數(shù)字聽(tīng)診器

數(shù)字聽(tīng)診器概述

　　聽(tīng)診器是一種醫(yī)學(xué)儀器，用來(lái)聆聽(tīng)人體或動(dòng)物體內(nèi)的聲音，例如：心臟、呼吸、腸胃等等。聽(tīng)診器是1816年由法國(guó)醫(yī)生雷納克所發(fā)明的。

　　無(wú)論是聲學(xué)聽(tīng)診器，還是數(shù)字聽(tīng)診器，主要功能都是作為心臟和肺部的輔助診斷工具，通過(guò)傾聽(tīng)聲音信號(hào)進(jìn)行診斷。聲學(xué)聽(tīng)診器的使用已經(jīng)有大約200年的歷史，而電子數(shù)字聽(tīng)診器則是近期開(kāi)發(fā)出來(lái)的新型設(shè)備。數(shù)字聽(tīng)診器的基本目標(biāo)是保持聲學(xué)聽(tīng)診器的外觀(guān)和感覺(jué)，但提高了聲音信號(hào)的檢測(cè)能力。另外，高端數(shù)字聽(tīng)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(guān)的數(shù)據(jù)顯示結(jié)果，并顯示在外設(shè)顯示器，如計(jì)算機(jī)監(jiān)視器。先進(jìn)的功能增強(qiáng)了醫(yī)師的診斷能力。數(shù)字聽(tīng)診器在改進(jìn)性能的同時(shí)，還要求維持現(xiàn)有聲學(xué)聽(tīng)診器的外形(相同的外觀(guān)和感覺(jué))，這就需要使用小尺寸、低功耗的解決方案。

聽(tīng)診器的來(lái)源

　　早在十九世紀(jì)的某一天，在法國(guó)巴黎一個(gè)豪華的住宅里，著名的醫(yī)生雷內(nèi)克正在給一個(gè)貴族家的小姐看病。雷內(nèi)克醫(yī)生在聽(tīng)完病人的病情介紹后，懷疑她患的是心臟病。雷內(nèi)克心想，要是能聽(tīng)一下小姐的心臟跳動(dòng)就好了。但是病人是一位年輕的貴族小姐，直接用耳朵聽(tīng)顯然不合適。

　　雷內(nèi)克醫(yī)生苦苦的思索著，忽然在他的腦海里浮現(xiàn)出孩子們的游戲，一個(gè)孩子在樹(shù)的一頭敲打，另一個(gè)孩子在樹(shù)的另外一頭聽(tīng)。他從這件事得到啟發(fā)，拿來(lái)一張紙，將紙緊緊地卷成一個(gè)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(shí)小姐的心跳可以清楚地聽(tīng)見(jiàn)了，比把耳朵直接貼在胸部聽(tīng)得還清楚。

　　雷內(nèi)克醫(yī)生回家后，請(qǐng)人專(zhuān)門(mén)做了一個(gè)空心的木管，用作看病時(shí)的聽(tīng)診用。這就是第一代聽(tīng)診器。這個(gè)聽(tīng)診器的形狀很像一個(gè)笛子，所以醫(yī)生就叫它“醫(yī)生之笛”。

　　這是什么原理呢？原來(lái)聲音的發(fā)出是緣于物體的震動(dòng)，然后通過(guò)空氣傳入耳朵。聲音在空氣中傳播時(shí)是向四面八方傳播的，雷內(nèi)克用“聽(tīng)診器”將聲音“聚集”到一起，聽(tīng)起來(lái)的效果就好多了。

　　后人把木管改成現(xiàn)在的橡皮管，另一頭改進(jìn)為貼在病患者胸部能產(chǎn)生共鳴的小盒，就成了現(xiàn)在的聽(tīng)診器。

數(shù)字聽(tīng)診器結(jié)構(gòu)

音頻信號(hào)通道

　　數(shù)字聽(tīng)診器的主要單元是聲傳感器、音頻編解碼器和揚(yáng)聲器。聲傳感器將聲音轉(zhuǎn)換成模擬電壓信號(hào)，這是信號(hào)鏈路的關(guān)鍵。它決定了數(shù)字聽(tīng)診器的診斷質(zhì)量，而確保用戶(hù)獲得與聲學(xué)聽(tīng)診器相同的體驗(yàn)。

　　需要對(duì)模擬電壓進(jìn)行調(diào)理，并通過(guò)音頻模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)或音頻編解碼器將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。有些數(shù)字聽(tīng)診器帶有消噪聲功能，需要另一個(gè)聲傳感器或麥克風(fēng)記錄環(huán)境噪聲，然后經(jīng)過(guò)數(shù)字輸出消除噪聲。這種方案中，需要使用兩個(gè)音頻ADC。

　　一旦轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，即可利用微控制器單元(MCU)或數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)進(jìn)行信號(hào)處理，包括環(huán)境噪聲抑制和濾波，限制心臟和肺部聲音信號(hào)的帶寬范圍。處理后的數(shù)字信號(hào)通過(guò)音頻數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(DAC)或音頻編解碼器再轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)。

　　在輸出到揚(yáng)聲器之前，利用耳機(jī)放大器或揚(yáng)聲器放大器對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行調(diào)整?？梢栽诼?tīng)診器的管叉處放置單聲道揚(yáng)聲器，放大后的聲音通過(guò)雙聲管傳遞到耳朵。另一種方案是采用雙聲道揚(yáng)聲器，每個(gè)聽(tīng)筒末端放置一個(gè)?？紤]到這里的聲音信號(hào)頻率較低，揚(yáng)聲器的頻響特性接近于重低音揚(yáng)聲器。根據(jù)不同設(shè)計(jì)方案選擇使用單路或兩路揚(yáng)聲器放大器。

　　聽(tīng)診器必須對(duì)20Hz至400Hz心臟發(fā)出的聲音和100Hz至1200Hz肺部發(fā)出的聲音信號(hào)保持較高的靈敏度。注意，不同廠(chǎng)商可能規(guī)定了不同的頻率范圍，可以利用DSP算法濾除頻率范圍以外的信號(hào)。

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和傳輸

　　一旦將采集的聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬電壓，電壓信號(hào)可以通過(guò)一個(gè)音頻插孔輸出，并且可以在計(jì)算機(jī)或數(shù)字聽(tīng)診器上回放。采集到的聲音信號(hào)還可以轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，然后存儲(chǔ)在聽(tīng)診器內(nèi)部或可移動(dòng)非易失(NV)存儲(chǔ)器，如EEPROM或閃存，需要時(shí)，可以通過(guò)聽(tīng)診器的揚(yáng)聲器回放，也可以傳送到計(jì)算機(jī)做進(jìn)一步分析。增加一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘(RTC)，可以按時(shí)間、日期標(biāo)注記錄。錄音信號(hào)通過(guò)有線(xiàn)接口(如USB)或無(wú)線(xiàn)接口(如Bluetooth？或其它專(zhuān)有無(wú)線(xiàn)接口)傳遞。

顯示和背光

　　多數(shù)數(shù)字聽(tīng)診器由于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?yàn)槁?tīng)診器在操作時(shí)環(huán)境亮度通常較暗，數(shù)字聽(tīng)診器的顯示器需要背光。小型顯示器需要1到2個(gè)由LED驅(qū)動(dòng)器控制的白光發(fā)光二極管(WLED)或由EL驅(qū)動(dòng)器控制的場(chǎng)致發(fā)光(EL)板。當(dāng)然，增加一個(gè)觸摸屏及其控制器也可以去掉按鍵用戶(hù)接口。

電源管理

　　絕大多數(shù)數(shù)字聽(tīng)診器采用一節(jié)或兩節(jié)AAA 1.5V原電池供電，設(shè)計(jì)要求用升壓或boost開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器將電壓提升到3.0V或5.0V，取決于具體電路。

　　如果安裝了單節(jié)1.5V電池，開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器可能始終保持有效，系統(tǒng)的低靜態(tài)電流成為延長(zhǎng)電池壽命的關(guān)鍵。電池使用壽命越長(zhǎng)，數(shù)字聽(tīng)診器的使用就越便利，也更接近聲學(xué)聽(tīng)診器的使用習(xí)慣。

　　采用兩節(jié)1.5V串聯(lián)電池供電時(shí)，開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器可以始終保持有效，或在不使用時(shí)將其關(guān)斷。如果電路的工作范圍從3.6V至最低1.8V，可以不使用開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器，從而進(jìn)一步降低成本、節(jié)省空間。低電量報(bào)警是必備功能，確保在對(duì)患者診斷過(guò)程中不需要更換電池。

電池管理

　　數(shù)字聽(tīng)診器可以采用可充電電池供電，最好選擇單節(jié)Li+電池。如果使用可充電電池，在數(shù)字聽(tīng)診器或充電架內(nèi)需要配備電池充電器。電量計(jì)可以精確測(cè)量電池的剩余電量，計(jì)算電池能夠支持的工作時(shí)間。如果電池可拆卸，為確保安全以及較好地管理售后市場(chǎng)，有必要增加防偽認(rèn)證功能。

數(shù)字聽(tīng)診器的功能

　　1、常用來(lái)聽(tīng)診人體的心、肺、脈等器官的聲響變；

　　2、在量血壓時(shí)用來(lái)放大脈搏聲音，便于醫(yī)生診斷；

　　3、呼吸系統(tǒng)方面，可以用來(lái)聽(tīng)肺的呼吸音，判別肺內(nèi)病變；

　　4、也可以用來(lái)聽(tīng)診胎兒的心音；

　　5、心血管方面，可以用來(lái)聽(tīng)心率，心音，血管雜音等；