本发明专利技术涉及一种基于听诊音频谱分析的多功能数字式听诊器电路，该听诊器的内部设有基于ＣＭＯＳ技术的硅麦克风传感器；该传感器可将人体各器官所发出的各种声音转换成相应的电平信号，再经过运算放大、滤波器抗混叠、模数转换将信号送入ＡＳＩＣ进行数字信号处理。其中数字信号处理部分的特征在于：包括针对不同人体器官频谱的ＦＩＲ滤波器单元、系统主控制单元、ＦＦＴ运算单元、频谱筛选核心运算单元、数据通信单元等逻辑单元，最终通过耳机接口、ＵＡＲＴ或ＶＧＡ，医生可经由耳机听取音频或由所接的显示器显示频谱来进行听诊，可方便地记录、评价和保存诊断结果；同时可结合物联网技术构建实现远距在宅听诊、远距多方会诊、建立全民的人体器官音频频谱库等数字医疗解决方案。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种基于听诊音频谱分析的多功能数字式听诊器电路，属于数字医 疗器械和设备系统领域。
技术介绍
自1816年法国医师林奈克专利技术听诊器以来，在过去近200年中，它一直是现代 医学诊治的一个重要检测设备。挂着听诊器的医生形象出现在手册、广告、画报等各种 媒体资料上，已成为最深入人心的代表医学、医疗、医生的文化符号。学习使用听诊 器，并利用其辅助判诊气管炎、肺炎、胸腔积液等疾病，曾是学医者的一项重要必修技 术。然而，随着医疗科技手段的进步，现在的医生却越来越不重视这种传统的医疗器 械。医生即使行使听诊，也往往只是简单地、甚至象征性地在病人身体前面听一下，后 面听一下，就草草结束了，使得听诊器更像是挂在医生脖子上的一个装饰品。造成这种现象的原因是多方面的。一方面，通过传统听诊器进行常规检测可能 会有一定的诊断误差。随着医疗官司和纠纷的日益增加，医生更倾向于让患者花较多的 费用去进行各种电子、化学检测，用当代先进医疗设备来消灭误诊。另一方面，很多患 者在心理上也逐渐依赖CT、B超、心电图、抽血化验、X光透视等相对复杂的检测手 段，生怕少检查一样会导致诊断发生偏差。然而实际上，医学界人士也认为，除了某些 重病或疑难杂症，大部分疾病并没有必要动用昂贵而费时的CT和核磁共振等大型设备。对传统听诊器的不重视，另一个很重要的原因是它不能生成详细科学的数据报 告，医生凭经验听得不确定，患者看不到具体的数据报告，医患双方渐渐地都对这种 看上去很简单的听诊抱以怀疑的态度，最后索性还是求助CT、核磁共振等手段，医生本专利设计的是一种基于听诊音频谱分析的多功能数字式听诊器，着重从听诊 音频率的角度出发，精确定量分析听诊音频谱，从而给出科学的听诊预判。以喘鸣音为 例喘鸣音为持续时间大于250 ms的连续性声音。在发作期哮喘中，由于支气管可逆性 痉挛导致喘鸣音的产生。研究结果表明，发作期哮喘的呼吸音频率增高，强度也增大， 但缓解期与正常对照无差别，这与其病理生理特点相符。其他的器官同样存在类似的现 象。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服传统听诊器无法适应现代医疗的现状，提供一种基于听诊 音频谱分析的多功能数字式听诊器电路，通过生成并分析听诊音的频谱，利用液晶显示 器等数据输出终端显示详细的频谱分析结果，以达到辅助听诊的功能。采用这种电路的 听诊器不仅可为医生诊断提供了便利，方便听诊技术的教学培训，而且可显著提高听诊 的正确率。按照本专利技术提供的技术方案，所述基于听诊音频谱分析的多功能数字式听诊器 电路包括音频信号采样端，通过基于MEMS技术的硅麦克风传感器采集人体器官音频 信号；模拟信号处理模块，连接至所述音频信号采样端，并通过运算放大、低通滤波、 模数转换生成数字信号；数字信号处理单元，使用流水线的方式处理经模拟信号处理模 块转换过来的数字信号，根据听诊部位配置滤波系数，进行音频频谱分析，生成听诊音 的特征频谱，并通过数据接收终端输出详细频谱分析结果；所述数字信号处理单元为专 用集成电路。所述硅麦克风传感器内置于听诊头中，硅麦克风传感器下方与听诊头之间垫有 一个塑料片，硅麦克风传感器的电源及数据线通过听诊器的皮管引出。所述模拟信号处理模块包括硅麦克风传感器的信号输出端通过第一电容和第 一电阻连接运算放大器的“ + ”输入端；运算放大器的“一”输入端接参考电压；运算 放大器的“ + ”输入端和运算放大器输出端之间接第四电阻；运算放大器的输出端连接 第二电阻的一端，第二电阻另一端通过第二电容接地，并连接模数转换器的输入端，将 采集的模拟信号传入模数转换器中，生成对应的8位数字信号，通过数据总线将该8位数 字信号传给所述专用集成电路。所述专用集成电路包括数字滤波处理单元、FFT核心运算单元、系统主状态控 制单元、频谱筛选核心运算单元、数据发送单元；数字滤波处理单元的输入端同模拟数 字转换器相连接，输出连接至FFT核心运算单元，频谱筛选核心运算单元的输入连接 至FFT核心运算单元，输出连接至数据发送单元，数据发送单元的输出连接至外部的数 据接收终端；系统主状态控制单元输出端口同所述数字滤波处理单元、FFT核心运算单 元、频谱筛选核心运算单元、数据发送单元的控制端口相连接。所述数字滤波处理单元通过不同模式的配置，针对所听诊的人体器官部位修改 FIR滤波系数，所述数字滤波处理单元包括相互连接的模式选择单元和FIR滤波器，FIR 滤波器的数据接收端同模拟数字转换器的输出连接，FIR滤波器的控制端口同系统主状态 控制单元连接，在系统主状态为处理状态时，输出相应音频滤波结果。所述FFT核心运算单元包括FFT运算模块和复数取模模块；FFT运算模块 实部输入端口和FIR滤波器的的输出相连，虚部输入端口接地，其他控制端口同系统主 状态控制单元相连，FFT运算模块实部输出端、虚部输出端和输出使能端分别连接到复 数取模模块进行进一步的运算处理，并通过输出读信号控制频谱筛选核心运算单元的写 入。所述频谱筛选核心运算单元根据不同的模式，按照不同的方式处理FFT核心 运算单元的频谱数据，频谱筛选核心运算单元包括主从两片随机存取存储器模块和独立 的核心筛选模块；核心筛选模块的数据输入端同复数取模模块的数据输出端相连接，核 心筛选模块的控制单元的写控制端口同样连接至复数取模模块的写有效端口；当复数取 模模块开始读出数据的时候，核心筛选模块便能及时响应该输出数据；在核心筛选模块 中，设置的参考变量包括最大幅值、最大频率、特征频段频谱功率、特征频谱中频谱区 间的四等分值，进行频谱筛选，决定是否将当前频谱保存至主随机存取存储器中；当系 统状态跳变为发射状态时，主随机存取存储器开始向片外发送数据。所述数据发送单元包括使用通用异步接收/发送模块生成请求发送的信号并连接至RS232接口的请求发送管脚，同时接收RS232接口的允许发送管脚后，通过通用 异步接收/发送模块的输出管脚连接至RS232接口的发送数据管脚，将分析好存储在主随 机存取存储器中的频谱数据发送给数据接收终端。所述系统主状态控制单元将系统分为三种系统状态空闲、处理、发射，并使 用内部延时技术控制ASIC专用集成电路系统内部各个子模块的包括复位、使能、开始 的控制信号协调工作；当系统复位后系统处于空闲状态；当系统处于空闲状态同时使能 端为高电平，系统跳转为处理状态；当系统处于处理状态且采样时间超过了系统定义的 时间，系统自动停止采样转而跳转为发射状态，开始发送已经处理完毕的频谱数据；发 送结束后系统自动跳转为空闲状态；系统主状态控制单元还连接至外部的模拟数字转换ο所述数据接收终端与数字信号处理单元之间的数据传输方式包括以下一种或多 种USB接口、显示器接口、耳机接口、无线射频发射、RS232串口电路。本专利技术的优点是该专利技术根据听诊音频谱筛选分析，从而得到详细科学的听诊 音频谱分析结果，一改传统听诊器单纯依靠医生听觉和个人经验进行诊断的状况，医生 和病人都可得到准确而又直观的听诊结果，既方便了临床诊断，又方便了听诊技术的教 学；同时该听诊器还可针对人体三个不同的部位(心、肺、肠道)进行独立的数字滤波 去噪，显著提高了听诊器抗干扰的能力。附图说明图1是本专利技术系统结构框图。图2是前端模拟信号处理电路原理图。图本文档来自技高网...
【技术保护点】
基于听诊音频谱分析的多功能数字式听诊器电路，其特征是包括：音频信号采样端，通过基于ＭＥＭＳ技术的硅麦克风传感器采集人体器官音频信号；模拟信号处理模块，连接至所述音频信号采样端，并通过运算放大、低通滤波、模数转换生成数字信号；数字信号处理单元，使用流水线的方式处理经模拟信号处理模块转换过来的数字信号，根据听诊部位配置滤波系数，进行音频频谱分析，生成听诊音的特征频谱，并通过数据接收终端输出详细频谱分析结果；所述数字信号处理单元为专用集成电路。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：徐子轩，谷畅霞，顾晓峰，吴滨，梁海莲，吴锡生，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：32
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