基于Zigbee的无线电子听诊器设计

　　引言

　　当今社会，听诊仍然是临床医生不可缺少的常规检查手段，听诊器是医学上常用的声学医疗器械，医生往往通过听诊的方法来评估心脏功能及呼吸系统的状态。目前，主要临床应用的心音听诊是一种机械精度低的听诊器，这样的听诊器在进行心音分析时存在较多弊端: 1. 容易受到主体性医生和测量环境的影响; 2. 大量的心脏部件是低频声音，不容易对其进行声音采集 3. 缺乏定量分析预处理技术及联合诊断功能。为了克服这些弊端，本文采用无线技术设计了一种能够集听诊和心电信号监测及多方会诊功能于一体的多功能电子听诊器。

　　1 心音

　　心音是心动周期中，心肌收缩、瓣膜开闭、血液流动等因素引起的机械振动所产生的声音。每一心动周期可产生四个心音。第一心音是由心室收缩时产生的振动而引起的，是心室开始收缩的标志; 第二心音是由于动脉瓣关闭时的振动而来，是心室开始舒张的标志; 第三心音多在青年人中产生，认为是由于心室壁扩张时的振动而引起的; 第四心音可称为心房音，是由于心房收缩时的振动而产生的，多数情况下在一个心动周期中只能听到 2 个心音，分别称为第一心音( S1) 、第二心音( S2) ，如图 1 所示。某些健康儿童和青年可以有第三心音，40 岁以上的人可能出现第四心音。

　　2 系统设计

　　系统设计包括两大部分: 发射机和接收机。图2 显示了发射机的系统构架。该发射机系统主要由以下四部分构成: ( 1) 心音听诊头及麦克风、( 2) 滤波和功率放大器、( 3) 带 AD 转换的微控制器和( 4)Zigbee 模块。

　　3. 1 前端电路

　　前端电路用于心音信号的采集与预处理。通常有效的人体心音信号频率为 0 ～600Hz，心音听诊头及 MEMS 麦克风用于将心跳产生的声音转换成一个电子信号。信号处理电路由三部分组成，主要是放大电路、滤波电路和第二放大电路。从 MEMS 麦克风中输出的是非常微弱的交流小信号，心音信号的幅值约为: 30 - 60mV，这种大小的信号不能满足滤波模块的要求，必须进行信号的初级放大处理，信号的初级放大采用的是集成运算放大器 μA741。由于心音频率较低，因此在信号放大的同时可将频率在500Hz 以上的信号全部滤除，提高系统的抗干扰能力。本设计中仍采用集成运放 μA741 构成合适的低通滤波电路。经过滤波处理后，我们得到的心音信号己经比较纯正，但信号的大小还是不能满足功放的要求，所以有必要对滤波后的心音信号再进行放大处理，本系统在此时采用的是 LM386 放大器。信号处理电路如图 3 所示。