心音采集的實現(xiàn)

龐智明+盧思源+侯啟家+湯建明

【摘 要】基于現(xiàn)有的單片機原理與應(yīng)用技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)，本作品設(shè)計了一種袖珍型的心音監(jiān)聽儀。本作品通過心音傳感器采集心音數(shù)據(jù)，使用PC處理數(shù)據(jù)，再上傳至網(wǎng)站數(shù)據(jù)庫。使用者可以實時監(jiān)測自身的健康狀況。在發(fā)生問題的時候，也可以立刻將檢查結(jié)果發(fā)送給醫(yī)生，使得醫(yī)生的工作效率加快，亦減少了病人的等待時間。

【關(guān)鍵詞】心音；健康；大數(shù)據(jù)

0 引言

根據(jù)心音來診斷心臟的歷史可以追溯到很久以前。但是聽心音的儀器的產(chǎn)生卻僅僅二百多年的歷史。1816年，第一個發(fā)明了聽診器是法國醫(yī)生Laennec，而正式用于臨床判斷的卻是在1817年。其實，起初聽診器的發(fā)明，是用來診斷胸腔疾病。在1840年，英國醫(yī)生Jacalyn Duffin改良了聽診器之后，就可以聽到身體內(nèi)部更多的聲音，如靜脈血管、動脈血管、心臟跳動、肺部呼吸、腸子蠕動的聲音。1937年，凱爾將卡門的聽診器再次改良，使之能夠能產(chǎn)生立體音響。近年來，市場上陸陸續(xù)續(xù)出現(xiàn)了一些電子聽診器，可放大心臟聲音，還可以記錄心臟雜音，與正常心音比較。聽診通過使用一個簡單且有效率的工具——聽診器，獲得了結(jié)構(gòu)性和功能性心臟缺陷的很多信息。而電子聽診器正在逐步取代傳統(tǒng)聽診器。

電子聽診器的出現(xiàn)，大概是在20世紀70年代左右。美國一家醫(yī)療器械的公司推出了電子聽診器，該聽診器可以捕捉到身體內(nèi)部器官發(fā)出的一些微弱卻非常重要的聲音，使得醫(yī)生不會錯過任何有價值的聲音，更容易判斷心肺等器官可能發(fā)生的病變。

在我國，電子聽診器出現(xiàn)的比較晚，雖然聽診器可以聽到心音，但是并非針對心音。而從1975開始，就有人提出了自制心音脈搏監(jiān)聽儀。雖然僅僅是個開始，但是從近年來的論文發(fā)表來看，針對心音脈搏的研制越來越多了，并且增加了許多技術(shù)，如藍牙、無線、APP等等。

目前，我國心音監(jiān)聽儀的研發(fā)和應(yīng)用還處于一個急速發(fā)展的階段。和國外的心音監(jiān)聽儀的區(qū)別，在技術(shù)上不是很大，最大的區(qū)別在于針對雜音的處理的算法。

1 系統(tǒng)方案設(shè)計

1.1 系統(tǒng)方案確定

在此方案中，把系統(tǒng)分為傳感器模塊、采集模塊、數(shù)據(jù)處理存儲模塊和PC處理模塊四個部分。在傳感器部分，因為脈搏的信號可以從心音信號中提取，所以只設(shè)置了心音的傳感器。脈搏信號將在PC機中通過算法提取出來。首先在心音傳感器采集，經(jīng)過放大、濾波電路，經(jīng)MCU的模數(shù)轉(zhuǎn)換，再經(jīng)過文件系統(tǒng)存儲于SD卡。SD卡經(jīng)由讀卡器，將數(shù)據(jù)連入PC機中，使用MATLAB處理。該方案還加入了一個網(wǎng)頁。在MATLAB處理完畢的數(shù)據(jù)可以上傳到服務(wù)器，使用該系統(tǒng)的人可以將數(shù)據(jù)上傳到服務(wù)器，服務(wù)器則會返回診斷結(jié)果。同時，醫(yī)生還可以閱覽上傳的數(shù)據(jù)，可以對某些心音數(shù)據(jù)進行診斷，給予及時的醫(yī)囑（圖1）。

本方案數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理存儲模塊采用STM32F103VET6為控制核心，心音傳感器采用醫(yī)用聽筒和高清麥克風(fēng)為制作材料，放大濾波電路則采用低噪聲高阻抗的TLC2252作為運算放大器。

2 硬件電路設(shè)計

2.1 心音脈搏采集電路

心音脈搏采集電路是本系統(tǒng)的難點部分，同時也是核心部分，該部分硬件電路包括：放大部分、濾波部分、電平抬升部分和電源部分。運算放大器采用高阻抗低噪聲的TLC2252，逆轉(zhuǎn)電壓部分使用的芯片是ICL7660 。

2.1.1 前置放大電路

前置放大電路選用了的TLC2252芯片作為運算放大器。TLC2252是由TI公司精湛的LinCMOS工藝制作運算放大器，和如今市場上的多數(shù)運算放大器相比，TLC2252具有非常好的輸入失調(diào)電壓、滿電源電壓幅度輸出和低功耗的性能。TLC2252的高輸入阻抗和低噪聲，以及低功耗，使得其在便攜式醫(yī)學(xué)應(yīng)用方面應(yīng)用日益廣泛。

由于傳感器的輸出是一個3.5mm的音頻插頭，因此前置放大器的輸入端是一個音頻插座，其放大倍數(shù)是可通過滑動變阻器改變，放大倍數(shù)可從1～10倍調(diào)節(jié)（圖2）。

2.1.2 低通濾波電路

低通濾波器同樣選擇了低噪聲、高阻抗的TLC2252作為運算放大器。通帶頻率為600HZ，截止頻率為800HZ（圖3）。

[責(zé)任編輯：楊玉潔]