數字聽診器

數字聽診器

數字聽診器是心臟和肺部的輔助診斷工具,保持聲學聽診器的外觀和感覺,提高了聲音信號的檢測能力,有錄音、回放、數據顯示結果、低功耗等優點。

數字聽診器概述

聽診器是一種醫學儀器,用來聆聽人體或動物體內的聲音,例如:心臟、呼吸、腸胃等等。聽診器是1816年由法國醫生雷納克所發明的。

數字聽診器 數字聽診器

無論是聲學聽診器,還是數字聽診器,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。聲學聽診器的使用已經有大約200年的歷史,而電子數字聽診器則是近期開發出來的新型設備。數字聽診器的基本目標是保持聲學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據顯示結果,並顯示在外設顯示器,如計算機監視器。先進的功能增強了醫師的診斷能力。數字聽診器在改進性能的同時,還要求維持現有聲學聽診器的外形(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

數字聽診器 數字聽診器

早在十九世紀的某一天,在法國巴黎一個豪華的住宅里,著名的醫生雷內克正在給一個貴族家的小姐看病。雷內克醫生在聽完病人的病情介紹後,懷疑她患的是心臟病。雷內克心想,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。

雷內克醫生苦苦的思索著,忽然在他的腦海里浮現出孩子們的遊戲,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,拿來一張紙,將紙緊緊地捲成一個圓筒。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。

雷內克醫生回家後,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,所以醫生就叫它“醫生之笛”。

這是什麼原理呢?原來聲音的發出是緣於物體的震動,然後通過空氣傳入耳朵。聲音在空氣中傳播時是向四面八方傳播的,雷內克用“聽診器”將聲音“聚集”到一起,聽起來的效果就好多了。

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

數字聽診器結構

音頻信號通道

數字聽診器的主要單元是聲感測器、音頻編解碼器和揚聲器。聲感測器將聲音轉換成模擬電壓信號,這是信號鏈路的關鍵。它決定了數字聽診器的診斷質量,而確保用戶獲得與聲學聽診器相同的體驗。

需要對模擬電壓進行調理,並通過音頻模/數轉換器(ADC)或音頻編解碼器將其轉換為數位訊號。有些數字聽診器帶有消噪聲功能,需要另一個聲感測器或麥克風記錄環境噪聲,然後經過數字輸出消除噪聲。這種方案中,需要使用兩個音頻ADC。

數字聽診器結構 數字聽診器結構

一旦轉換成數位訊號,即可利用微控制器單元(MCU)或數位訊號處理器(DSP)進行信號處理,包括環境噪聲抑制和濾波,限制心臟和肺部聲音信號的頻寬範圍。處理後的數位訊號通過音頻數/模轉換器(DAC)或音頻編解碼器再轉換成模擬信號。

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整。可以在聽診器的管叉處放置單聲道揚聲器,放大後的聲音通過雙聲管傳遞到耳朵。另一種方案是採用雙聲道揚聲器,每個聽筒末端放置一個。考慮到這裡的聲音信號頻率較低,揚聲器的頻響特性接近於重低音揚聲器。根據不同設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心臟發出的聲音和100Hz至1200Hz肺部發出的聲音信號保持較高的靈敏度。注意,不同廠商可能規定了不同的頻率範圍,可以利用DSP算法濾除頻率範圍以外的信號。

數據存儲和傳輸

一旦將採集的聲音信號轉換成模擬電壓,電壓信號可以通過一個音頻插孔輸出,並且可以在計算機或數字聽診器上回放。採集到的聲音信號還可以轉換成數位訊號,然後存儲在聽診器內部或可移動非易失(NV)存儲器,如EEPROM或快閃記憶體,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、日期標註記錄。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

多數數字聽診器由於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境亮度通常較暗,數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驅動器控制的白光發光二極體(WLED)或由EL驅動器控制的場致發光(EL)板。當然,增加一個觸控螢幕及其控制器也可以去掉按鍵用戶接口。

電源管理

數字聽診器 數字聽診器

絕大多數數字聽診器採用一節或兩節AAA 1.5V原電池供電,設計要求用升壓或boost開關調節器將電壓提升到3.0V或5.0V,取決於具體電路。

如果安裝了單節1.5V電池,開關調節器可能始終保持有效,系統的低靜態電流成為延長電池壽命的關鍵。電池使用壽命越長,數字聽診器的使用就越便利,也更接近聲學聽診器的使用習慣。

採用兩節1.5V串聯電池供電時,開關調節器可以始終保持有效,或在不使用時將其關斷。如果電路的工作範圍從3.6V至最低1.8V,可以不使用開關調節器,從而進一步降低成本、節省空間。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

數字聽診器可以採用可充電電池供電,最好選擇單節Li+電池。如果使用可充電電池,在數字聽診器或充電架內需要配備電池充電器。電量計可以精確測量電池的剩餘電量,計算電池能夠支持的工作時間。如果電池可拆卸,為確保全全以及較好地管理售後市場,有必要增加防偽認證功能。

數字聽診器的功能

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,便於醫生診斷;

3、呼吸系統方面,可以用來聽肺的呼吸音,判別肺內病變;

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;

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