专利名称：一种分布式可穿戴动态心音采集装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及生物医学信号检测领域，尤其是一种分布式可穿戴动态心音检测装置，将五个心音传感器采用一种机械结构紧固在衣物的特定位置，同步、独立的采集五个区域的心音信号，从而给出一种能够检测人体日常生活状态下的心音信号的装置。
背景技术：
目前心脏病发病呈逐年上升趋势，而患者低龄化态势使得心脏病的早期诊断越来越受到关注。目前临床常用的心脏病诊断设备，如超声多普勒诊断仪，ECG等手段，不仅价格昂贵，需要专业技术人员操作，而且通常须经过有经验的专业医师，对诊断仪采集到的信号进行分析、解释，才能够对心脏病进行明确诊断，诊断成本高。在中国，只有一些三甲医院可以同时拥有这些昂贵的诊断设备和专业的诊断医师，面对中国心脏病急速上升的趋势，不可避免的造成了疑似患者就医难，看病贵。诊断成本的居高不下，不仅给患者家庭造成严重的经济负担，而且也会给国家经济的发展带来很大的困扰。很明显，现有的方式远远不能满足心脏病检测的需求，急需研发一种价格低廉、操作简单的心脏病检测设备。心音是人体重要的生理信号之一，许多心血管疾病，尤其是瓣膜类疾病，心音都是重要的诊断信息。特别的，当心血管疾病尚未发展到足以产生其他症状(如ECG变化)之前，心音中出现的杂音和畸变就是唯一的诊断信息。研究表明通过对心音的分析，可以先于其他检测方法发现心脏疾病，如冠心病、心肌炎等，具有心电图、超声心动图不可取代的优势。大量实践证明心音分析能够为心脏病的早期诊断提供充分的依据，为心脏疾病的治疗鳳得更多的时间。心音听诊是临床诊断的重要手段，但心音听诊有着很大缺陷。首先，心音听诊的准 确性严重依赖于医生的经验；其次，心音异常通常具有突发性、短暂性等特点，短时间的静态听诊很难捕捉到心音异常；再次，医生听诊时通常通过反复移动听诊器检测不同的听诊区的心音，不能同时实现所有听诊区同步检测并进行综合诊断。
发明内容
针对上述心音检测技术中的缺点，本发明提出了一种紧固在衣物上可穿戴、分布式、动态采集人体心音的方法和装置，可长时间采集穿戴者的心音，同时提供瞬时心率、心率和五个检测区的能量-时间-频率谱等参数。一种分布式可穿戴动态心音采集装置主要发明内容包括I、分布式心音采集。取临床上常用5个心音诊察区，为本发明中的心音检测区，同步采集各区的心音。2、可穿戴动态心音采集。将5个心音传感器分别固定在紧身衣物上，其位置对应于I所确定的心音采集区。3、心音传感器的固定件。心音传感器的紧固件整体由PVC材料制成，其主要结构包括外壳、螺钉、螺母、弹簧垫片、弹簧组成，该固定件可确保心音传感器压紧在皮肤表面。4、采用无参考心音分段法对每路心音信号进行分段，取其平均值作为最终分段结果，提高了分段精度。5、对每路心音信号进行EEMD分解，计算能量-时间-频率谱。本发明的优点为I、本发明可同步采集临床上常用心音诊察的5个区域的心音信号，为心脏病的准确诊断提供了全面、完整的心音信号；2、本发明中的心音传感器的固定方式，不仅可防止大量的外界噪声污染心音信号，而且可以通过螺钉和螺钉末端的弹簧将心音传感器自动压紧在人体皮肤表面，消除了 人体皮肤与传感器之间的相对移动而引人的噪声；3、本发明不仅可用于人体静态状态下的心音信号采集，也可用于人体在日常生活状态下的心音采集；4、本发明采用5路心音信号的分段平均值作为最终的分段结果，提高了分段的准确率。应用上述心音检测装置的智能服装能够对人体心音信号进行实时监测，实现对瓣膜类心脏病的综合诊断与早期发现，从而为患者赢得治疗时间，降低诊疗成本，在临床治疗和居家健康监护等方面具有特别重要的意义。将上述心音检测装置的智能服装应用于心音在心脏病发展过程中的变化亦能起到重要作用。另外，上述智能服装还可以应用于军事与航天、娱乐与通讯、安全与保卫等领域。
图I是心音采集区。图中A-主动脉瓣检测区，P-肺动脉瓣检测区，T- 二尖瓣检测区，E-第二主动脉瓣检测区，M-三尖瓣检测区；图2是所述的心音检测装置应用于智能服装的设计原理图；图中I-二尖瓣检测区的心音传感器，2-肺动脉瓣检测区的心音传感器，3-主动脉瓣检测区的心音传感器，4-第二主动脉瓣检测区的心音传感器，5-三尖瓣检测区的心音传感器，6-信号输出接口，7-埋入衣物的导线，8-紧身衣；图3是心音传感器紧固件机械图；图中9-外壳，10-螺母，11-螺钉，12-弹簧垫圈，13-弹簧；图4分布式动态心心音信号采集系统组成示意图；图5心音分段原理不意图；图6心音参数提取过程示意图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明做进一步说明。I、分布式心音采集区域的确定。临床上心音常用诊查区有五个，医生通常综合考虑这五个区域的心音。因此选择图I中的五个区域作为本发明中的心音采集区域。2、心音传感器的固定，紧固件如图3所示。在紧身衣物上，确定心音传感器的紧固位置，使其对应于I中的心音采集区域，紧固件外壳9上的突起放置于衣物内侧，相应的衣物外侧加弹簧垫圈12，用螺母10将外壳9固定在衣物上，将顶端装有弹簧13的螺钉11安装好，心音传感器放置于紧固件的壳体内，同时将传感器的导线埋入衣物的内部，如图2所
/Jn o3、穿着时心音传感器的调整。当固定好心音传感器的紧身衣穿着在人体上时，调整各采集区域上紧固件上的螺钉11，使得心音信号的输出信号质量达到最佳状态。4、心音信号的调理与数据采集。信号调理电路主要包括两个部分，信号放大与信号滤波。心音传感器采集到的心音信号，通过图2中的信号输出接口 6连接到放大电路，将心音信号放大到峰峰值为5V左右的信号，经上限频率为2KHz的8阶butterworth滤波器进入同步高速数据采集卡后，由Iabview软件读入上位机。5、心音信号参数提取。本发明中的心音参数流程如图6所示。心音分段如图5所示，对每路心音信号进行独立分段，过程大致为，提取心音包络一设置香农阈值一合并心音分裂一确定心音分段，将五路分段结果的平均值作为最终的分段结果。计算瞬时心率根据上一阶段的分段结果，提取一个心动周期的心音，若该心动周期的时间为t秒，则瞬时心率为60/t。计算能量-时间-频率谱(I)计算MF。首先对一个心动周期的心音信号进行镜像延拓，以减弱谱中的边界效应；对延拓后的心音信号进行EEMD分解，将信号分解为若干个IMF。在EEMD分解过程中，加入噪声的次数为50次，包络提取算法采用B样条插值，筛分次数为10次。(2)计算能量-时间-频率谱。对每一路的心音信号经EEMD分解得到的MF，计算hiIbert谱,得到能量_时间-频率谱。计算心率统计I分钟内的心动周期次数作为心率。
权利要求
1.一种分布式可穿戴动态心音采集装置，其特征在于本装置由紧身衣、紧固件、五个独立的心音传感器、五路独立的信号调理电路、同步高速数据采集卡及心音信号处理单元组成；其中，五个独立的心音传感器由紧固件固定在紧身衣物上，并分别依次与信号调理电路、同步高速数据采集卡连接，由LabVIEW程序读入上位机，经信号处理单元，输出瞬时心率或心率、各采集区心音的能量-时间-频率谱。
2.根据权利要求I所述的分布式可穿戴心音采集装置，其特征在于心音传感器紧固于紧身衣物上，形成可穿戴心音采集装置。
3.根据权利要求2所述的可穿戴心音采集装置，其特征在于采用五个独立心音传感器形成分布式心音采集装置，并用同步高速数据采集卡，同步采集人体体表五个区域的心音信号。
4.根据权利要求3所述的分布式可穿戴心音采集装置，其特征在于五个心音检测区域为临床常用的心音诊察区，主动脉瓣区、肺动脉瓣区、第二主动脉瓣区、二尖瓣区及三尖瓣区。
5.根据权利要求4所述的分布式可穿戴心音采集装置，其特征在于五路独立的心音传感器采用紧固件固定在紧身衣特定的位置上，这些特定位置对应于权利4所述的心音诊察区。
6.根据权利要求5所述的紧固件，其特征在于结构主要包括外壳、螺钉、螺母、弹簧垫圈和弹黃。
7.根据权利要求6所述的紧固件，其特征在于外壳整体及其附件均采用PVC材料，壳体一端有内螺纹和外螺纹，外螺纹末端有突起，螺钉末端装有弹簧，壳体上的突起、外螺纹配合螺母及弹簧垫圈可将传感器固定在衣物的特定位置，内螺纹配合螺钉及螺钉顶端的弹簧可将传感器压紧在人体皮肤表面。
8.根据权利要求4所述的分布式可穿戴动态心音采集装置，其特征在于信号排列顺序为临床听诊顺序。
9.根据权利要求I所述的分布式可穿戴动态心音采集装置，其特征在于所述信号处理单元包括， 心音分段模块，分别对五路独立的心音信号采用无参考分段法进行分段，取五路分段结果的平均作为最后的分段结果； 心率提取模块，根据心音分段模块得到的结果，确定每个心动周期的时间，根据该时间得到瞬时心率，统计I分钟之内的心动周期，得到心率； 心音能量-时间-频率谱模块，将原始心音信号进行延拓，EEMD分解各路心音信号为IMF，对每个IMF进行谱计算，最终得到每个检测区的能量-时间-频率谱。
10.根据权利要求I所述的分布式动态心音采集装置，其特征在于可动态采集穿戴者日常生活状态下的心音信号。
全文摘要
一种分布式可穿戴动态心音采集装置，属于生物医学信号检测技术领域。所述分布式可穿戴动态心音采集装置由弹性紧身衣8、与衣物紧固在一起的五个独立心音传感器1-5、埋入衣物的导线7、信号输出接口6、五组独立的信号调理电路、同步高速数据采集卡及心音信号处理单元组成，可实现佩戴者在日常状态下五个区域(主动脉瓣区、肺动脉瓣区、第二主动脉瓣区、二尖瓣区及三尖瓣区)心音信号的同步动态采集，具有心音自动分段、心率检测、计算各检测区心音的能量-时间-频率的功能，可为心脏病的诊断提供完整的心音信息。将所述的心音采集装置应用面向健康监护的智能服装，既可及早发现一些瓣膜类心脏疾病，又可监测心脏病患者的心脏健康状态。
文档编号A61B5/024GK102860839SQ201210410130
公开日2013年1月9日 申请日期2012年10月25日 优先权日2012年10月25日
发明者苗长云, 高华, 张 诚, 李鸿强 申请人:天津工业大学