CN105662459A - 可穿戴式肺音检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可穿戴式肺音检测装置，包括声电转换传感器和软塑料吸盘，声电转换传感器安装在肺音采集电路板上，肺音采集电路板安装在壳体中，声电转换传感器的正面延伸出壳体，进入安装在壳体上的软塑料吸盘的内腔中，肺音采集电路板上设有微处理器、肺音信号处理模块、A/D采样模块和电源模块，声电转换传感器用于将采集的肺音信号传递给肺音信号处理模块，肺音信号处理模块用于将采集的肺音信号进行放大滤波后传递给A/D采样模块，A/D采样模块对预处理的肺音信号进行A/D采样并将采样的数字肺音信号保存为音频文件，微处理器通过无线传输模块与智能终端进行通讯。其可以准确地进行数字化肺音采集，且实现了肺音采集装置的可穿戴。

Description

可穿戴式肺音检测装置

技术领域

本发明涉及肺音检测领域，特别涉及一种可穿戴式肺音检测装置。

背景技术

肺音信号的数字化采集、分析、识别在临床上具有重要的研究价值，传统的听诊器等检测工具具有分辨率低、频率响应范围窄，同时受到医生区分不同的肺音模式的经验和能力等影响，且无法定量测量造成不易记录、存储，更不可以对肺音进行纵向和横向客观比较，长期监测肺音与其他生理信号的相关性也很困难。数字化肺音采集及分析识别方法克服了许多简单听诊器的局限性，不但可以量化肺音的变化,而且测量结果可以永久记录及实时图形表示,以此帮助医生诊断和管理患者的胸部疾病，所以近年来关于肺音数字化采集与分析研究明显增加。但是,目前对于肺音分析应用于临床还缺乏实践指导，所以，数字化肺音分析技术有着重要的临床研究意义。

目前，存在的无线听诊器只是利用蓝牙等无线传输装置将采集的肺音发送出去，其结构比较简单粗糙，更不可以实现可穿戴式佩带。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提供一种可穿戴式肺音检测装置，其可以准确地进行数字化肺音采集，且实现了肺音采集装置的可穿戴。

本发明的目的是采用下述方案实现的：一种可穿戴式肺音检测装置，包括声电转换传感器和软塑料吸盘，所述声电转换传感器安装在肺音采集电路板上，所述肺音采集电路板安装在壳体中，所述声电转换传感器的正面延伸出壳体，进入安装在壳体上的软塑料吸盘的内腔中，所述肺音采集电路板上设有微处理器、肺音信号处理模块、A/D采样模块和电源模块，所述电源模块用于给整个装置供电，所述声电转换传感器用于采集肺音信号，并将采集的肺音信号传递给肺音信号处理模块，所述肺音信号处理模块用于将采集的肺音信号进行放大滤波预处理后传递给A/D采样模块，所述微处理器用于控制A/D采样模块对预处理的肺音信号进行A/D采样并将采样的数字肺音信号保存为音频文件，所述微处理器通过无线传输模块与智能终端进行通讯，将音频文件无线传输给智能终端，所述智能终端用于将采集的肺音信号波形实时显示、分析、处理，并将音频文件存储于存储卡上。软塑料吸盘与壳体可以采用粘接固定。

所述智能终端内设有肺音信号分析模块，所述肺音信号分析模块用于接收医生的手动输入指令信号，对肺音信号进行时频域分析，并对肺音信号波形及时频谱图进行显示。所述智能终端具有音频播放功能和波形显示功能。肺音信号分析模块包括短时傅里叶变换功能模块、小波变换功能模块及希尔伯特黄变换功能模块，当然还可根据实际需要在肺音信号分析模块中设置其他波形变换模块。肺音信号分析模块是智能终端上APP软件的一个功能模块，当智能终端收到.WAV文件时候，这个APP可以实现.WAV文件播放、波形显示，同时选择肺音信号分析模块中的短时傅立叶变换、小波变换及希尔伯特黄变换三种变换中的一种实现对其波形变换，根据哪种变换更能凸显信号的特征值选择变换类型。

所述肺音采集电路板上还设有D/A转换模块、音频功放电路和扬声器，所述智能终端用于输出指令信号经无线传输模块传递给微处理器，所述微处理器用于接收智能终端的指令信号，并控制D/A转换模块将数字肺音信号进行D/A处理后传递给音频功放电路，所述音频功放电路用于将D/A处理后的肺音信号进行功率放大后驱动扬声器，所述微处理器用于控制音频功放电路的放大增益，从而实现扬声器播放音量大小的控制。

所述无线传输模块采用蓝牙无线传输模块。

所述肺音信号处理模块包括二阶有源高通滤波电路、二阶有源低通滤波电路和后级放大电路，所述二阶有源高通滤波电路的输入端与声电转换传感器连接，所述二阶有源高通滤波电路的输出端与二阶有源低通滤波电路的输入端连接，所述二阶有源低通滤波电路的输出端与后级放大电路的输入端连接，所述后级放大电路的输出端与A/D采样模块连接。

所述声电转换传感器采用驻极体电容式传声器。

所述壳体背面固定有夹子。

所述软塑料吸盘内侧内嵌有用于安装纽扣式电极片的安装底座。

所述智能终端用于将保存的音频文件上传给PC机，可以进行肺音信号的后续分析，采用PC机作为肺音信号波形显示和数据处理的控制器，方便医生进行病情发展及治疗进展的研究。

所述智能终端可以采用手机、平板等。

本发明具有的优点是：由于本可穿戴式肺音检测装置，包括声电转换传感器和软塑料吸盘，所述声电转换传感器安装在肺音采集电路板上，所述肺音采集电路板安装在壳体中，所述声电转换传感器的正面延伸出壳体，进入安装在壳体上的软塑料吸盘的内腔中，通过吸盘固定与人体胸腔前，这样有效的保证了肺音信号的采集，同时又避免一部分环境干扰噪声的引入，而且实现了肺音采集装置的可穿戴。其整个装置的横截面积只有电极片般大小，佩带十分快捷轻便，不会对患者造成任何的束缚。另外，在其整个装置底部安装了简易的夹子，可以使肺音采集装置在整个测量过程中更加牢固地固定。

本可穿戴式肺音检测装置采集的肺音信号可以通过手机等智能终端APP控制选择肺音检测装置上微型扬声器进行播放或者通过手机等智能终端进行播放。同时肺音采集的肺音信号波形可以在手机等智能终端APP上实时显示、分析、处理等，且可以保存为.WAV文件存储于手机的存储卡上。

本可穿戴式肺音检测装置保存在手机存储卡上的.WAV文件可以上传到PC机，方便肺音信号的后续分析，采用PC机作为肺音信号波形显示和数据处理的装置，方便医生进行病情发展及治疗进展的研究。

本可穿戴式肺音检测装置将采集的肺音信号直接利用蓝牙等无线传输，有限避免了医患直接的直接或间接的接触，甚至可以实现医患之间在不同的房间进行测量，减少了医患之间的心理负担。且不同患者测量之后，方便装置的消菌消毒处理。

本可穿戴式肺音检测装置的软塑料吸盘内预留个纽扣式电极的安装底座，其四周内嵌在软塑料吸盘内且无缝连接，一方面保证了软体塑料吸盘的吸引力，另一方面对于体重特殊的患者（例如极瘦患者），当吸盘吸引力不足时候，可以借助于纽扣式电极片黏贴与人体。

本可穿戴式肺音检测装置除了应用于普通的临床应用外，还可以应用于大规模人群的肺功能检测，例如学生新入学体检中的肺功能检测，且可以适用于家庭肺功能健康检测等。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1的俯视图；

图3为本发明的电路原理框图；

图4为本发明的肺音信号处理模块的电路图。

附图中，1为声电转换传感器，2为肺音采集电路板，3为软塑料吸盘，4为夹子，5为安装底座，6为壳体。

具体实施方式

参见图1至图4，一种可穿戴式肺音检测装置，包括声电转换传感器1和软塑料吸盘3，所述声电转换传感器1安装在肺音采集电路板2上，所述肺音采集电路板安装在壳体6中，所述声电转换传感器的正面延伸出壳体，进入安装在壳体上的软塑料吸盘的内腔中，通过吸盘固定与人体胸腔前，这样有效的保证了肺音信号的采集，同时又避免一部分环境干扰噪声的引入，而且实现了肺音采集装置的可穿戴。其整个装置的横截面积只有电极片般大小，佩带十分快捷轻便，不会对患者造成任何的束缚。所述壳体背面固定有夹子4，可以夹住衣服等使肺音采集装置在整个测量过程中更加牢固地固定。所述软塑料吸盘内侧内嵌有用于安装纽扣式电极片的安装底座5，其四周内嵌在软塑料吸盘内且无缝连接，一方面保证了软体塑料吸盘的吸引力，另一方面对于体重特殊的患者（极瘦），当吸盘吸引力不足时候，可以借助于纽扣式电极片黏贴与人体。需要使用纽扣式电极片时，将纽扣式电极片的底部扣在吸盘上的安装底座的凹槽中即可。本实施例的所述声电转换传感器采用驻极体电容式传声器，该传感器对音频信号具有响应频率范围广，产生的电信号稳定，抗干扰能力强等特点。

所述肺音采集电路板上设有微处理器、肺音信号处理模块、A/D采样模块和电源模块，所述电源模块用于给整个装置供电。本可穿戴式肺音检测装置的电源电路向整个监测器的元器件提供稳定电压。本装置采用纽扣电池供电，其充电接口采用USB接口，同时为了避免模拟信号与数字信号之间的相互干扰，所以采用两块TPS73733芯片可提供两路3.3V直流电压，分别供系统的数字和模拟电路部分使用。

所述声电转换传感器用于采集肺音信号，并将采集的肺音信号传递给肺音信号处理模块，所述肺音信号处理模块用于将采集的肺音信号进行放大滤波预处理后传递给A/D采样模块，所述微处理器用于控制A/D采样模块对预处理的肺音信号进行A/D采样并将采样的数字肺音信号保存为音频文件。所述微处理器通过无线传输模块与智能终端进行通讯，将音频文件无线传输给智能终端。所述智能终端用于将采集的肺音信号波形实时显示、分析、处理，并将音频文件存储于存储卡上。所述智能终端内设有肺音信号分析模块，所述肺音信号分析模块用于接收指令信号，对肺音信号进行时频域分析，并对肺音信号波形及时频谱图进行显示。所述智能终端具有音频播放功能，可以播放音频文件。肺音信号分析模块包含了短时傅里叶变换、小波变换及希尔伯特黄变换的经典变换。所述无线传输模块采用蓝牙无线传输模块。本实施例的蓝牙采用的主芯片是CC2540，其硬件版本为V4.0、功率等级Ⅱ级，其体积小于10mm*8*mm*2mm，其外围设计简单，只需要简单的电阻电容器件就可以实现其工作。所述智能终端还可以将保存的音频文件上传给PC机，可以进行肺音信号的后续分析，采用PC机作为肺音信号波形显示和数据处理的控制器，方便医生进行病情发展及治疗进展的研究。

所述肺音采集电路板上还设有D/A转换模块、音频功放电路和扬声器，所述智能终端用于输出指令信号经无线传输模块传递给微处理器，所述微处理器用于接收智能终端的指令信号，并控制D/A转换模块将数字肺音信号进行D/A处理后传递给音频功放电路，所述音频功放电路用于将D/A处理后的肺音信号进行功率放大后驱动扬声器，所述微处理器用于控制音频功放电路的放大增益，从而实现扬声器播放音量大小的控制。音频功放电路由可编程增益放大器构成。本可穿戴式肺音检测装置的微处理器控制采集的到的肺音信号是否通过微型扬声器进行播放以及实现对扬声器的音量控制，当采集到的肺音信号选择通过微型扬声器播放时，微处理器将采集到的肺音信号进行D/A处理以此驱动扬声器；同时微处理器控制可编程增益放大器构成的音频功放电路来实现微型扬声器播放音量大小的控制。

所述肺音信号处理模块包括二阶有源高通滤波电路、二阶有源低通滤波电路和后级放大电路，所述二阶有源高通滤波电路的输入端与声电转换传感器连接，所述二阶有源高通滤波电路的输出端与二阶有源低通滤波电路的输入端连接，所述二阶有源低通滤波电路的输出端与后级放大电路的输入端连接，所述后级放大电路的输出端与A/D采样模块连接。

首先由于肺音信号是微弱的信号，通过胸壁无创的提出出来较困难，所以一种便携式四通道肺音采集系统采用的是灵敏度高，抗干扰能力强的驻极体电容式声电转换传感器，其中P1为声电转换传感器接口，首先传感器将肺音信号转换为一微弱的电压信号并通过上拉电阻R150将微弱电压信号进行电压抬升。然后为了滤除心音等低频信号的干扰，系统利用运放U31C构成二阶有源高通滤波器。同时为了滤除系统的高频信号干扰，经高通电路输出的信号进入由运放U31D构成的二阶有源低通滤波器。肺音信号处理模块中高通滤波器与低通滤波器级联构成了频率较宽的带通滤波器，滤除了各种高低频率的干扰信号，保证有效的肺音信号通过。肺音信号处理模块为了保证进入AD采样量程不失真，所以利用运放U31A、U31B用于组成同相比例放大电路对肺音采集系统采集的肺音信号进行放大。

本可穿戴式肺音检测装置的微处理器不保存.WAV音频文件，只是把采集的肺音转换为.WAV音频文件，并通过蓝牙无线传输模块传到手机等智能终端保存在手机存储卡上，然后由手机上传到PC端。而保存的音频文件可以通过手机播放，或者手机控制选择这个装置上的微型扬声器播放。

智能终端可以显示肺音信号的时域波形。因为单纯的时域分析不能充分反映肺音信号的特征，所以需要对肺音信号进行频谱分析，由于传统傅立叶变换适用于平稳的连续信号，所以只能得到肺音信号整个时间段的频率分布特征，而肺音信号由多频率成分构成并呈现明显的周期性波动，所以对于分析断续性异常肺音存在不足，不能对肺音进行动态分析。短时傅立叶变换克服了传统傅立叶变换对肺音信号需要整个时间段的频率分布特征的缺点，且降低了对肺音信号的平稳性要求。所以本发明的智能终端的肺音信号分析模块中设置短时傅立叶变换功能模块，可以对肺音信号进行动态的时频域研究。同时该肺音信号分析模块中还具有小波变换功能模块及希尔伯特黄变换功能模块，医生判断哪种变换更能凸显肺音信号的特征值就可以选择哪一种功能模块对肺音信号实现变换。肺音信号时频谱图反应肺音信号能量空间分布，肺音信号的能量空间分布的改变意味着肺音信号的特征发生改变，所以信号各频率成分能量的不同可以体现不同被测肺音信号的特征，利用短时傅立叶变换、小波变换或希尔伯特黄变换提取肺音信号变化的特征，从而可以判断肺音是否正常及可以得到肺音疾病分类结果。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种可穿戴式肺音检测装置，其特征在于：包括声电转换传感器和软塑料吸盘，所述声电转换传感器安装在肺音采集电路板上，所述肺音采集电路板安装在壳体中，所述声电转换传感器的正面延伸出壳体，进入安装在壳体上的软塑料吸盘的内腔中，所述肺音采集电路板上设有微处理器、肺音信号处理模块、A/D采样模块和电源模块，所述电源模块用于给整个装置供电，所述声电转换传感器用于采集肺音信号，并将采集的肺音信号传递给肺音信号处理模块，所述肺音信号处理模块用于将采集的肺音信号进行放大滤波预处理后传递给A/D采样模块，所述微处理器用于控制A/D采样模块对预处理的肺音信号进行A/D采样并将采样的数字肺音信号保存为音频文件，所述微处理器通过无线传输模块与智能终端进行通讯，将音频文件无线传输给智能终端，所述智能终端用于将采集的肺音信号波形实时显示、分析、处理，并将音频文件存储于存储卡上。

2.根据权利要求1所述的可穿戴式肺音检测装置，其特征在于：所述智能终端内设有肺音信号分析模块，所述肺音信号分析模块用于接收手动输入指令信号，对肺音信号进行时频域分析，并显示波形。

3.根据权利要求1所述的可穿戴式肺音检测装置，其特征在于：所述肺音采集电路板上还设有D/A转换模块、音频功放电路和扬声器，所述智能终端用于输出指令信号经无线传输模块传递给微处理器，所述微处理器用于接收智能终端的指令信号，并控制D/A转换模块将数字肺音信号进行D/A处理后传递给音频功放电路，所述音频功放电路用于将D/A处理后的肺音信号进行功率放大后驱动扬声器，所述微处理器用于控制音频功放电路的放大增益。

4.根据权利要求1所述的可穿戴式肺音检测装置，其特征在于：所述无线传输模块采用蓝牙无线传输模块。

5.根据权利要求1所述的可穿戴式肺音检测装置，其特征在于：所述肺音信号处理模块包括二阶有源高通滤波电路、二阶有源低通滤波电路和后级放大电路，所述二阶有源高通滤波电路的输入端与声电转换传感器连接，所述二阶有源高通滤波电路的输出端与二阶有源低通滤波电路的输入端连接，所述二阶有源低通滤波电路的输出端与后级放大电路的输入端连接，所述后级放大电路的输出端与A/D采样模块连接。

6.根据权利要求1所述的可穿戴式肺音检测装置，其特征在于：所述声电转换传感器采用驻极体电容式传声器。

7.根据权利要求1所述的可穿戴式肺音检测装置，其特征在于：所述壳体背面固定有夹子。

8.根据权利要求1所述的可穿戴式肺音检测装置，其特征在于：所述软塑料吸盘内侧内嵌有用于安装纽扣式电极片的安装底座。