电子心音听诊器

摘要心音是反映心脏生理及病理的一项重要指标,听诊是临床上广泛应用的一种诊断方法,对心音的听诊是诊断心脑血管疾病和呼吸系统疾病的主要手段之一。传统听诊器难以捕捉一些微弱的生理声信号且诊断结果容易受听诊者主观经验的影响,因而准确性较差。提出一种可将声音信号放大并经示波器可以观察心音信号的电子心音听诊器,提高听诊的准确性。介绍电子心音听诊器的研究背景和意义,对心音产生机理也作简单介绍。在此基础上,提出电子心音听诊器的总体设计方案。详细阐述系统硬件具体设计。硬件方面介绍心音呼吸音探头、初级放大模块、滤波模块、主放大模块、功率放大模块和电源模块并介绍本系统抗干扰的措施。最后,给出设计实现的功能,展望未来的发展方向。

关键词心音呼吸音

中图分类号TH77 文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)051-0114-01

1绪论

1.1电子心音听诊器的研究背景与意义

听诊是临床上广泛应用的一种诊断方法,由于人们对这些信号产生与传播的机理等方面的研究不够深入,对于声信号与病心音电子听诊系统理、生理之间相关性的了解不够细致明确,从而影响了诊断的准确、精细程度,造成了近代听诊学研究进展缓慢的状况。

因此临床迫切需要一种准确性高、波形实时显示、能同时听诊心音、简单易用、成本低、体积小的装置,让临床医生在心脏听诊的同时能看到相应信号的波形图,以便对病人的病变做出更加准确的判断,同时促进心脑血管疾病和呼吸系统疾病的研究和诊治。

1.2心音产生机理和组成

心脏的瓣膜和大血管在血流冲击下形成的振动,以及心脏内血流的加速与减速形成的湍流与涡流及其对心脏瓣膜、心房、室壁的作用所产生的振动,再加上心肌在周期性的心血活动作用下其刚性的迅速增加和减少形成的振动,经过心胸传导系统到达体表形成了体表心音。心音中常包含心内噪音、呼吸噪音、体表噪音和心胸系统传播过程中产生的噪音。

1.3本文研究的主要内容

本文对该领域的研究背景、研究现状和发展趋势进行了充分调研,对心音的形成机理进行了深入研究,针对传统听诊器的不足提出了电子心音听诊器的设计思想。

2电子心音听诊器总体设计

2.1心音信号技术指标

心音幅值:30-60mV;(根据所用传感器的敏感度);心音频率:20-600HZ,主要集中在20-150Hz;心率:75次/分。

2.2电子心音听诊器技术指标

工作环境:温度:+5-+40℃,相对湿度:<80%,大气压强:735士294kPa;电源:电源适配器:+5V;输入方式:心音探头各一个;输出方式:耳机或音响输出,示波器显示;滤波频响:心音:20-150Hz;放大器增益:心音:100倍以上。

2.3系统设计要求

易操作、低功耗、低成本、可靠性、便携性、抗干扰。

3电子心音听诊器电路设计

图1低通-50Hz陷波滤波器网络

3.1心音探头

1)驻极体电容式传声器。根据对驻极体式、动圈式、碳粉式等几种传声器优缺点的比较,以及对心音、呼吸音对传声器要求的分析,同时,又希望传声器的体积较小,因此,我们选择了单向性驻极体电容式传声器作为心音、呼吸音采集传声器。它是电容式传声器的一种。电容式传声器的主要部分包括电容极头与阻抗变换电路。2)驻极体电容式传声器腔体设计。本文不对传声器腔体不做专门设计,使用传统听诊器集音腔体,在导音橡皮管末端接驻极体电容式传感器,完成心音探头设计。

3.2初级放大模块

这里使用的是TI工公司生产的一款运算放大器芯片LM358。

3.3滤波模块(图1)

3.4再放大模块

图2心音再放大模块电路

从再放大模块出来的信号可分两路:一路外接示波器进行波形显示,另一路送到功率放大模块驱动耳机。

3.5功率放大模块

在这里我们使用NS公司生产的LM386作为集成功放电路

我们设计了自己的功率放大电路,如图3所示。

图3功率放大电路

4展望

本设计只是实现了心音听诊和波形显示,但需要借助示波器,为了使该设计更实用性更方便,今后可对该设计进行数字化扩展,包括液晶显示波形,并可以对波形进行存储和回放。其次在本设计中,虽然对心音和呼吸音进行了硬件低通和陷波滤波,消除部分环境噪声、肌体噪声和心音与呼吸音的交叉干扰,但由于心音和呼吸音两者之间以及它们与环境噪声和肌体噪声之间存在频谱上的重叠,不能用硬件滤波的方法得到纯正的心音和呼吸音信号,使听诊更加准确。

参考文献

[1]杨业伟,彭智聪.心脑血管疾病药物经济学国内文献综述.药物流行病学杂志,2004.

作者简介

吴小帆(1988—),女,汉族,籍贯:湖北黄石,中国矿业大学信电学院07级。