心音采集的實現

龐智明+盧思源+侯啟家+湯建明

【摘 要】基于現有的單片機原理與應用技術、數據處理技術，本作品設計了一種袖珍型的心音監聽儀。本作品通過心音傳感器采集心音數據，使用PC處理數據，再上傳至網站數據庫。使用者可以實時監測自身的健康狀況。在發生問題的時候，也可以立刻將檢查結果發送給醫生，使得醫生的工作效率加快，亦減少了病人的等待時間。

【關鍵詞】心音；健康；大數據

0 引言

根據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生卻僅僅二百多年的歷史。1816年，第一個發明了聽診器是法國醫生Laennec，而正式用于臨床判斷的卻是在1817年。其實，起初聽診器的發明，是用來診斷胸腔疾病。在1840年，英國醫生Jacalyn Duffin改良了聽診器之后，就可以聽到身體內部更多的聲音，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，使之能夠能產生立體音響。近年來，市場上陸陸續續出現了一些電子聽診器，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，獲得了結構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聽診器。

電子聽診器的出現，大概是在20世紀70年代左右。美國一家醫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部器官發出的一些微弱卻非常重要的聲音，使得醫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生的病變。

在我國，電子聽診器出現的比較晚，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聽儀。雖然僅僅是個開始，但是從近年來的論文發表來看，針對心音脈搏的研制越來越多了，并且增加了許多技術，如藍牙、無線、APP等等。

目前，我國心音監聽儀的研發和應用還處于一個急速發展的階段。和國外的心音監聽儀的區別，在技術上不是很大，最大的區別在于針對雜音的處理的算法。

1 系統方案設計

1.1 系統方案確定

在此方案中，把系統分為傳感器模塊、采集模塊、數據處理存儲模塊和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，經過放大、濾波電路，經MCU的模數轉換，再經過文件系統存儲于SD卡。SD卡經由讀卡器，將數據連入PC機中，使用MATLAB處理。該方案還加入了一個網頁。在MATLAB處理完畢的數據可以上傳到服務器，使用該系統的人可以將數據上傳到服務器，服務器則會返回診斷結果。同時，醫生還可以閱覽上傳的數據，可以對某些心音數據進行診斷，給予及時的醫囑（圖1）。

本方案數據轉換處理存儲模塊采用STM32F103VET6為控制核心，心音傳感器采用醫用聽筒和高清麥克風為制作材料，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 硬件電路設計

2.1 心音脈搏采集電路

心音脈搏采集電路是本系統的難點部分，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運算放大器相比，TLC2252具有非常好的輸入失調電壓、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，使得其在便攜式醫學應用方面應用日益廣泛。

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，其放大倍數是可通過滑動變阻器改變，放大倍數可從1～10倍調節（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）。

[責任編輯：楊玉潔]