數(shù)字聽診器

數(shù)字聽診器概述

　　聽診器是一種醫(yī)學(xué)儀器，用來聆聽人體或動物體內(nèi)的聲音，例如：心臟、呼吸、腸胃等等。聽診器是1816年由法國醫(yī)生雷納克所發(fā)明的。

　　無論是聲學(xué)聽診器，還是數(shù)字聽診器，主要功能都是作為心臟和肺部的輔助診斷工具，通過傾聽聲音信號進行診斷。聲學(xué)聽診器的使用已經(jīng)有大約200年的歷史，而電子數(shù)字聽診器則是近期開發(fā)出來的新型設(shè)備。數(shù)字聽診器的基本目標是保持聲學(xué)聽診器的外觀和感覺，但提高了聲音信號的檢測能力。另外，高端數(shù)字聽診器還提供了一些新功能，例如：錄音和回放，也可以提供直觀的數(shù)據(jù)顯示結(jié)果，并顯示在外設(shè)顯示器，如計算機監(jiān)視器。先進的功能增強了醫(yī)師的診斷能力。數(shù)字聽診器在改進性能的同時，還要求維持現(xiàn)有聲學(xué)聽診器的外形(相同的外觀和感覺)，這就需要使用小尺寸、低功耗的解決方案。

聽診器的來源

　　早在十九世紀的某一天，在法國巴黎一個豪華的住宅里，著名的醫(yī)生雷內(nèi)克正在給一個貴族家的小姐看病。雷內(nèi)克醫(yī)生在聽完病人的病情介紹后，懷疑她患的是心臟病。雷內(nèi)克心想，要是能聽一下小姐的心臟跳動就好了。但是病人是一位年輕的貴族小姐，直接用耳朵聽顯然不合適。

　　雷內(nèi)克醫(yī)生苦苦的思索著，忽然在他的腦海里浮現(xiàn)出孩子們的游戲，一個孩子在樹的一頭敲打，另一個孩子在樹的另外一頭聽。他從這件事得到啟發(fā)，拿來一張紙，將紙緊緊地卷成一個圓筒。他將紙圓筒的一頭貼在病人的胸部，另一頭貼在自己的耳朵上。此時小姐的心跳可以清楚地聽見了，比把耳朵直接貼在胸部聽得還清楚。

　　雷內(nèi)克醫(yī)生回家后，請人專門做了一個空心的木管，用作看病時的聽診用。這就是第一代聽診器。這個聽診器的形狀很像一個笛子，所以醫(yī)生就叫它“醫(yī)生之笛”。

　　這是什么原理呢？原來聲音的發(fā)出是緣于物體的震動，然后通過空氣傳入耳朵。聲音在空氣中傳播時是向四面八方傳播的，雷內(nèi)克用“聽診器”將聲音“聚集”到一起，聽起來的效果就好多了。

　　后人把木管改成現(xiàn)在的橡皮管，另一頭改進為貼在病患者胸部能產(chǎn)生共鳴的小盒，就成了現(xiàn)在的聽診器。

數(shù)字聽診器結(jié)構(gòu)

音頻信號通道

　　數(shù)字聽診器的主要單元是聲傳感器、音頻編解碼器和揚聲器。聲傳感器將聲音轉(zhuǎn)換成模擬電壓信號，這是信號鏈路的關(guān)鍵。它決定了數(shù)字聽診器的診斷質(zhì)量，而確保用戶獲得與聲學(xué)聽診器相同的體驗。

　　需要對模擬電壓進行調(diào)理，并通過音頻模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)或音頻編解碼器將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。有些數(shù)字聽診器帶有消噪聲功能，需要另一個聲傳感器或麥克風(fēng)記錄環(huán)境噪聲，然后經(jīng)過數(shù)字輸出消除噪聲。這種方案中，需要使用兩個音頻ADC。

　　一旦轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，即可利用微控制器單元(MCU)或數(shù)字信號處理器(DSP)進行信號處理，包括環(huán)境噪聲抑制和濾波，限制心臟和肺部聲音信號的帶寬范圍。處理后的數(shù)字信號通過音頻數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(DAC)或音頻編解碼器再轉(zhuǎn)換成模擬信號。

　　在輸出到揚聲器之前，利用耳機放大器或揚聲器放大器對音頻信號進行調(diào)整。可以在聽診器的管叉處放置單聲道揚聲器，放大后的聲音通過雙聲管傳遞到耳朵。另一種方案是采用雙聲道揚聲器，每個聽筒末端放置一個?？紤]到這里的聲音信號頻率較低，揚聲器的頻響特性接近于重低音揚聲器。根據(jù)不同設(shè)計方案選擇使用單路或兩路揚聲器放大器。

　　聽診器必須對20Hz至400Hz心臟發(fā)出的聲音和100Hz至1200Hz肺部發(fā)出的聲音信號保持較高的靈敏度。注意，不同廠商可能規(guī)定了不同的頻率范圍，可以利用DSP算法濾除頻率范圍以外的信號。

數(shù)據(jù)存儲和傳輸

　　一旦將采集的聲音信號轉(zhuǎn)換成模擬電壓，電壓信號可以通過一個音頻插孔輸出，并且可以在計算機或數(shù)字聽診器上回放。采集到的聲音信號還可以轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，然后存儲在聽診器內(nèi)部或可移動非易失(NV)存儲器，如EEPROM或閃存，需要時，可以通過聽診器的揚聲器回放，也可以傳送到計算機做進一步分析。增加一個實時時鐘(RTC)，可以按時間、日期標注記錄。錄音信號通過有線接口(如USB)或無線接口(如Bluetooth？或其它專有無線接口)傳遞。

顯示和背光

　　多數(shù)數(shù)字聽診器由于空間受限只能配置小型顯示器；有些顯示器只帶有按鍵和LED指示。因為聽診器在操作時環(huán)境亮度通常較暗，數(shù)字聽診器的顯示器需要背光。小型顯示器需要1到2個由LED驅(qū)動器控制的白光發(fā)光二極管(WLED)或由EL驅(qū)動器控制的場致發(fā)光(EL)板。當然，增加一個觸摸屏及其控制器也可以去掉按鍵用戶接口。

電源管理

　　絕大多數(shù)數(shù)字聽診器采用一節(jié)或兩節(jié)AAA 1.5V原電池供電，設(shè)計要求用升壓或boost開關(guān)調(diào)節(jié)器將電壓提升到3.0V或5.0V，取決于具體電路。

　　如果安裝了單節(jié)1.5V電池，開關(guān)調(diào)節(jié)器可能始終保持有效，系統(tǒng)的低靜態(tài)電流成為延長電池壽命的關(guān)鍵。電池使用壽命越長，數(shù)字聽診器的使用就越便利，也更接近聲學(xué)聽診器的使用習(xí)慣。

　　采用兩節(jié)1.5V串聯(lián)電池供電時，開關(guān)調(diào)節(jié)器可以始終保持有效，或在不使用時將其關(guān)斷。如果電路的工作范圍從3.6V至最低1.8V，可以不使用開關(guān)調(diào)節(jié)器，從而進一步降低成本、節(jié)省空間。低電量報警是必備功能，確保在對患者診斷過程中不需要更換電池。

電池管理

　　數(shù)字聽診器可以采用可充電電池供電，最好選擇單節(jié)Li+電池。如果使用可充電電池，在數(shù)字聽診器或充電架內(nèi)需要配備電池充電器。電量計可以精確測量電池的剩余電量，計算電池能夠支持的工作時間。如果電池可拆卸，為確保安全以及較好地管理售后市場，有必要增加防偽認證功能。

數(shù)字聽診器的功能

　　1、常用來聽診人體的心、肺、脈等器官的聲響變；

　　2、在量血壓時用來放大脈搏聲音，便于醫(yī)生診斷；

　　3、呼吸系統(tǒng)方面，可以用來聽肺的呼吸音，判別肺內(nèi)病變；

　　4、也可以用來聽診胎兒的心音；

　　5、心血管方面，可以用來聽心率，心音，血管雜音等；