无线电子听诊器的研制

李雨航 齐殿伟 郭佳轩 姜鑫鑫 李阳

摘  要：21世纪，随着互联网和人工智能技术的不断发展，人们更加重视健康管理，辅助诊断疾病的医疗器械也在不断地增加，如X光机、心电图机等，但是使用听诊器听诊仍然是每个医生必备的技能，听诊可以让医生在前期对病情有所预估，从而确定应该使用什么手段来有效诊断，让患者有针对性地检查相关项，节省诊断时间、医疗成本、检查费用。传统的听诊器使用简单、有效，但是如果听诊环境复杂，医生的经验不足等，都会影响听诊效果，因此，需要利用现代化技术，研制一种可以将声音转化成可视的波形，实时播放，使诊断效果更为准确，而且不受场地的限制，无论医生是否在现场，都能根据需要进行远程实时会诊。本项目的目标就是研制一种具有低功耗、小体积、高灵敏度的多功能的电子听诊器，采用现代低功耗微处理器技术、蓝牙通信技术、多功能听诊头结构设计技术、数字滤波去噪和高效数据分析算法，可实现呼吸音和心音的采集、滤波、去噪、放大、分频回放等功能，具有体积小、功耗低、使用方便等特点。

关键词：无线电子听诊器;智慧医疗;蓝牙通信技术

中图分类号：TH772.2;R197.39      文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2019）07-0032-03

Abstract：With the development of the internet and artificial intelligence technology in the 21st century，people pay more attention to the management of health，and the number of medical devices that help diagnosis is increasing，such as X-ray machines and electrocardiographs. But stethoscope auscultation is still a necessary skill for every doctor，auscultation allows doctors to predict the condition in the early stage，to determine what means should be used to effectively diagnose，allowing patients to check related items，saving diagnosis time，medical costs，inspection costs. The traditional stethoscope is simple and effective，but if the auscultation environment is complicated，the doctor’s experience，etc.，those will affect the auscultation effect. Therefore，it is necessary to use modern technology to develop a waveform that can be converted into a visible waveform for real-time playback. The effect is more accurate and is not limited by the venue，allowing remote real-time consultations as needed，whether or not the doctor is on site. The goal of this project is to develop a low-power，small-volume，high-sensitivity，multi-function electronic stethoscope，using modern low-power microprocessor technology，Bluetooth communication technology，multi-functional auscultation head structure design technology，digital filtering denoising and high-efficiency data analysis algorithm which can realize the functions of collecting，filtering，denoising，amplifying and frequency-dividing playback of breath sounds and heart sounds，featuring small size，low power consumption and convenient use.

Keywords：wireless electronic stethoscope;intelligent medicine;Bluetooth communication technology

0  引  言

電子听诊器的应用对于医生和病人来讲是一个相当重大的进步，但是目前市场上可以应用的电子听诊器不仅种类稀少，且价格昂贵，不适合于一般心音和呼吸音的诊断需求。而特别微弱的病理声音，可能会被环境噪音所淹没，所以如果听诊环境嘈杂，便会严重影响听诊的效果;若听诊时间较长，耳听紧紧地塞在耳朵里，可能会导致医生感觉到不舒适;通过听诊帮助诊断，全凭医生的经验及其主观判断，可能会导致听诊结果不准确。针对上述问题，迫切需要一种新型听诊器，且其需具有以下功能：具备传统听诊器的功能，可以听诊各种内脏音如心音、呼吸音、肺音等，为医师诊断提供依据;可以将听诊音扬声器播放，为多医师会诊提供便利;可以将声音转换成为波形，实时播放，为医生提供可视的波形参考，使诊断更加准确，为教学和会诊提供资料。装置要求简单易用、成本低、体积小，可以让医生对病情做出更准确的判断，以及方便教学和会诊。

因此，本项目的目标就是研制一种具有低功耗、小体积、高灵敏度、多功能和价格廉的无线电子听诊器，为广大医生和患者提供一种物美价廉的可视化电子听诊器。

1  需求分析

随着21世纪智能医疗化趋势的发展，无线电子听诊器的诞生对于心肺疾病的检查及观测治疗大有裨益。传统的听诊设备终将会被更加优秀的现代产品所取代。

市场上同类型的产品并不多，还没有形成很大的规模，可以说市场上供不应求，因此我们的产品有很大的开发空间。能实现一般功能的听诊器一般都是国外生产的，体积大，且价格昂贵，不适合于一般心音和呼吸音的诊断需求。国内也有生产的，种类比较少，而且功能不能满足听诊要求。我们设计的产品的创新点及亮点包括：能耗低、体积小、灵敏度高、使用方便，将电子技术和医学技术相结合，可以直观地显示心音时域波形，通过心音图为医生和患者提供精确的心音，有效帮助医生实现异常人体心脏和肺工作状态信息的辨别和诊断;我们的产品最大的亮点在于可以满足医生和患者的需要，电子听诊器可以将心肺音信号保存，可以回放，便于对病人的病情进行跟踪诊疗和康复前后病情的对比分析。既可以采用传统的听诊方式，也可以采用无线方式，满足各种人群的不同需要，产品被接受的程度非常高。

2  项目设计

本电子听诊器采用测量端和桌面处理显示端组成的分体结构。测量端和桌面处理显示端均以TI公司的CC2540低功耗微处理器（带有蓝牙4.0版本通信协议）为核心，配合STM32单片机。在保证低功耗的同时拥有较强大的数据处理能力。既可以使用传导胶管听音耳件进行传统的听诊，也可以利用驻极体电容传声器对心音和呼吸音进行听诊。

测量端采用传统听诊头与驻极体电容传声器一体化设计的多功能听诊头。以驻极体电容声音传感器为音频拾取传感器，通过与传统听音传导胶管并联的检测方式实现心音和呼吸音的人工听诊和电子化拾取，音频拾取传感器输出的微弱心音和呼吸音信号经过前置放大器、主放大器、高通与低通滤波器以及STM32微处理器进行AD转换后，经由TI CC2540微处理器蓝牙4.0模块传至数据处理及显示端进行数据的分析、存储及显示。

显示处理端由数据接收单片机（CC2540）和數据处理单片机（STM32）以及音频功放和电容式液晶显示器组成。从测量端经蓝牙传来的测量数据一路转为模拟信号进入音频功放放大后输出至耳机，另一路送至STM32单片机经过分频和傅里叶变换去噪处理并进行包络提取之后，结果输出至LCD显示器中显示，同时也可保存至单片机内部的闪存中。无线便携式电子听诊器的整体原理框图如图1所示。

3  项目推广

随着生活水平的提高，人们开始更多地关注健康问题。大多数人对医疗设备、环境也有了新的要求，电子听诊器的需求也随之愈发凸显。人们希望得到更周到、更便捷的医疗服务以及更轻松、温馨、舒适的就医环境，这也带动了高端医疗的发展，电子听诊器的需求不断上升。

随着21世纪智能医疗化趋势的发展，无线电子听诊器的诞生对于心肺疾病的检查及观测治疗大有用处。传统的听诊设备终将会被更加优秀的现代产品所取代。我们开发出来的产品不仅能满足家庭、医院等的医疗需求，而且可以在任何地点、任何场所实时进行测量和听诊，而且无论有没有医学知识，测量的结果可以通过互联网传给医生，供医生进行诊断时参考。

我们的无线电子听诊器用户群非常广泛，未来将与养老院、福利院、幼儿园等多种机构合作，为广大患者带来福音。本项目研制出样机后，将申请专利，与相关公司寻求合作，生产产品，投放市场。

4  结  论

电子听诊器的应用对于医生和病人来讲是一个相当重大的进步，但是目前市场上可以应用的电子听诊器不仅种类稀少，且价格昂贵，不适合用于一般心音和呼吸音的诊断需求。因此，本项目采用现代低功耗微处理器技术、蓝牙通信技术、多功能听诊头结构设计技术、数字滤波去噪和高效数据分析算法，可实现心肺音的采集、放大、滤波、去噪、实时显示、存储、分频回放等功能，具有体积小、功耗低、使用方便等特点，为广大医生和患者提供一种物美价廉的可视化电子听诊器。本项目研制出样机后，申请专利，跟公司合作，生产产品，投放市场。

（1）本文提出了无线电子听诊器的系统结构方案，并对其技术指标、设计要求、功能需求的具体实现进行了分析，完成了以微处理器STM32为核心的低功耗、低成本无线电子心肺音听诊器的设计和调试，实现了心肺音的采集、放大、滤波、AD转换、传输、分析、显示和存储。

（2）本文实现了最小均方（LMS）自适应滤波与归一化平均香农能量计算相结合的带通滤波去噪和心音信号分析，以比较小的计算量实现了心肺音信号的进一步滤波去噪和主要心音指标的分析，达到了较好的处理效果。

参考文献：

[1] 黄翔，郑勇，辛亦君，等.基于创新创业视角对“互联网+公益3.0”的研究——以“e+益”为例 [J].现代信息科技，2018，2（9）：133-135.

[2] 张秋玲，张秀英.大学生参与互联网+公益活动现状研究 [J].中国报业，2018（12）：32-34.

[3] 延秀娟，鄂佳雯，刘旗.基于“互联网+”的老年人保健品公益平台设计与实现 [J].产业与科技论坛，2018，17（11）：91-92.

[4] 李宏恩，石春花，郝文延.蓝牙与安卓平台的无线电子听诊器系统设计 [J].实验室研究与探索，2018，37（5）：87-90.

[5] 郝祥飞.便式数字听诊器系统设计与实现 [D].厦门：集美大学，2018.

作者简介：李雨航（1998.02-），女，汉族，辽宁抚顺人，本科在读，研究方向：会计;齐殿伟（1972-），女，汉族，吉林辽源人，会计系主任，教授，博士研究生，研究方向：管理信息系统;郭佳轩（1999.08-），男，汉族，河北邢台人，本科在读，研究方向：会计;姜鑫鑫（1997.01-），女，汉族，辽宁锦州人，本科在读，研究方向：会计;李阳（1996.05-），男，汉族，辽宁彰武人，本科在读，研究方向：财务管理。