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便携式心音信号记录仪系统设计研究

2023年06月07日 09:17:39      来源:浙江托普云农科技股份有限公司 >> 进入该公司展台      阅读量:15

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    一种便携式心音信号的采用有源模拟滤波器将环境噪声从心音信号中滤除,提取心音的实时数据,通过DSPIC 芯片的内部AD 模块将心音信号数字化和信号处理。固件程序将数字化的心音信号以FAT32 文件系统格式写入SD 卡保存。上位机软件采用LabVIEW 软件编写,软件将保存在SD 卡中的心音时域数据回显。医生可以根据心音的时域图再做进一步的分析和判断。
    长期以来内科医生都采用心音听诊来对心脏疾病做初步判断。国内外研究发现,许多心脏病人在发病初期,心音信号的异常还没有稳定出现。单纯依靠一次心音听诊来判断心脏异常,往往得不到理想的效果。心音信号包含了心脏血管系统活动过程的重要信息,可以作为诊断心脏血管系统疾病的依据。本文提出了一种基于嵌入式计算机技术的便携式心音信号记录仪的设计方法。该记录仪采用有源模拟滤波器将环境噪声从心音信号中滤除,提取心音的实时数据,通过dsPIC 芯片的内部AD 模块将心音信号数字化和信号处理。固件程序将数字化的心音信号以FAT32 文件系统格式写入U 盘保存。采用该方法4G 容量U 盘可以长时间无压缩保存达一周的心音数据。该数据可以作为初期心脏病人诊断的重要生理数据。
系统总体设计思路
    通过国内外研究得到: 心音信号主要集中在30 ~ 500Hz。通过国内外研究资料表明,心音信号中夹杂着较多的干扰信号,如环境噪声,人体呼吸音等。为了较好的得到纯净的心音信号,通常需要设计一个带通滤波器,带通滤波器的通带范围在30 ~ 500Hz 之间。为了实现心音信号的采集和存储,系统的整个硬件实现框架需要包含5 个部分:
( 1) 传感器信号调理;
( 2) 心音滤波电路;
( 3) 嵌入式主控制器;
( 4) 液晶显示及键盘接口;
( 5) 电源设计。其系统的连接关系。查阅相关文献了解到: 心音探头目前主要有压电膜传感器和驻极体声音传感器两种方案。这两种方法各有优缺点。驻极体传感器具有较好的音域范围,市场成熟。本方案选用驻极体声音传感器作为心音探头。心音滤波器采用美国微芯公司Microchip 轨对轨运放放大器MCP609 芯片实现。该芯片具有工作电压低,功耗低等的特点,特别适合手持低功耗产品。嵌入式主控制器选用美国微芯公司数字信号处理芯片dsPic 33FJ128。该DSP 芯片有较高运算性能,在系统中采用该方案,给整个系统预留了一定的富裕。系统拟采用模拟滤波器与数字滤波器双重滤波方案。由于该DSP 芯片没有USB 接口,所以在DSP 外围增加了一颗CH376 芯片,该芯片是南京沁恒半导体公司出品的U 盘接口芯片。LCD 显示选用128 ×64 点阵的单色液晶模组。
    可以根据心音的时域图像再做进一步的分析判断,如早搏,二尖瓣关闭不全等。该课题进一步在完善心音信号记录仪,从目前的单点测量发展到多点采集心音。课题小组目前正在从采集的心音历史数据中对冠心病做早期的诊断研究。该方案可以捕获随机的心音异常,提成心音听诊诊断的效果。该方案成本低,效果明显,可以捕获随机的心音异常,提升了心音听诊诊断的效果。具有较好的市场价值。

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