心音采集的实现

心音采集的实现

作者：庞智明卢思源侯启家汤建明

来源：《科技视界》2016年第15期

【摘要】基于现有的单片机原理与应用技术、数据处理技术，本作品设计了一种袖珍型的心音监听仪。本作品通过心音传感器采集心音数据，使用PC处理数据，再上传至网站数据库。使用者可以实时监测自身的健康状况。在发生问题的时候，也可以立刻将检查结果发送给医生，使得医生的工作效率加快，亦减少了病人的等待时间。

【关键词】心音；健康；大数据

0 引言

根据心音来诊断心脏的历史可以追溯到很久以前。但是听心音的仪器的产生却仅仅二百多年的历史。1816年，第一个发明了听诊器是法国医生Laennec，而正式用于临床判断的却是在1817年。其实，起初听诊器的发明，是用来诊断胸腔疾病。在1840年，英国医生Jacalyn Duffin改良了听诊器之后，就可以听到身体内部更多的声音，如静脉血管、动脉血管、心脏跳动、肺部呼吸、肠子蠕动的声音。1937年，凯尔将卡门的听诊器再次改良，使之能够能产生立体音响。近年来，市场上陆陆续续出现了一些电子听诊器，可放大心脏声音，还可以记录心脏杂音，与正常心音比较。听诊通过使用一个简单且有效率的工具——听诊器，获得了结构性和功能性心脏缺陷的很多信息。而电子听诊器正在逐步取代传统听诊器。

电子听诊器的出现，大概是在20世纪70年代左右。美国一家医疗器械的公司推出了电子听诊器，该听诊器可以捕捉到身体内部器官发出的一些微弱却非常重要的声音，使得医生不会错过任何有价值的声音，更容易判断心肺等器官可能发生的病变。

在我国，电子听诊器出现的比较晚，虽然听诊器可以听到心音，但是并非针对心音。而从1975开始，就有人提出了自制心音脉搏监听仪。虽然仅仅是个开始，但是从近年来的论文发表来看，针对心音脉搏的研制越来越多了，并且增加了许多技术，如蓝牙、无线、APP等等。

目前，我国心音监听仪的研发和应用还处于一个急速发展的阶段。和国外的心音监听仪的区别，在技术上不是很大，最大的区别在于针对杂音的处理的算法。

1 系统方案设计

1.1 系统方案确定

在此方案中，把系统分为传感器模块、采集模块、数据处理存储模块和PC处理模块四个部分。在传感器部分，因为脉搏的信号可以从心音信号中提取，所以只设置了心音的传感器。脉搏信号将在PC机中通过算法提取出来。首先在心音传感器采集，经过放大、滤波电路，经

MCU的模数转换，再经过文件系统存储于SD卡。SD卡经由读卡器，将数据连入PC机中，使用MATLAB处理。该方案还加入了一个网页。在MATLAB处理完毕的数据可以上传到服务器，使用该系统的人可以将数据上传到服务器，服务器则会返回诊断结果。同时，医生还可以阅览上传的数据，可以对某些心音数据进行诊断，给予及时的医嘱（图1）。

本方案数据转换处理存储模块采用STM32F103VET6为控制核心，心音传感器采用医用听筒和高清麦克风为制作材料，放大滤波电路则采用低噪声高阻抗的TLC2252作为运算放大器。

2 硬件电路设计

2.1 心音脉搏采集电路

心音脉搏采集电路是本系统的难点部分，同时也是核心部分，该部分硬件电路包括：放大部分、滤波部分、电平抬升部分和电源部分。运算放大器采用高阻抗低噪声的TLC2252，逆转电压部分使用的芯片是ICL7660 。

2.1.1 前置放大电路

前置放大电路选用了的TLC2252芯片作为运算放大器。TLC2252是由TI公司精湛的LinCMOS工艺制作运算放大器，和如今市场上的多数运算放大器相比，TLC2252具有非常好的输入失调电压、满电源电压幅度输出和低功耗的性能。TLC2252的高输入阻抗和低噪声，以及低功耗，使得其在便携式医学应用方面应用日益广泛。

由于传感器的输出是一个3.5mm的音频插头，因此前置放大器的输入端是一个音频插座，其放大倍数是可通过滑动变阻器改变，放大倍数可从1～10倍调节（图2）。

2.1.2 低通滤波电路

低通滤波器同样选择了低噪声、高阻抗的TLC2252作为运算放大器。通带频率为

600HZ，截止频率为800HZ（图3）。

[责任编辑：杨玉洁]