。