基本信息
- 项目名称：
- 基于蓝牙的无线录音听诊装置研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 生命科学
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 本设备是一种新型的听诊装置，该装置可以使普通听诊器具有录音功能，并通过蓝牙方式传输到上层接收机中，实现临床检查中对心肺音和肠鸣音的病案素材存档。该装置对现有的听诊器直接进行改造，成本低，使用方便，具有将所接收到的不同频率听诊音通过计算机端控制然后发送到电脑端使用的特点。
- 详细介绍：
- 设计本装置的的目的是提供一种新型的听诊装置，该装置主要用于对现有的听诊器直接进行改造，实现电子化，同时具有将声音信号通过蓝牙无线转发到计算机端并保存、处理的功能。即将听诊器的三通管打洞后放入拾音器，并用扣环将装置与三通管固定住，用橡皮套将拾音器固定在三通管内，是可以直接在普通听诊器上改装的听诊装置，成本低，使用方便。根据国内科学结论，一般认为心音信号主要频率范围集中在30～500Hz之内，肺音频率为100～l 000Hz肠鸣音为500～700Hz，首先声音的采集的拾音器选用驻极体传声器[1]作为心肺音传感器。首先对其放大，然后根据不同声音的频率特点，选择不同的低通、高通滤波器，对心音信号进行滤波，分别接在所选TI公司的MSP430的ADC12的功能输入端上，通过MSP430的A/D处理即可有效的采集和分离心音、肺音和肠鸣音。拾音器将三通管处的声音转化为模拟电信号，经过低噪声前置放大器的信号调理后，送至滤波器阵列。MSP430通过蓝牙传输从电脑端获取用户指令控制滤波器线路，选择心音、肺音、肠鸣音3种滤波器中的一种，使用MSP430自带的ADC功能进行采样、量化，从而得到所需要的信号。该信号经处理后，由MSP430通过蓝牙传输到电脑端，再根据不同的需求进行一次数字滤波，可以实时收听，也可以直接保存起来，并可与病人的病例相对应。单片机的所有指令均是由电脑通过蓝牙控制。拾音器：驻极体传声器是一种微型声一电换能器,用来将声信号变换成电信号，它实际上是一种电容式换能器，其振动膜片一般由二氧化硅、多晶硅或高分子聚合物如聚四氟乙烯材料做成。这些物质经特殊电处理后，表面永久地驻有极化电荷，当声波传到振膜时，振膜发生相应振动，导致电容器极板之间的距离d发生相应的变化。把声压转换成了电压，即心音信号转化成了电信号。它也因为结构简单、灵敏度高、动态响应特性好、适应性强、抗噪能力强及价格低廉等优点，不仅广泛应用于各种动态力、机械冲击与振动测量以及声学、力学、宇航等领域之中，而且在医学方面得到了广泛的应用。放大和滤波电路：声音放大电路采用3级放大，第一级放大器的放大倍数为16倍；第二级为增益可调的放大电路，可选的放大倍数为1—51倍任意倍数；第三级放大器即起末级放大的作用，有进行直流电平提升。【2】经过3级放大之后采用4阶巴特沃斯带通滤波器（滤波电路见图3-8）对声音信号进行滤波，经心音滤波后，效果较好，正常人的第一第二心音效果明显。得到的声音经过滤波后更加清晰且没有杂音，更适用于对病人病情的诊断。 A/D及蓝牙传输：单片机采用的是美国TI公司的MSP430，A/D使用MSP430-149自带的ADC12来实现，单片机的接收发送指令皆来自电脑端，蓝牙传输功能则采用BF10-DS蓝牙通信模块实现，高灵敏性接收，低成本，体积小巧，低功耗，用于蓝牙的数据传输领域。该模块主要用于短距离的数据无线传输领域。可以方便的和PC机（PDA手机）的蓝牙设备相连，也可以两个模块之间的数据互通。避免繁琐的线缆连接，能直接替代现有的串口线。 MSP430的程序设计: 在装置外侧不安装任何键盘按键，指令来自电脑端，接收指令皆通过蓝牙。依靠上层电脑的指令来安排各个A/D,蓝牙的部件的工作。单片机程序目的是通过单片机的控制，合理有效地安排各个外围的设备有序地按用户的输入指令工作。在整个固件程序中，首先由主函数初始化A／D、8M晶振、串口、蓝牙模块，然后打开定时器中断。时钟中断每隔259印产生一次，在中断服务程序中主要是检测蓝牙是否有接收声音信号的指令，如果有，则调用AD函数，根据指令的不同改变电子听诊装置的接收通道(心音通道，肺音通道，肠鸣音通道)。这样就分离出了心音、肺音、或是肠鸣音信号。在时钟中断服务程序中使能AD转换。当ADC完成转换之后，直接通过蓝牙向上位机发送数据。采集指令与标准接口：由于装置上没有控制接收的按钮和控制端，所以需要由计算机或者PDA通过蓝牙接口，发送标准指令到装置端，装置开始采集声音信号，采集指令包含有校验，采集通道选择。标准接口主要指声音的格式的对接，在标准中定义命令和校验。上层终端软件：主要提供用户接声音数据进行显示、根据接收数据对其进行分析并在屏幕上显示，同时还提供对声音信号图形移动的功能。本装置经过AD转化后经过标准化后传输到到上层终端，课由上层终端软件对数据进行再一次滤波，保证声音更加清晰且没有杂音，之后转化成MP3格式存储起来存储，存数方式可以是DB数据库，也可以是SD卡，所述终端可以是计算机，也可以是基于Android系统的移动PDA、手机等等。在计算机端由Delphi进行开发软件，在Android系统上使用Eclipse开发软件。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 本项目的研发目的是提供一种新型的听诊装置，该装置主要对现有的听诊器直接进行改造，使听诊器具有声音采集功能，并能够将声音数据通过蓝牙技术传输到计算机端，进行处理并保存的功能。主要措施是在听诊器上的三通管上开一小洞，将装置上拾音器置入三通管，并用扣环将装置与三通管固定。通过上位机控制该装置根据需要分别采集心音（30～500Hz）、肺音（100～1000Hz）和肠鸣音（500～700Hz），再由该装置进行放大、滤波处理，进而通过蓝牙技术传输到上位机中进行保存。
科学性、先进性
- 本项目所研制的基于蓝牙的无线录音听诊装置与同类发明或产品具有以下优势： 1．本装置用于对现有普通听诊器的改造，使得普通听诊器具有录音和无线传输功能； 2．本装置的制造成本相比同类产品低很多，有利于普遍推广和应用，有利于将心肺音、肠鸣音数据存储入HIS，作为病案保存； 3．本装置将声音传输到上位机后，可以使用相关的软件对生物音信号进行处理和分析。因此比传统的只能依靠耳朵辨别的声音，更为有效的分析声音数据并进行标准化研究。
获奖情况及鉴定结果
- 发表论文：《基于蓝牙的听诊器综述》.《临床医学工程》[J]2011（4） 获奖：获校第七届“创新杯”学生课外学术科技作品竞赛特等奖
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 模型、图纸、现场演示、图片
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 这种装置可以安装在普通听诊器上，以节约设备成本。目前普通的听诊器售价在100元以内，3M公司生产的蓝牙听诊器售价399美元（约2600元），而待开发的蓝牙心肺音采集装置经估算材料成本不足200元，改造费用不足50元，因此可以大大降低心肺音采集装置的配备成本。在设计完成后可以转化为实际产品投放市场，成本远低于进口产品。目前医院的市场仍然是空白，可以开发医院的市场。
同类课题研究水平概述
- 2003年，美国人Andrey Vyshedskly, William Kania, Raymond Murphy发明了一款多媒体适配听诊器。这款听诊器的主要功能虽然体现在录音功能上，但是在它的专利说明书中，已然提到了将听诊内容通过蓝牙传输的新概念。2008年，韩国人发明了一项运用多功能数码听诊器的无线临床听诊系统。该系统应用蓝牙进行无线传输技术，将电子听诊器的信号传递给耳机或者音响。2009年，美国人Luz M. Ocasio发明了一种具有录音功能的便携式扩音听诊器。该听诊器可用耳机或者蓝牙无线传输的方式进行听诊。在国内，2006年出现了第一个将蓝牙与听诊器相结合的专利——蓝牙听诊器。此实用型把蓝牙技术运用于听针头与听诊耳机的声音传输过程中，用蓝牙无线传输技术代替了传统胶管为载体的机械传导方式。其后，一款医用蓝牙听诊器的主体是一个具备拾音功能和模数转换、蓝牙发射功能的主机，接受该主机发出的蓝牙信号的可以是蓝牙耳机，可以是计算机。前者可以直接听诊，后者可以存储、分析、深度处理声音。但是本发明注重于主机部分，对于后续的蓝牙接收端计算机的软件配备没有详细研究。蓝牙电子心音听诊器，通过串口或蓝牙发送模块传输到PC机，PC机将接收的心音数据经PC端主控模块处理后由PC屏实时显示心音图或根据需要由存储模块进行数据存储和辅助诊断模块进行计算机辅助诊断。本发明将蓝牙技术运用于先进的电子听诊器，实现了从电子听诊器向计算机无线传输声音信号的功能。便携可视化心、肺音可分离的蓝牙电子听诊器借助于与计算机的蓝牙无线连接，实时分析心肺声音，并对上位机软件进行了设计思路的探讨。但现有的相关电子听诊器价格都相当昂贵，且使用起来相当不方便，一般类似电子听诊器的控制端在听诊器上，听诊者需要一手先在胸口设定好所选功能，另一手要抓着听诊探头，在这过程中造成许多时间的浪费，且难以操作。本装置的控制端都是在电脑上，可以一手听诊，一手在电脑端控制，减轻了医生的操作负担。
