導語：新型聽診器設計特性分析研究論文一文來源于網友上傳，不代表本站觀點，若需要原創文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

[摘要]本論文提出一種可將聲音信號放大并經示波器可以觀察心音信號的電子心音聽診器，提高聽診的準確性。論文首先闡述了系統硬件具體設計。然后介紹本系統的抗干擾。最后，論文給出了設計實現的功能，分析了系統設計中的不足，以及其中有待完善和改進的內容。

[關鍵詞]心音呼吸音聽診器

一、概述

1.電子心音聽診器的研究背景與意義。聽診是臨床上廣泛應用的一種診斷方法，聽診器的發明極大地推動了醫學科學的發展。對心音和呼吸音的聽診是心腦血管疾病和呼吸系統疾病主要診斷手段之一。因此臨床迫切需要一種準確性高、波形實時顯示、能同時聽診心音、簡單易用、成本低、體積小的裝置，讓臨床醫生在心臟聽診的同時能看到相應信號的波形圖，以便對病人的病變做出更加準確的判斷，促進心腦血管疾病和呼吸系統疾病的研究和診治。

2.心音聽診器國內外研究現狀。心音信號的分析與研究主要在以下幾個方面：①對51(第一心音)和S2(第二心音)的生理病理研究；②對人工心臟瓣膜的無創傷檢測；③對心音微弱成分(第三心音和第四心音)的分析研究；④分析心臟雜音的頻率變化規律；⑤從一個心動周期中定位提取心音成分；⑥對心音傳導機制建模。

在傳統的穩態分析方法基礎上，增加非平穩信號分析方法。典型的心音時頗分析有短時傅立葉變換、自回歸模型、維格納分布、小波變換等，人們將這些方法應用于第一心音分析、第二心音分析、心雜音分析，做了很多研究工作，取得了很好的成果。

3.心音產生機理和組成。心臟的瓣膜和大血管在血流沖擊下形成的振動，以及心臟內血流的加速與減速形成的湍流與渦流及其對心臟瓣膜、心房、室壁的作用所產生的振動，再加上心肌在周期性的心血活動作用下其剛性的迅速增加和減少形成的振動，經過心胸傳導系統到達體表形成了體表心音。心音中常包含心內噪音、呼吸噪音、體表噪音和心胸系統傳播過程中產生的噪音。

4.本文研究的主要內容。本文對該領域的研究背景、研究現狀和發展趨勢進行了充分調研，對心音的形成機理進行了深入研究，針對傳統聽診器的不足提出了電子心音聽診器的設計思想。

二、電子心音聽診器設計要求

1.心音信號技術指標。心音幅值：30-6OmV；心音頻率：20-600HZ；心率：75次/分。

2.電子心音聽診器技術指標。工作環境：溫度：+5-+4O℃，相對濕度：<80%；電源：電源適配器：+5V；

輸入方式：心音探頭各一個；輸出方式：耳機或音響輸出，示波器顯示；

濾波頻響：心音：20-15OHz；放大器增益：心音：100倍以上。

3.系統設計要求。易操作、低功耗、低成本、可靠性、便攜性、抗干擾。

三、電子心音聽診器內部設計

1.心音探頭。(1)駐極體電容式傳聲器。當聲波傳到振膜時，膜片發生相應振動，改變了電容器極板之間的距離，使電容量C發生相應的變化，其兩端的電壓也相應變化。由于R的阻值很大，充電電荷Q來不及變化，這樣就把聲能轉換成了電能。(2)駐極體電容式傳聲器腔體設計。傳聲器是心音和呼吸音檢測的關鍵部分之一，其性能直接影響心音和呼吸音信號的提取質量。另一個影響心音和呼吸音信號提取質量的重要因素是傳聲器與體表的聲禍合方式。當用傳聲器檢測心音和呼吸音信號時，傳聲器與體表皮膚的耦合形式不同，會給測量結果帶來不同程度的影響。

本文使用傳統聽診器集音腔體，在導音橡皮管末端接駐極體電容式傳感器，完成心音探頭設計。

2.初級放大模塊。從心音呼吸音傳聲器輸出的是非常微弱的交流小信號，根據我們使用的駐極體電容式傳聲器的敏感度，心音信號的幅值為：30-60mV，這種大小的信號不能滿足濾波模塊的要求，必須進行信號的放大處理。這里使用的是TI工公司生產的一款運算放大器芯片LM358。

初級放大模塊電路。通過電阻、電容和+5V電源傳聲器供電；電容有兩個作用：作為隔直電容，使電容兩端直流電壓不會相互干擾，二作為耦合電容，交流小信號可以通過電容傳送給后面的運算放大器，進行電壓放大。

3.濾波模塊。心音的頻率范圍是20-600HZ，主要集中在20-15OHz范圍內，信號的主要干擾源之一的工頻50Hz在心音的頻率范圍，所以我們可構造低通-50Hz陷波濾波器網絡，截止頻率分別是0Hz和15OHz，中間濾除工頻50Hz對心音信號影響不大，20Hz以下基本為直流信號，對心音信號影響也可以忽略，所以不專門設計高通濾波器。

4.再放大模塊。在濾波模塊后我們又設置了再放大模塊，進行信號的再放大處理，不會把一些干擾噪聲也同時放大，提高信號的信噪比。公務員之家

在再放大模塊中我們仍然使用運算放大器芯片LM358。

從再放大模塊出來的信號可分兩路：一路外接示波器進行波形顯示，另一路送到功率放大模塊驅動耳機。

5.功率放大模塊。電子心音聽診器其中一個最重要的功能就是實現對心音的聽診，幫助醫生診斷病情。然而心音信號經過再放大模塊后，電壓幅值己經達到示波顯示的要求，但它尚不能驅動耳機發聲。必須對信號進行功率放大，才能實現聽診功能。

在這里我們使用NS公司生產的LM386作為集成功放電路，LM386的功能和特性作看參閱相關資料。

6.功率放大電路。可參照一般的功放電路。

四、設計瀏覽及展望

本論文主要完成電子心音聽診器的硬件設計，包括心音呼吸音探頭、初級放大模塊、濾波模塊、再放大模塊和功率放大模塊的設計。努力和研究，己經完成了系統的整體設計，達到了預期的目標。

以后還可以在以下幾個方面作進一步研究和努力：對該設計進行數字化擴展，包括液晶顯示波形，并可以對波形進行存儲和回放。其次在本設計中，雖然對心音和呼吸音進行了硬件低通和陷波濾波，消除了部分噪聲交叉干擾，但由于心音和噪音之間存在頻譜上的重疊，不能用硬件濾波的方法得到純正的心音和呼吸音信號。有研究者證明，可以用小波和自適應濾波法來減少這種頻譜上重疊的干擾。今后需研究并設計出一套比較好的濾波去噪算法，得到相對純正的心音信號，使聽診更加準確。

參考文獻：

[1]單亞婭，趙德安.新型可視電子聽診器的研制.微型機與應用，2005.

[2]閻武麗，李翔.新型多功能電子聽診器的結構及工作原理.西南科技大學學報.

[3]趙玲，李橋，邵慶余等.正常與異常心音比較研究.中國醫學物理學雜志，2000.