基于夜間心音分析的醫(yī)療系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于夜間心音分析的醫(yī)療系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)包括若干音頻信號采集裝置和監(jiān)護(hù)服務(wù)端。音頻信號采集裝置置于床的不同位置。本發(fā)明通過對心音聲源信號的采集、分析，利用能量比定位算法確定心音聲源的具體位置，從而實(shí)現(xiàn)被監(jiān)護(hù)者的夜間實(shí)時(shí)監(jiān)護(hù)。本發(fā)明系統(tǒng)還具有心音信號顯示、存儲(chǔ)與心率計(jì)算的功能，能夠在被監(jiān)護(hù)者心率超過正常范圍時(shí)進(jìn)行警報(bào)，從而避免危險(xiǎn)的發(fā)生。本發(fā)明可以檢測夜間心率、睡眠習(xí)慣與翻身次數(shù)等，實(shí)現(xiàn)無輻射監(jiān)護(hù)。
【專利說明】
基于夜間心音分析的醫(yī)療系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及移動(dòng)醫(yī)療領(lǐng)域，尤其涉及一種通基于夜間心因分析的醫(yī)療系統(tǒng)及方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著生活水平的提高，現(xiàn)代人對于醫(yī)療質(zhì)量也提出了更高的要求。傳統(tǒng)公立醫(yī)院 數(shù)量較少，地域間分布不均，往往難以滿足人們對于優(yōu)秀醫(yī)療資源的需要。因此，基于物聯(lián) 網(wǎng)的移動(dòng)醫(yī)療信息平臺應(yīng)運(yùn)而生，它具有攜帶方便、成本較低、診斷準(zhǔn)確的特點(diǎn)，為人們的 健康生活提供實(shí)時(shí)保障。
[0003] 對于傳統(tǒng)健康監(jiān)測系統(tǒng)而言，由于人在一天之中的不同的活動(dòng)狀態(tài)將會(huì)導(dǎo)致較大 的隨機(jī)性，會(huì)導(dǎo)致較大的監(jiān)測誤差，且傳統(tǒng)健康監(jiān)測裝置體積龐大，不易攜帶，不可實(shí)現(xiàn)實(shí) 時(shí)監(jiān)測。由于人每天有將近三分之一的時(shí)間處于睡眠狀態(tài)，因此睡眠狀態(tài)為監(jiān)測人體健康 狀態(tài)的黃金時(shí)間，具有穩(wěn)定性高、監(jiān)測方便的特點(diǎn)。夜間健康診斷能在最大程度不干擾人的 正?；顒?dòng)的情況下，診斷人體患病狀況，使用安全、能耗低，無需貼身佩戴，相較于傳統(tǒng)的健 康監(jiān)測裝置具有顯著地優(yōu)越性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對【背景技術(shù)】中存在的問題，本發(fā)明提出一種基于夜間心音分析的醫(yī)療系統(tǒng)及方 法，音頻采集裝置對人在睡眠狀況下的音頻信號進(jìn)行采集，將采集到的音頻信息發(fā)送至監(jiān) 護(hù)服務(wù)端，監(jiān)護(hù)服務(wù)端對采集音頻信息進(jìn)行及時(shí)地分析利用，監(jiān)護(hù)服務(wù)端的用戶界面可存 儲(chǔ)、顯示人的心音信號，顯示人的心率。當(dāng)人的心率超過給定的正常心率范圍時(shí)，監(jiān)護(hù)服務(wù) 端傳遞信號至報(bào)警模塊，報(bào)警模塊發(fā)出警報(bào)。
[0005] 本發(fā)明的目的是通過以下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：一種基于夜間心音分析的醫(yī)療系 統(tǒng)，該系統(tǒng)包括若干音頻信號采集裝置和監(jiān)護(hù)服務(wù)端。所述音頻信號采集裝置置于床的不 同位置，所有音頻信號采集裝置不能夠置于同一平面中，將裝置底部緊貼于放置面，放置面 平整。
[0006] 所述音頻信號采集裝置包括箱體和置于箱體內(nèi)的第一通信模塊、控制單元和信號 放大模塊;箱體的表面嵌有麥克風(fēng)模塊;所述第一通信模塊與控制單元相連。麥克風(fēng)模塊經(jīng) 信號放大模塊與控制單元相連。
[0007] 所述麥克風(fēng)模塊包括聲音探頭、駐極體電容傳聲器和供電電路，聲音探頭固定于 箱體的底部，緊貼放置的桌面或者物體，聲音探頭與駐極體電容傳聲器相連，供電電路為駐 極體電容傳聲器提供電源;所述聲音探頭將采集的音頻信息傳遞到駐極體電容傳聲器，駐 極體電容傳聲器將音頻信號轉(zhuǎn)化為電信號，經(jīng)過信號放大模塊進(jìn)行放大，經(jīng)由第一通信模 塊發(fā)送到監(jiān)護(hù)服務(wù)端。
[0008] 所述監(jiān)護(hù)服務(wù)端包括第二通信模塊和數(shù)據(jù)分析模塊，所述第二通信模塊與第一通 信模塊進(jìn)行通信，所述數(shù)據(jù)分析模塊接收音頻信號采集裝置采集的音頻信號，通過能量比 定位方法對聲源進(jìn)行定位，從而實(shí)現(xiàn)人心音信號的定位。所述能量比定位方法利用不同位 置音頻信號采集裝置采集信號的能量差異來估計(jì)聲源的位置，具體如下：
[0009] 假設(shè)音頻信號采集裝置X1在床的三維模型中的坐標(biāo)為(Xl，yi， Zl)，聲源S的坐標(biāo)為 (x，y，Z)，根據(jù)能量隨傳播距離衰減的比例關(guān)系有表達(dá)式：
程，圓心坐標(biāo)C12 (u，V，w)和半徑R為：
[0010]
[0011] 故當(dāng)r辛1時(shí)，整理可知上式為球面方
[001
[0013] 故根據(jù)四個(gè)音頻信號采集裝置的窗口能量比即可確定被監(jiān)測者心音信號的三維 空間位置。
[0014] 進(jìn)一步地，所述聲音探頭為醫(yī)用聽診頭和橡膠軟管組成的一體結(jié)構(gòu)或麥克風(fēng)。
[0015] 進(jìn)一步地，所述數(shù)據(jù)分析模塊除定位功能外，還具有分析被監(jiān)測者心率的功能；心 率分析具體如下：
[0016] (1)音頻信號采集裝置采集到心音信號波形，發(fā)送給監(jiān)護(hù)服務(wù)端；
[0017] (2)監(jiān)護(hù)服務(wù)端采用計(jì)算歸一化平均香農(nóng)熵的方法提取出心音包絡(luò)線；
[0018] (3)門限的截取。所述門限的截取包括門限起點(diǎn)的定位、門限終點(diǎn)的定位、門限的 提取，具體為：
[0019] (3.1)門限起點(diǎn)的定位:根據(jù)包絡(luò)幅值設(shè)定2個(gè)軟閾值，即大閾值Thl和小閾值Th2。 對幅值大于Thl的包絡(luò)段，以Thl為基準(zhǔn)向前搜索，直到幅值小于Th2，此時(shí)的點(diǎn)為門限的起 點(diǎn)。所述門限的起點(diǎn)分為si的起點(diǎn)和s2的起點(diǎn)，在一個(gè)心音信號周期內(nèi)，存在兩次大振幅的 心音震蕩，對應(yīng)第一心音和第二心音，si的起點(diǎn)標(biāo)記于第一心音的門限起點(diǎn)，s2的起點(diǎn)標(biāo)記 于第二心音的門限起點(diǎn)。
[0020] (3.2)門限終點(diǎn)的定位:對幅值大于Thl的包絡(luò)段，以Thl的基準(zhǔn)向后搜索，直到幅 值小于Th2，此時(shí)的點(diǎn)為門限的終點(diǎn)。所述的門限的終點(diǎn)分為s 1的終點(diǎn)和s2的終點(diǎn)，在一個(gè) 心音信號周期內(nèi)，存在兩次大振幅的心音震蕩，對應(yīng)第一心音和第二心音，s 1的終點(diǎn)標(biāo)記于 第一心音的門限終點(diǎn)，s2的終點(diǎn)標(biāo)記于第二心音的門限終點(diǎn)。
[0021] (3.3)門限的提取:將起點(diǎn)和終點(diǎn)之間置1，終點(diǎn)到下一起點(diǎn)之間置0。
[0022] (4)根據(jù)相鄰的si起點(diǎn)標(biāo)志之間的時(shí)間間隔識別出一次心音活動(dòng)的完整周期，所 述的心音活動(dòng)完整周期包括第一心音Ss和第二心音ScU所述第一心音Ss對應(yīng)si起點(diǎn)標(biāo)志與 s 1終點(diǎn)標(biāo)志之間的時(shí)間間隔，所述第二心音Sd對應(yīng)s2起點(diǎn)標(biāo)志與s2終點(diǎn)標(biāo)志之間的時(shí)間間 隔，根據(jù)單位時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)心音活動(dòng)完整周期的次數(shù)確定人的心率。
[0023]進(jìn)一步地，該系統(tǒng)還包括警報(bào)模塊，所述的警報(bào)模塊與監(jiān)護(hù)服務(wù)端相連，當(dāng)監(jiān)護(hù)服 務(wù)端分析到心率超過給定的心率正常范圍時(shí)，則向警報(bào)模塊發(fā)送信息，啟動(dòng)警報(bào)模塊，發(fā)出 報(bào)警信息聲尋求附近的人的幫助，同時(shí)監(jiān)護(hù)服務(wù)端向監(jiān)護(hù)者發(fā)送報(bào)警信息，達(dá)到及時(shí)監(jiān)護(hù) 的效果。
[0024]進(jìn)一步地，所述監(jiān)護(hù)服務(wù)端還包括用戶界面模塊，顯示采集的實(shí)時(shí)心音信號、歷史 心音信號、當(dāng)前心率、歷史心率。
[0025]進(jìn)一步地，該系統(tǒng)還包括嵌于箱體表面的顯示屏模塊，顯示屏模塊與控制單元相 連，顯示音頻信號采集裝置采集的信號狀態(tài)。
[0026] 進(jìn)一步地，該系統(tǒng)還包括與監(jiān)護(hù)服務(wù)端相連的自動(dòng)充氣枕頭;對于被監(jiān)護(hù)者為嬰 兒的情況，當(dāng)嬰兒的心音信號出現(xiàn)異常時(shí)，監(jiān)護(hù)服務(wù)端發(fā)出信號，啟動(dòng)自動(dòng)充氣枕頭的充氣 功能，枕頭抬起，使嬰兒上半身傾斜一定角度，避免嬰兒因脖子和手臂沒有力量靠自己推開 壓住鼻、口室息物而引起的室息;對于被監(jiān)護(hù)者為呼吸道疾病患者的情況，當(dāng)被監(jiān)護(hù)者的心 音信號出現(xiàn)異常時(shí)，監(jiān)護(hù)服務(wù)端發(fā)出信號，啟動(dòng)自動(dòng)充氣枕頭的充氣功能，枕頭抬起，使被 監(jiān)護(hù)者上半身傾斜一定角度，避免被監(jiān)護(hù)者發(fā)生因呼吸道被息肉壓迫引起的室息。
[0027] -種利用上述系統(tǒng)進(jìn)行夜間心音監(jiān)控的方法，該方法包括以下步驟：
[0028] (1)安置音頻信號采集裝置。將η個(gè)(n>4)音頻信號采集裝置置于床的不同位置， 所有音頻信號采集裝置不能夠置于同一平面中，放置面必須平整，將裝置底部緊貼于放置 面，以便聲音能夠很好的傳遞。
[0029] (2)音頻信號的采集與傳輸。打開音頻信號采集裝置，開始接受被監(jiān)測者的音頻信 號，被觀測者的行為或動(dòng)作發(fā)出的音頻信號經(jīng)由空氣、地面?zhèn)鞑サ揭纛l信號采集裝置，通過 聲音探頭將采集的音頻信息傳遞到駐極體電容傳聲器，駐極體電容傳聲器將音頻信號轉(zhuǎn)化 為電信號，經(jīng)過信號放大模塊進(jìn)行放大，經(jīng)由第一通信模塊發(fā)送到監(jiān)護(hù)服務(wù)端。
[0030] (3)聲源定位。監(jiān)護(hù)服務(wù)端的數(shù)據(jù)分析模塊接收音頻信號采集裝置采集的音頻信 號，通過能量比定位方法對聲源進(jìn)行定位，從而實(shí)現(xiàn)被監(jiān)測者的睡眠監(jiān)護(hù)。所述能量比定位 方法利用不同位置音頻信號采集裝置采集信號的能量差異來估計(jì)聲源的位置，具體如下：
[0031] 假設(shè)音頻信號采集裝置乂:在床的三維模型中床的三維模型中的坐標(biāo)為（Xl，yi， Z1),聲源S的坐標(biāo)為(x，y，z)，根據(jù)能量隨傳播距離衰減的比例關(guān)系有表達(dá)式：
[0032]
[0033] ，故當(dāng)r辛1時(shí)，整理可知上式為球面方程， 圓心坐標(biāo)Cl2(U，v，w)和半徑R為：
[0034]
[0035] 故根據(jù)四個(gè)音頻信號采集裝置的窗口能量比即可確定被監(jiān)測者的三維空間位置。
[0036] 進(jìn)一步地，當(dāng)音頻信號采集裝置數(shù)量超過四個(gè)時(shí)，可采用以下不同的方式確定聲 源的位置：
[0037] a)任意選取四個(gè)音頻信號采集裝置，即共有< 種音頻信號采集裝置選擇方法;求 取每一種采集方法下的聲源信號的空間位置，求取< 各空間位置的平均值，以此作為最終 的聲源信號的位置；
[0038] b)任意選取四個(gè)音頻信號采集裝置，即共有<種音頻信號采集裝置選擇方法;求 取每一種采集方法下的聲源信號的空間位置，求取< 各空間位置的方均根，以此作為最終 的聲源信號的位置。
[0039]本發(fā)明的有益效果是：
[0040] 1、本發(fā)明系統(tǒng)及方法可對被檢測者的心音信號進(jìn)行定位，定位的歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在 監(jiān)護(hù)服務(wù)端，可反映被監(jiān)測者的睡眠習(xí)慣和翻身次數(shù)，從而為判斷睡眠質(zhì)量提供依據(jù)，且可 實(shí)現(xiàn)被監(jiān)護(hù)者的夜間實(shí)時(shí)監(jiān)護(hù)。
[0041] 2、本發(fā)明對被檢測者的監(jiān)護(hù)沒有手機(jī)等的輻射，除了心音定位外，還可以監(jiān)控嬰 兒室息或諸如打鼾者的危險(xiǎn)狀態(tài)。
[0042] 3、本發(fā)明系統(tǒng)對被監(jiān)測者的心音信號采集分析，確定被檢測者的當(dāng)前心率并存 儲(chǔ)，當(dāng)被監(jiān)測者的心率超過閾值時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)行警報(bào)。
[0043] 4、本發(fā)明通過設(shè)置自動(dòng)充氣枕頭，當(dāng)被監(jiān)測者的心音信號出現(xiàn)異常時(shí)，啟動(dòng)自動(dòng) 充氣枕頭的充氣功能，枕頭抬起，避免被監(jiān)護(hù)者室息的可能。
【附圖說明】
[0044] 圖1為基于夜間心音分析的醫(yī)療系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；
[0045] 圖2為音頻信號采集裝置的結(jié)構(gòu)框圖；
[0046] 圖3為實(shí)測的探頭能量衰減曲線；
[0047] 圖4為系統(tǒng)在四個(gè)音頻信號采集裝置下的定位實(shí)驗(yàn)結(jié)果；
[0048]圖5為數(shù)據(jù)處理模塊的心率分析功能原理圖；
[0049] 圖中，1為麥克風(fēng)模塊;2為警報(bào)模塊;3為控制單元;4為信號放大模塊;5為第一通 信模塊;6為顯示屏模塊。
【具體實(shí)施方式】
[0050] 下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0051] 如圖1、2所示，本發(fā)明提供一種基于夜間心音分析的醫(yī)療系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括4個(gè)音 頻信號采集裝置和監(jiān)護(hù)服務(wù)端。所述的音頻采集裝置包括箱體和置于箱體內(nèi)的第一通信模 塊5、控制單元3和信號放大模塊4;箱體的表面嵌有顯不屏模塊6和麥克風(fēng)模塊1;所述第一 通信模塊5、顯示屏模塊6均與控制單元3相連。麥克風(fēng)模塊1經(jīng)信號放大模塊4與控制單元3 相連。
[0052] 如圖2所示，所述麥克風(fēng)模塊1包括醫(yī)用聽診頭、橡膠軟管、駐極體電容傳聲器和供 電電路，醫(yī)用聽診頭固定于箱體的底部，緊貼于放置的桌面或者物體，與橡膠軟管相連，橡 膠軟管另一頭與駐極體電容傳聲器相連，供電電路為駐極體電容傳聲器提供電源;所述醫(yī) 用聽診頭采集音頻信息，經(jīng)由橡膠軟管將音頻信息傳遞到駐極體電容傳聲器，駐極體電容 傳聲器將音頻信號轉(zhuǎn)化為電信號，經(jīng)過信號放大模塊4進(jìn)行放大，經(jīng)由第一通信模塊5發(fā)送 到監(jiān)護(hù)服務(wù)端。
[0053]所述監(jiān)護(hù)服務(wù)端包括第二通信模塊和數(shù)據(jù)分析模塊，所述第二通信模塊與第一通 信模塊5進(jìn)行無線通信，所述數(shù)據(jù)分析模塊接收音頻信號采集裝置采集的音頻信號，通過能 量比定位方法對聲源進(jìn)行定位。所述能量比定位方法具體如下：
[0054]如圖3所示，在誤差允許的范圍內(nèi)，均勻介質(zhì)中聲波的球面?zhèn)鞑シ夏芰克p平方 反比定律。假設(shè)第i個(gè)咅頗信號采集裝置(i = l，2,3,4)接收的信號Xl(t)為：
[0055]
[0056]兵甲
戶源/1目虧，τ；73傳播延時(shí)，|(t)為加性高斯噪聲，di為第i個(gè)音頻信號采 集裝置到聲源的距離。由于室內(nèi)短距離傳播時(shí)延較低，在時(shí)間窗口 [0，W]內(nèi)忽略時(shí)延，在信 噪比較低時(shí)，如果忽略噪聲項(xiàng)，音頻信號采集裝置接收的能量E為：
[0057]
[0058] 可知在同時(shí)段內(nèi)，不同音頻信號采集裝置接受的信號能量與其醫(yī)用聽診頭和聲源 的距離平方成反比。基于此結(jié)論，可以利用不同位置采集信號的能量差異來估計(jì)聲源位置。
程，圓心坐標(biāo)Cl2(U，V，W)即和半徑R為：
[0059] 假設(shè)音頻信號采集裝置&(1 = 1，2,3.4)在房間的坐標(biāo)為(Xl，yi，Zl)，音源S的坐標(biāo) 為(x，y，z)，根據(jù)能暈隨傳播距離衰減的比例關(guān)系有表達(dá)式：
[0060]
[0061 ] 故當(dāng)r辛1時(shí)，整理可知上式為球面方
[0062]
[0063]
[0064]
[0065]
[0066] 故根據(jù)四個(gè)音頻信號采集裝置的窗口能量比可以確定聲源的三維空間位置，如附 圖4所示。
[0067] 所述數(shù)據(jù)分析模塊除定位功能外，還具有分析被監(jiān)測者心率的功能。所述數(shù)據(jù)分 析模塊的心率分析功能的原理為(如附圖5所示）：
[0068] (1)音頻信號采集裝置采集到心音信號波形，發(fā)送給監(jiān)護(hù)服務(wù)端；
[0069] (2)監(jiān)護(hù)服務(wù)端采用計(jì)算歸一化平均香農(nóng)熵的方法提取出心音包絡(luò)線；
[0070] (3)門限的截取。所述門限的截取包括門限起點(diǎn)的定位、門限終點(diǎn)的定位、門限的 提取，具體為：
[0071] (3.1)門限起點(diǎn)的定位:根據(jù)包絡(luò)幅值設(shè)定2個(gè)軟閾值，即大閾值Thl和小閾值Th2。 對幅值大于Thl的包絡(luò)段，以Thl為基準(zhǔn)向前搜索，直到幅值小于Th2，此時(shí)的點(diǎn)為門限的起 點(diǎn)。所述門限的起點(diǎn)分為si的起點(diǎn)和s2的起點(diǎn)，在一個(gè)心音信號周期內(nèi)，存在兩次大振幅的 心音震蕩，對應(yīng)第一心音和第二心音，si的起點(diǎn)標(biāo)記于第一心音的門限起點(diǎn)，s2的起點(diǎn)標(biāo)記 于第二心音的門限起點(diǎn)。
[0072] (3.2)門限終點(diǎn)的定位:對幅值大于Thl的包絡(luò)段，以Thl的基準(zhǔn)向后搜索，直到幅 值小于Th2，此時(shí)的點(diǎn)為門限的終點(diǎn)。所述的門限的終點(diǎn)分為s 1的終點(diǎn)和s2的終點(diǎn)，在一個(gè) 心音信號周期內(nèi)，存在兩次大振幅的心音震蕩，對應(yīng)第一心音和第二心音，s 1的終點(diǎn)標(biāo)記于 第一心音的門限終點(diǎn)，s2的終點(diǎn)標(biāo)記于第二心音的門限終點(diǎn)。
[0073] (3.3)門限的提取:將起點(diǎn)和終點(diǎn)之間置1，終點(diǎn)到下一起點(diǎn)之間置0。
[0074] (4)根據(jù)相鄰的si起點(diǎn)標(biāo)志之間的時(shí)間間隔識別出一次心音活動(dòng)的完整周期，所 述的心音活動(dòng)完整周期包括第一心音Ss和第二心音ScU所述第一心音Ss對應(yīng)si起點(diǎn)標(biāo)志與 s 1終點(diǎn)標(biāo)志之間的時(shí)間間隔，所述第二心音Sd對應(yīng)s2起點(diǎn)標(biāo)志與s2終點(diǎn)標(biāo)志之間的時(shí)間間 隔，根據(jù)單位時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)心音活動(dòng)完整周期的次數(shù)確定人的心率。
[0075]所述的監(jiān)護(hù)服務(wù)端還具有發(fā)出警報(bào)信息的功能。監(jiān)護(hù)服務(wù)端依據(jù)采集到的心率大 小，與給定的心率正常范圍進(jìn)行比較，當(dāng)心率超過了給定的心率正常方位時(shí)，則系統(tǒng)判斷出 現(xiàn)緊急情況，向警報(bào)模塊2發(fā)送信息，啟動(dòng)警報(bào)模塊2,發(fā)出報(bào)警聲尋求附近的人的幫助。
[0076]該系統(tǒng)還包括與監(jiān)護(hù)服務(wù)端相連的自動(dòng)充氣枕頭;對于被監(jiān)護(hù)者為嬰兒的情況， 當(dāng)嬰兒的心音信號出現(xiàn)異常時(shí)，監(jiān)護(hù)服務(wù)端發(fā)出信號，啟動(dòng)自動(dòng)充氣枕頭的充氣功能，枕頭 抬起，使嬰兒上半身傾斜一定角度，避免嬰兒因脖子和手臂沒有力量靠自己推開壓住鼻、口 室息物而引起的室息；對于被監(jiān)護(hù)者為呼吸道疾病患者的情況，當(dāng)被監(jiān)護(hù)者的心音信號出 現(xiàn)異常時(shí)，監(jiān)護(hù)服務(wù)端發(fā)出信號，啟動(dòng)自動(dòng)充氣枕頭的充氣功能，枕頭抬起，使被監(jiān)護(hù)者上 半身傾斜一定角度，避免被監(jiān)護(hù)者發(fā)生因呼吸道被息肉壓迫引起的室息。
[0077]該自動(dòng)充氣枕頭作用具體如下：1、對于嬰兒室息起到把壓在嬰兒上的枕頭支撐起 來，讓嬰兒避免室息的作用；2、對于打鼾者突然停止打鼾，且生命體征微弱或出現(xiàn)危機(jī)時(shí)， 自動(dòng)充氣枕頭會(huì)自動(dòng)充氣，把枕頭抬起使得打鼾者上半身傾斜一定角度，這樣造成室息的 息肉就會(huì)自動(dòng)調(diào)整到不擋住氣管的部位。
[0078]自動(dòng)充氣枕頭位于正常枕頭下部，同時(shí)面積比正常枕頭大，拓寬到脖子以下。自動(dòng) 充氣枕頭與監(jiān)護(hù)服務(wù)端形成閉環(huán)系統(tǒng)，監(jiān)護(hù)服務(wù)端識別到危險(xiǎn)信號時(shí)，啟動(dòng)自動(dòng)充氣枕頭 的氣栗，使其充氣，從而避免危險(xiǎn)。
[0079] 本發(fā)明還提供一種基利用上述系統(tǒng)進(jìn)行夜間心音監(jiān)控的方法，該方法包括以下步 驟：
[0080] (1)安置音頻信號采集裝置。將η個(gè)(n>4)音頻信號采集裝置置于床的不同位置， 所有音頻信號采集裝置不能夠置于同一平面中，放置面必須平整，將裝置底部緊貼于放置 面，以便聲音能夠很好的傳遞。
[0081] (2)音頻信號的采集與傳輸。打開音頻信號采集裝置，開始接受被監(jiān)測者的音頻信 號，被觀測者的行為或動(dòng)作發(fā)出的音頻信號經(jīng)由空氣、地面?zhèn)鞑サ揭纛l信號采集裝置，通過 醫(yī)用聽診頭采集音頻信息，經(jīng)由橡膠軟管將音頻信息傳遞到駐極體電容傳聲器，駐極體電 容傳聲器將音頻信號轉(zhuǎn)化為電信號，經(jīng)過信號放大模塊進(jìn)行放大，經(jīng)由第一通信模塊發(fā)送 到監(jiān)護(hù)服務(wù)端。
[0082] (3)聲源定位。監(jiān)護(hù)服務(wù)端的數(shù)據(jù)分析模塊接收音頻信號采集裝置采集的音頻信 號，通過能量比定位方法對聲源進(jìn)行定位。所述能量比定位方法具體如下：
[0083] 在均勻介質(zhì)中聲波的球面?zhèn)鞑シ夏芰克p平方反比定律。假設(shè)第i個(gè)音頻信號 采集裝胄接A々彳言另^ (t)為.
[0084]
[0085] 其中s(t)為聲源信號，τ為傳播延時(shí)，|(t)為加性高斯噪聲，di為第i個(gè)音頻信號采 集裝置到聲源的距離。由于室內(nèi)短距離傳播時(shí)延較低，在時(shí)間窗口 [0，W]內(nèi)忽略時(shí)延，在信 噪比較低時(shí)，如果忽略噪聲項(xiàng)，音頻信號采集裝置接收的能量E為：
[0086]
[0087]可知在同時(shí)段內(nèi)，不同音頻信號采集裝置接受的信號能量與其醫(yī)用聽診頭和聲源 的距離平方成反比。基于此結(jié)論，可以利用不同位置采集信號的能量差異來估計(jì)聲源位置。 [0088]假設(shè)音頻信號采集裝置X 1在床的三維模型中的坐標(biāo)為(Xl，yi，Zl)，聲源S的坐標(biāo)為 (x，y，z)，根據(jù)能量隨傳播距離衰減的比例關(guān)系有表達(dá)式：
[0089]
[0090] ，故當(dāng)r辛1時(shí)，整理可知上式為球面 方程，圓心坐標(biāo)Ci2(u，v，w)和半徑R為：
[009
[0092」故根據(jù)四個(gè)音頻信號采集裝置的窗口能量比即可確定被監(jiān)測者的三維空間位置。 當(dāng)音頻信號采集裝置數(shù)量超過四個(gè)時(shí)，可采用一下不同的方式確定聲源的位置：
[0093] a)任意選取四個(gè)音頻信號采集裝置，即共有C種音頻信號采集裝置選擇方法;求 取每一種采集方法下的聲源信號的空間位置，求取< 各空間位置的平均值，以此作為最終 的聲源信號的位置；
[0094] b)任意選取四個(gè)音頻信號采集裝置，即共有<種音頻信號采集裝置選擇方法;求 取每一種采集方法下的聲源信號的空間位置，求取C各空間位置的方均根，以此作為最終 的聲源信號的位置。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于夜間心音分析的醫(yī)療系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括若干音頻信號采集裝 置和監(jiān)護(hù)服務(wù)端。所述音頻信號采集裝置置于床的不同位置，所有音頻信號采集裝置不能 夠置于同一平面中，將裝置底部緊貼于放置面，放置面平整。 所述音頻信號采集裝置包括箱體和置于箱體內(nèi)的第一通信模塊、控制單元和信號放大 模塊;箱體的表面嵌有麥克風(fēng)模塊;所述第一通信模塊與控制單元相連。麥克風(fēng)模塊經(jīng)信號 放大模塊與控制單元相連。 所述麥克風(fēng)模塊包括聲音探頭、駐極體電容傳聲器和供電電路，聲音探頭固定于箱體 的底部，緊貼放置的桌面或者物體，聲音探頭與駐極體電容傳聲器相連，供電電路為駐極體 電容傳聲器提供電源;所述聲音探頭將采集的音頻信息傳遞到駐極體電容傳聲器，駐極體 電容傳聲器將音頻信號轉(zhuǎn)化為電信號，經(jīng)過信號放大模塊進(jìn)行放大，經(jīng)由第一通信模塊發(fā) 送到監(jiān)護(hù)服務(wù)端。 所述監(jiān)護(hù)服務(wù)端包括第二通信模塊和數(shù)據(jù)分析模塊，所述第二通信模塊與第一通信模 塊進(jìn)行通信，所述數(shù)據(jù)分析模塊接收音頻信號采集裝置采集的音頻信號，通過能量比定位 方法對聲源進(jìn)行定位，從而實(shí)現(xiàn)人心音信號的定位。所述能量比定位方法利用不同位置音 頻信號采集裝置采集信號的能量差異來估計(jì)聲源的位置，具體如下： 假設(shè)音頻信號采集裝置Xi在床的三維模型中的坐標(biāo)為(Xl，yi，Zl)，聲源S的坐標(biāo)為(x，y， z)，根據(jù)能量隨傳播距離衰減的比例關(guān)系有表達(dá)式：4，故當(dāng):r辛1時(shí)，整理可知上式為球面方程，圓 心坐標(biāo)Ci2(u，v，w)和半徑R為：故根據(jù)四個(gè)音頻信號采集裝置的窗口能量比即可確定被監(jiān)測者心音信號的三維空間 位置。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于夜間心音分析的醫(yī)療系統(tǒng)，其特征在于，所述聲音探 頭為醫(yī)用聽診頭和橡膠軟管組成的一體結(jié)構(gòu)或麥克風(fēng)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于夜間心音分析的醫(yī)療系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)分 析模塊除定位功能外，還具有分析被監(jiān)測者心率的功能;心率分析具體如下： (1) 音頻信號采集裝置采集到心音信號波形，發(fā)送給監(jiān)護(hù)服務(wù)端； (2) 監(jiān)護(hù)服務(wù)端采用計(jì)算歸一化平均香農(nóng)熵的方法提取出心音包絡(luò)線； (3) 門限的截取。所述門限的截取包括門限起點(diǎn)的定位、門限終點(diǎn)的定位、門限的提取， 具體為： (3.1) 門限起點(diǎn)的定位:根據(jù)包絡(luò)幅值設(shè)定2個(gè)軟閾值，即大閾值Th 1和小閾值Th2。對幅 值大于Th 1的包絡(luò)段，以Th 1為基準(zhǔn)向前搜索，直到幅值小于Th2，此時(shí)的點(diǎn)為門限的起點(diǎn)。所 述門限的起點(diǎn)分為si的起點(diǎn)和s2的起點(diǎn)，在一個(gè)心音信號周期內(nèi)，存在兩次大振幅的心音 震蕩，對應(yīng)第一心音和第二心音，si的起點(diǎn)標(biāo)記于第一心音的門限起點(diǎn)，s2的起點(diǎn)標(biāo)記于第 二心音的門限起點(diǎn)。 (3.2) 門限終點(diǎn)的定位:對幅值大于Thl的包絡(luò)段，以Thl的基準(zhǔn)向后搜索，直到幅值小 于Th2,此時(shí)的點(diǎn)為門限的終點(diǎn)。所述的門限的終點(diǎn)分為si的終點(diǎn)和s2的終點(diǎn)，在一個(gè)心音 信號周期內(nèi)，存在兩次大振幅的心音震蕩，對應(yīng)第一心音和第二心音，si的終點(diǎn)標(biāo)記于第一 心音的門限終點(diǎn)，s2的終點(diǎn)標(biāo)記于第二心音的門限終點(diǎn)。 (3.3) 門限的提取:將起點(diǎn)和終點(diǎn)之間置1，終點(diǎn)到下一起點(diǎn)之間置0。 (4)根據(jù)相鄰的si起點(diǎn)標(biāo)志之間的時(shí)間間隔識別出一次心音活動(dòng)的完整周期，所述的 心音活動(dòng)完整周期包括第一心音Ss和第二心音Sd，所述第一心音Ss對應(yīng)si起點(diǎn)標(biāo)志與si終 點(diǎn)標(biāo)志之間的時(shí)間間隔，所述第二心音Sd對應(yīng)s2起點(diǎn)標(biāo)志與s2終點(diǎn)標(biāo)志之間的時(shí)間間隔， 根據(jù)單位時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)心音活動(dòng)完整周期的次數(shù)確定人的心率。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于夜間心音分析的醫(yī)療系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)還包 括警報(bào)模塊，所述的警報(bào)模塊與監(jiān)護(hù)服務(wù)端相連，當(dāng)監(jiān)護(hù)服務(wù)端分析到心率超過給定的心 率正常范圍時(shí)，則向警報(bào)模塊發(fā)送信息，啟動(dòng)警報(bào)模塊，發(fā)出報(bào)警信息聲尋求附近的人的幫 助，同時(shí)監(jiān)護(hù)服務(wù)端向監(jiān)護(hù)者發(fā)送報(bào)警信息，達(dá)到及時(shí)監(jiān)護(hù)的效果。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于夜間心音分析的醫(yī)療系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)還包 括與監(jiān)護(hù)服務(wù)端相連的自動(dòng)充氣枕頭;對于被監(jiān)護(hù)者為嬰兒的情況，當(dāng)嬰兒的心音信號出 現(xiàn)異常時(shí)，監(jiān)護(hù)服務(wù)端發(fā)出信號，啟動(dòng)自動(dòng)充氣枕頭的充氣功能，枕頭抬起，使嬰兒上半身 傾斜一定角度，避免嬰兒因脖子和手臂沒有力量靠自己推開壓住鼻、口室息物而引起的室 息;對于被監(jiān)護(hù)者為呼吸道疾病患者的情況，當(dāng)被監(jiān)護(hù)者的心音信號出現(xiàn)異常時(shí)，監(jiān)護(hù)服務(wù) 端發(fā)出信號，啟動(dòng)自動(dòng)充氣枕頭的充氣功能，枕頭抬起，使被監(jiān)護(hù)者上半身傾斜一定角度， 避免被監(jiān)護(hù)者發(fā)生因呼吸道被息肉壓迫引起的室息。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于夜間心音分析的醫(yī)療系統(tǒng)，其特征在于，所述監(jiān)護(hù)服 務(wù)端還包括用戶界面模塊，顯示采集的實(shí)時(shí)心音信號、歷史心音信號、當(dāng)前心率、歷史心率。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于夜間心音分析的醫(yī)療系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)還包 括嵌于箱體表面的顯示屏模塊，顯示屏模塊與控制單元相連，顯示音頻信號采集裝置采集 的信號狀態(tài)。8. -種利用權(quán)利要求1所述系統(tǒng)進(jìn)行夜間心音監(jiān)控的方法，其特征在于，該方法包括以 下步驟： (1) 安置音頻信號采集裝置。將η個(gè)(n>4)音頻信號采集裝置置于床的不同位置，所有 音頻信號采集裝置不能夠置于同一平面中，放置面必須平整，將裝置底部緊貼于放置面，以 便聲音能夠很好的傳遞。 (2) 音頻信號的采集與傳輸。打開音頻信號采集裝置，開始接受被監(jiān)測者的音頻信號， 被觀測者的行為或動(dòng)作發(fā)出的音頻信號經(jīng)由空氣、地面?zhèn)鞑サ揭纛l信號采集裝置，通過聲 音探頭將采集的音頻信息傳遞到駐極體電容傳聲器，駐極體電容傳聲器將音頻信號轉(zhuǎn)化為 電信號，經(jīng)過信號放大模塊進(jìn)行放大，經(jīng)由第一通信模塊發(fā)送到監(jiān)護(hù)服務(wù)端。 (3)聲源定位。監(jiān)護(hù)服務(wù)端的數(shù)據(jù)分析模塊接收音頻信號采集裝置采集的音頻信號，通 過能量比定位方法對聲源進(jìn)行定位，從而實(shí)現(xiàn)被監(jiān)測者的睡眠監(jiān)護(hù)。所述能量比定位方法 利用不同位置音頻信號采集裝置采集信號的能量差異來估計(jì)聲源的位置，具體如下： 假設(shè)音頻信號采集裝置Xi在床的三維模型中床的三維模型中的坐標(biāo)為(xi，yi，zi)，聲源 S的坐標(biāo)為(x，y，z)，根據(jù)能量隨傳播距離衰減的比例關(guān)系有表達(dá)式：Ui 4f，故當(dāng):r辛1時(shí)，整理可知上式為球面方程，圓心 坐標(biāo)Ci2(u，v，w)和半徑R為：故根據(jù)四個(gè)音頻信號采集裝置的窗口能量比即可確定被監(jiān)測者的三維空間位置。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，當(dāng)音頻信號采集裝置數(shù)量超過四個(gè)時(shí)，可 采用以下不同的方式確定聲源的位置： a) 任意選取四個(gè)音頻信號采集裝置，即共有< 種音頻信號采集裝置選擇方法;求取每一 種采集方法下的聲源信號的空間位置，求取G各空間位置的平均值，以此作為最終的聲源 信號的位置； b) 任意選取四個(gè)音頻信號采集裝置，即共有g(shù)種音頻信號采集裝置選擇方法;求取每一 種采集方法下的聲源信號的空間位置，求取G各空間位置的方均根，以此作為最終的聲源 信號的位置。
【文檔編號】A61F5/56GK105943078SQ201610352656
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年5月25日
【發(fā)明人】姚青青, 林曉鑫, 呂誠聰, 孟濬
【申請人】浙江大學(xué)