專利名稱：人體聲學(xué)診斷裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種通過(guò)對(duì)人體器管發(fā)出的聲音信號(hào)進(jìn)行分析診斷的裝置，屬聲波或次聲波的測(cè)量分析設(shè)備領(lǐng)域。
目前，醫(yī)學(xué)界用于檢測(cè)診斷冠心病的儀器或設(shè)備品種繁多，采用的方法也很多，如心電圖機(jī)、心音圖機(jī)、超聲心動(dòng)圖機(jī)、阻抗血流圖機(jī)以及同位素掃描機(jī)等等。這些設(shè)備儀器各有其特點(diǎn)和實(shí)用價(jià)值，也各有其不足。主要問(wèn)題是儀器所檢測(cè)到的信息對(duì)判別是否冠心病而言，其敏感性和特異性較差，因此，假陽(yáng)性或假陰性的出現(xiàn)率均較高，造成醫(yī)生或患者對(duì)儀器的檢測(cè)結(jié)果產(chǎn)生懷疑或誤會(huì)。為了解決上述問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外的專家學(xué)者除對(duì)這些儀器及相應(yīng)的檢測(cè)方法進(jìn)行改進(jìn)提高外，還不斷尋求新的無(wú)創(chuàng)性檢測(cè)手段。
根據(jù)人體聲學(xué)理論，心臟產(chǎn)生的心音是一種復(fù)合音，是時(shí)間、頻率和幅度的三維矢量，它是由心臟在舒縮運(yùn)動(dòng)中，心肌、血液、瓣膜和大血管的機(jī)械(聲學(xué))振動(dòng)所產(chǎn)生的。這些聲波振動(dòng)，既包括可以為人耳聽(tīng)到的不可聞?wù)駝?dòng)，也包括人耳聽(tīng)不到的不可聞?wù)駝?dòng)，通過(guò)對(duì)心音的頻譜分析，心音有很大部分能量，集中在低于20HZ以下的不可聞?lì)l段(即次聲區(qū))，這之中就包括了成為臨床診斷重要信息的病理性雜音等(圖7顯示了心音和耳可聽(tīng)域之間的關(guān)系)。有關(guān)心音的最新分析研究表明，在心音的超低頻頻譜中，利用“峰值位置”(即波譜曲線中峰值點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的頻率赫茲數(shù))，“形心位置”(即波譜曲線包絡(luò)線封閉的面積重心所對(duì)應(yīng)的頻率赫茲數(shù))，“低頻比重”(即1－10HZ頻率波在該心聲段總功率所占的百分比值)，“高頻比重”(即25以上HZ頻率波在該心聲段總功率所占的百分比值)等四個(gè)特征量可以明顯地把正常、可疑及冠心病三者之間區(qū)別開(kāi)來(lái)，且這四個(gè)特征量在心音頻譜中以第2、5心聲段(注第2心聲段是指自第一心音之末至第二心音之始，第五心聲段是指自第三心音之始至下一周期第一心音之始，它們分別簡(jiǎn)稱為段2、段5。)提供的識(shí)別信息最多。但是用現(xiàn)有儀器，無(wú)法對(duì)超低頻的聲波信息進(jìn)行測(cè)量和分析。這是因?yàn)楝F(xiàn)有檢測(cè)儀器的電路，以及用于檢拾心音的傳聲換能器都是按低限為20－50HZ的指標(biāo)設(shè)計(jì)的，這就漏掉了相當(dāng)多的超低頻識(shí)別信息。另外，普通心音傳聲換能器的靈敏度在0.3－1mv／μbar，而超低頻的心音信號(hào)聲壓很小，且信號(hào)越弱，背景噪音的影響越大，當(dāng)信噪比很低時(shí)，這些心音信號(hào)全部被噪音所掩蓋，使其無(wú)法檢測(cè)到。
除此之外，由于冠心病診斷的復(fù)雜性，每個(gè)病人需要處理的檢測(cè)數(shù)據(jù)成千上萬(wàn)，依靠人工去分析計(jì)算所得數(shù)據(jù)是極其困難的。
本實(shí)用新型的目的是研制一種新的人體聲學(xué)診斷裝置，它能檢測(cè)出集中于次聲區(qū)的絕大部分心音雜音信號(hào)，這就要求儀器的低限頻率必須在20HZ以下，其靈敏度必須較高，且傳聲換能器應(yīng)具有較大的信噪比；另外，為了及時(shí)迅速地求出診斷冠心病的四個(gè)特征量，儀器還必須具有相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理部分。
本實(shí)用新型的目的是通過(guò)設(shè)計(jì)頻寬在2－5000HZ的測(cè)量放大及數(shù)據(jù)處理部分，采用與外界隔絕的傳聲換能器，以及利用配套計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理等手段實(shí)現(xiàn)的。
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳述。


圖1是本實(shí)用新型的原理框圖；圖2是一個(gè)實(shí)施例的電原理圖；圖3、圖4、圖5、圖6分別是框圖中A、B、C、D四點(diǎn)的輸出波形圖；圖7是心音和聽(tīng)力之間的關(guān)系圖；圖8是傳聲換能器剖視圖；圖9是傳聲換能器仰視圖；
圖10是診斷程序流程圖；
圖11、
圖12分別是本新型中的傳聲換能器與普通傳聲換能器的傳聲效果對(duì)照?qǐng)D。
本實(shí)用新型由傳聲換能器(1)、跟隨器(2)、前置放大器(3)、低通濾波器(4)、放大器(5)、模一數(shù)轉(zhuǎn)換器(6)、計(jì)算機(jī)(7)及終端(8)組成。傳聲換能器(1)把心音信號(hào)檢拾并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)，并通過(guò)跟隨器(2)及前置放大器(3)將此信號(hào)放大到1V左右的電平，再經(jīng)過(guò)低通濾波器(4)濾掉除最高分析頻率之上的各頻率分量，以消除在分析過(guò)程中由于混迭效應(yīng)所產(chǎn)生的分析誤差。低通濾波器輸出的信號(hào)再經(jīng)過(guò)放大器(5)后將信號(hào)放大到2.5V左右的電平。然后加入模－數(shù)轉(zhuǎn)換器(6)(以下簡(jiǎn)稱ADC)。ADC之前各部分的輸出信號(hào)波形都是連續(xù)的模擬信號(hào)(見(jiàn)圖3、圖4)只是電平不同。ADC將連續(xù)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變成離散的數(shù)字信號(hào)，其電平由相應(yīng)的8位二進(jìn)制碼表示(見(jiàn)圖5、圖6)。ADC的輸出信號(hào)進(jìn)入計(jì)算機(jī)(7)后，在計(jì)算機(jī)內(nèi)通過(guò)專用程序進(jìn)行處理，求出相應(yīng)的峰值位置、形心位置、高頻比重、低頻比重等四個(gè)最重要的識(shí)別冠心病的特征參數(shù)，并通過(guò)終端(8)顯示或記錄，以此作為診斷冠心病的早期依據(jù)。
各部分的構(gòu)成為a、跟隨器(2)。這是一個(gè)由場(chǎng)效應(yīng)管T1組成的源極輸出器，R1為傳聲換能器MC的放電回路電阻，R2、R3分別為柵極及源極電阻，C1為耦合電容。本級(jí)的輸入阻抗大于2兆歐。
b、前置放大器(3)。它由運(yùn)算放大器T2、電阻R5、R6、衰減電位器R4及耦合電容C2組成。C2可選10μ電容。其余各電阻參數(shù)的選擇要求滿足本級(jí)增益80分貝，頻率響應(yīng)2Hz－5000Hz，諧波失真小于1％的要求。本級(jí)可采用兩級(jí)放大結(jié)構(gòu)。
c、低通濾波器(4)，這是一個(gè)由4只運(yùn)算放大器構(gòu)成的有源濾波器。其中，T3、R15、C4和T4、R8、C6分別構(gòu)成第一級(jí)和第二級(jí)RC有源濾波器，其截止頻率為2KHz。當(dāng)開(kāi)關(guān)K1、K2閉合時(shí)，電容C5、C7分別并聯(lián)在C4、C6上，此時(shí)的截止頻率為20HZ。T5、R17、R18組成了反饋系數(shù)為1的反饋網(wǎng)絡(luò)，并通過(guò)電阻R16、R7反饋到運(yùn)算放大器的輸入端。T6、R9、R10組成的增益約為1的緩沖級(jí)，以便與下級(jí)電路相接。
C3為耦合電容，容值為4.7－10μ；C4、C6容值為2nP；C5、C7的容值為198np；R15、R8、R16及R7的阻值為47－61K。
d、放大器(5)。這一級(jí)由C8、R11、R12、R13和運(yùn)算放大器T7組成。其中，C8為耦合電容，容值為8μ，R11為衰減電位器，這一級(jí)的增益為18－25分貝，頻率響應(yīng)為2－5000HZ。
e、模－數(shù)轉(zhuǎn)換器(6)。這一級(jí)包括采樣一保持電路及ADC電路兩部分。前者由場(chǎng)效應(yīng)管T7、運(yùn)算放大器T8、C10及R14組成。其中，T7做為一個(gè)電子開(kāi)關(guān)，由柵極上提供的心電脈沖信號(hào)令其導(dǎo)通或截止，以實(shí)現(xiàn)采樣，從而將連續(xù)的模擬信號(hào)變?yōu)殡x散信號(hào)。電容C10貯存被采集的信號(hào)電平，由于由T8、R14組成的跟隨器輸入阻抗很高，保證C10的放電回路有足夠大的時(shí)間常數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)了保持電平不變的目的。ADC為普通的模數(shù)轉(zhuǎn)換集成塊，可選用AD570等。通過(guò)ADC的轉(zhuǎn)換，則將輸入的離散模擬信號(hào)變成了數(shù)字信號(hào)。ADC的分辨率要求為8Bit，也可采用10Bit或12Bit。
f、計(jì)算機(jī)(7)可采用市售商品，最好采用16位的通用微機(jī)。本裝置采用Super－AT型微機(jī)。
g、終端(8)，采用終端顯示器或打印機(jī)，亦可采用數(shù)字繪圖儀。
為了更全面地從各個(gè)不同檢測(cè)點(diǎn)反映出被測(cè)心臟的心音信號(hào)，本新型的傳聲換能器可增加1－2個(gè)，與其配套的跟隨器、前置放大器、低通濾波器、放大器等心音信號(hào)通道電路隨之增加，成為1－3個(gè)心音信號(hào)通道。信號(hào)都可以加至模－數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端，而后按照計(jì)算機(jī)指令規(guī)定的程序進(jìn)行處理。
本新型還可以與心電圖機(jī)配合使用。
本實(shí)用新型的傳聲換能器(1)MC由微音器(12)、固定微音器的外殼11及將傳聲換能器吸附在人體上的吸氣囊(13)所組成。圖8、圖9畫出了它的結(jié)構(gòu)示意，其中，固定微音器(12)的腔室設(shè)計(jì)在外殼(11)的中央，腔室一端為蓋(15)所密封，另一端開(kāi)有通孔，聲源發(fā)出的聲波可以通過(guò)此孔傳至微音器，微音器將聲波轉(zhuǎn)換成電變量后經(jīng)導(dǎo)線(14)送至跟隨器(2)。微音器的外徑和腔室內(nèi)徑配合緊密。在外殼(11)的端面上開(kāi)有一圈吸附溝(16)，其深度約有10－20毫米深，寬度約為5－15毫米。吸附溝(16)與固定在外殼上的吸氣囊(13)相通。使用時(shí)，將傳聲換能器放置在人體胸部，手捏吸氣囊，將空氣排出，傳聲換能器即可牢牢地吸附在人體表皮上，由于放置微音器(12)的腔室，此時(shí)已與外界隔絕，外界干擾噪音大大被減弱，則人體的心音信號(hào)即可以較大的信噪比傳至微音器，為聲波檢測(cè)分析提供了準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。
圖11、
圖12畫出了本新型的傳聲換能器與普通傳聲換能器的拾音效果對(duì)照。從圖中可以看出，本新型的傳聲換能器能夠明置地將可疑冠心病患者與正常人區(qū)別開(kāi)來(lái)。
自人體采集的微弱心音信號(hào)經(jīng)變換放大、處理后，由聲波信號(hào)變成數(shù)字信號(hào)。加到計(jì)算機(jī)輸入端，在計(jì)算機(jī)中，通過(guò)線性予測(cè)法按
圖10給出的診斷程序流程對(duì)該信號(hào)進(jìn)行處理，分別計(jì)算出心音頻譜中“峰值位置(HZ)、形信心位置(HZ)，低頻比重(％)，高頻比重(％)”等四個(gè)特征量參數(shù)，再分別與正常或冠心病的四個(gè)特征量參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)照，如果發(fā)現(xiàn)低頻成份減少，高頻成份增多，峰值位置與形心位置向高頻方向移動(dòng)(即峰值點(diǎn)或曲線包絡(luò)面積的重心對(duì)應(yīng)的頻率數(shù)值較高)，則基本上可以診斷為早期冠心病患者。(附表給出了心音頻譜中段2特征量臨床檢測(cè)的結(jié)果)。
本實(shí)用新型能夠?qū)θ梭w心臟發(fā)出的聲波或次聲波進(jìn)行有效的檢測(cè)，并能對(duì)檢測(cè)到的數(shù)據(jù)迅速進(jìn)行處理，從而計(jì)算出反映早期冠心病的特征參數(shù)，它提供了無(wú)創(chuàng)性檢測(cè)的新裝置，可廣泛用于診斷冠心病。
附表心音頻譜中段2特征量臨床檢測(cè)結(jié)果
注＊＊＊與正常組比較，P＜0.001；＃＃＃與可疑冠心病組比較，P＜0.001；＃＃與可疑冠心病組比較，P＜0.01。
權(quán)利要求1.一種人體聲學(xué)診斷裝置，它包括一個(gè)可以從人體上撿拾聲音信號(hào)的傳聲換能器(1)，其特征在于，該裝置還包括一個(gè)能對(duì)人體聲音信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的部分，這部分由跟隨器(2)，前置放大器(3)，低通濾波器(4)，放大器(5)，模-數(shù)轉(zhuǎn)換器(6)，計(jì)算機(jī)(7)及終端(8)所組成，其中，跟隨器(2)是一個(gè)由場(chǎng)效應(yīng)管T1，電阻R2、R3組成的源極輸出器，電容C1為聯(lián)接傳聲換能器(1)的耦合電容；前置放大器(3)由運(yùn)算放大器T2、電阻R5、R6所組成，R4為衰減電位器，C2為耦合電容；低通濾波器(4)是一個(gè)由四個(gè)運(yùn)算放大器T3、T4、T5、T6構(gòu)成的有源濾波器，其中，T3、T15、C4和T4、R8、C6分別構(gòu)成第一、第二級(jí)RC有源濾波器，T5、R17、R18組成反饋系數(shù)為1的反饋網(wǎng)絡(luò)，T6、R9、R10組成增益約為1的緩沖級(jí)，C3為耦合電容；放大器(5)由運(yùn)算放大器T7、R11、R12、R13組成，C8為耦合電容；模-數(shù)轉(zhuǎn)換器(6)包括采樣-保持電路及ADC電路兩部分，采樣-保持電路由場(chǎng)效應(yīng)管T7構(gòu)成的電子開(kāi)關(guān)，運(yùn)算放大器T8、R14組成的跟隨器組成，T8的輸出接ADC的13腳，其輸出接計(jì)算機(jī)(7)，后者的輸出接終端(8)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人體聲學(xué)診斷裝置，其特征在于，由傳聲換能器(1)、跟隨器(2)，前置放大器(3)，低通濾波器(4)，放大器(5)組成的心音信號(hào)通道數(shù)目為1－3個(gè)，各心音通道的信號(hào)都加致模－數(shù)轉(zhuǎn)換器(6)的輸入端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人體聲學(xué)診斷裝置，其特征在于傳聲傳換能器(1)MC由微音器(12)和固定微音器的外殼(11)所組成，其中，外殼(11)上用于固定微音器(12)的腔室，一端為蓋(15)所密封，另一端開(kāi)有通孔，其端面處開(kāi)有一圈吸附溝(16)，吸附溝(16)與一個(gè)吸氣囊(13)相通。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的人體聲學(xué)診斷裝置，其特征在于終端(8)可以采用終端顯示器，也可以采用打印機(jī)或數(shù)字繪圖儀。
專利摘要一種人體聲學(xué)診斷裝置，它由傳聲換能器及信號(hào)放大處理兩部分所組成，它能對(duì)人體內(nèi)臟器官發(fā)出的聲波或次聲波進(jìn)行分析，求出頻譜中“峰值位置、形心位置、高頻比重、低頻比重”等四個(gè)特征參數(shù)，并進(jìn)而與正常人的相應(yīng)特征參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)照，從而判定被測(cè)者是否患有早期冠心病，可廣泛用作醫(yī)療部門的診斷儀器。
文檔編號(hào)A61B8/00GK2065053SQ9020337
公開(kāi)日1990年11月7日 申請(qǐng)日期1990年3月21日 優(yōu)先權(quán)日1990年3月21日
發(fā)明者聶冠群, 齊俊瑞, 李健, 聶金雷 申請(qǐng)人:河北省保定地區(qū)人體聲學(xué)研究所