便携式无线电子听诊器的研制

　　1引言

　　肺音是一种声音信号,发声的原理是由于肺泡在进行气体交换时,肺部随之进行扩张及收缩的动作,带动气流运动,再由呼吸道中气流振动产生声能。丰富的肺音信号蕴藏着有助于临床疾病诊断和鉴别诊断的重要信息。听诊器是最常用的诊断设备,通过听诊器可以得到肺部病变的某些信息。然而,靠传统的听诊法,人的感官和思考力无法完全解读肺音的频率或振幅变化所含的信息量,所以只能从中获取小部份的信息;而且听诊者难免有主观的判定,使得肺音的诊断难有一致的标准。而且不能实现连续的监测。对感染 SARS、禽流感和肺鼠疫等高传染性疾病重症病人的进行面对面的肺部听诊还容易造成医护人员和患者间的交叉感染。因此发展一种客观的、连续的、无接触的便携的肺部听诊手段的临床和社会需求非常迫切。

　　2基本设计

　　系统包括采集模块和接收模块。采集模块的功能是接收肺音信号,并通过无线模块传输至远端的接收模块进行必要的处理,接收模块的功能是通过无线接收采集模块传输过来的肺音信号,进行心音滤除,存储和实现网络传输。系统基本设计框图如图1所示。

　　2.1肺音采集模块

　　肺音采集模块负责采集肺音信号,肺音是微弱的声信号,使之无创地通过胸壁提取出来较困难,要求传感器灵敏度高,抗环境干扰能力强。采用美国 BIOPAC 公司生产高精度声音传感器TSD108,具体参数如下:频率响应: 35Hz到3500Hz,输出: 2V(p-p)最大极限

　　心音信号的放大级采用OP2832。初级放大倍数为20倍。

　　为保证信号质量,消除直流分量和基线漂移以及高频干扰,心电信号通过一个带通滤波器输出到MSP430-1471的A/D入端,该带通滤波器的频响范围25-2000Hz,滤波器电路图如下图所示：

　　为消除50Hz工频干扰,采用下图所示的陷波滤波器:

　　2.2主控模块

　　采集主控模块采用TI公司的超低功耗MSP430-1471,该芯片具有一个12位A/D。可以直接实现肺音信号的数字化处理。接收主控模块采用ADI公司的BlackfinBF533,该芯片具有强大的数据处理功能,可以轻松完成自适应心音消除算法等复杂计算。部分电路图如图4 所示:

　　2.3无线模块

　　本设计采用TI公司的低功率低成本、低功耗 2.4GHz 射频收发器CC2500。

　　2.4系统电源

　　整个系统设计要求电源为3.3V。输入电压有两节AA电池提供,为2.4V,所以需要升压电路,采用凌特公司的Mc34063,输出电压为3.3V。

　　2.5心音信号消除

　　由于心脏与肺同处胸部,且心的搏动很强,因此混入肺音的心音干扰往往比肺音信号高一个数量级。而且,心音频带为1~800Hz,与肺音频带(100~2000 Hz)有很大范围的重叠,使用普通滤波方法不能有效地将它消除。幸而,独立的心音信号可以较方便地得到。考虑到这些情况,我们采用自适应消除噪声技术来消除肺音信号中的心音成分。