一种胃肠音监测系统的制作方法

专利名称：一种胃肠音监测系统的制作方法
一种胃肠音监测系统技术领域
本发明实施例涉及医疗机械领域，特别涉及一种胃肠音监测系统。
背景技术：
胃肠音(gastrointestinal sounds)是腹部评估的重要指标,对腹部疾病的诊断与胃肠运动的评估均有较大帮助。因常用听诊部位在右下腹或脐周，习惯上将其称为肠鸣音(bowel sounds)。
目前，国内外临床胃肠音的监测一般均采用普通的听诊器通过人工听诊的方法进行。此方法受听诊人员的主观影响较大，且听诊结果的可测量性与可重复性较差，降低了胃肠音监测的可靠性。并且，在危重患者的监护过程中，需要每隔一段时间就进行一次听诊， 这种重复听诊的操作，增加了胃肠音监测的工作量。
现已公开的一种胃肠音监测技术——多通道肠鸣音采集系统，包括多个传声器， 用于将声音信号转换为电信号；前端处理电路，用于将电信号滤波、放大和电平抬升；A/D 转换装置，用于将放大、滤波和电平抬升后的电信号转换为数字信号；以及数据传输模块， 用于发送数字信号。
显然该多通道肠鸣音采集系统通过对胃肠音进行多通道采集，并将采集信号转换为数字信号进行存储，然而该系统所存储的数据为数字信号，通过人眼的识别该数字信号和判断监测结果存在困难，很容易导致监测结果与临床判定脱节，影响临床应用。
而另一种已公开的现有技术，数字化肠鸣音监测系统，则采用个人计算机声卡及自制听诊头对单部位的胃肠音进行监测，并通过人工识别的方法对胃肠音信号进行标注， 并通过对采集到的胃肠音的主要指标的信号通过人工操作进行了统计和分析，然而该系统中仅能将采集到得胃肠音信号通过波形信号表示出来，后续需要通过人工识别和选定胃肠音信号，然后通过计算机批量计算人工分析胃肠音。
总而言之，目前已公开的现有技术均只实现了胃肠音的采集和记录功能，不能自动处理、评价和监测结果，因此，采集到的结果仍需要人工识别判断或者再次听诊识别，不能直观、有效地获取胃肠音监测结果应用于临床诊断。发明内容
本发明实施例提供一种胃肠音监测系统，用以解决现有技术中存在的无法实现胃肠音信号的自动识别和分析，以及无法对多部位进行同步胃肠音监测、识别和分析的问题。
本发明实施例提供了一种胃肠音监测系统，包括
采集装置，用于采集多个胃肠监测部位的声音，并发送至转化装置中；
转化装置，用于将采集装置采集的多个监测部位的声音分别转化为相应的数字信号;
存储和显示装置，用于存储和实时显示获得的多个数字信号；
识别与分析装置，用于根据阈值文件对多个数字信号分别进行识别，提取出相应的胃肠音信号，并进行分析，解析出对应的各项指标。本发明实施例提供了一种胃肠音监测系统，采用了可同时采集多个胃肠监测部位 的声音的采集装置，并实现了多个胃肠音信号的自动识别和多个胃肠音信号的各项指标的 自动分析。


图1为本发明实施例中的胃肠音检测系统示意图；图2为本发明实施例中的采集装置的结构示意图；图3为本发明实施例中的转化装置示意图；图4为本发明实施例中的滤波装置示意图；图5为本发明实施例中的识别与分析装置示意图；图6为本发明实施例中的分析模块示意图。
具体实施例方式本发明实施例提供了一种胃肠音监测系统，可同时采集多个胃肠监测部位的声 音，并实现了多个胃肠音信号的自动识别和多个胃肠音信号的各项指标的自动分析。下面结合附图举例说明本发明实施例如图I所示，本发明实施例设计了一种胃肠音监测系统，包括采集装置101，用于采集多个胃肠监测部位的声音，并发送至转化装置102中；转化装置102，用于将采集装置101采集的多个监测部位的声音分别转化为相应 的数字信号；存储和显示装置103，用于存储和实时显示获得的多个数字信号；识别与分析装置104，用于根据阈值文件对获得的多个数字信号分别进行识别，提 取出相应的胃肠音信号并进行分析，解析出对应的各项指标。本发明实施例设计的采集装置中的结构如图2所示，包括多个采集模块201，每个 采集模块201对应一个胃肠监测部位。采集装置中的每个采集模块包括连接管203，用于连接听诊头202和微型扩音器204 ；听诊头202，用于采集对应的胃肠监测部位的声音，并通过连接管203传输至微型 扩音器204 ；微型扩音器204，用于将对应的胃肠监测部位的声音进行物理放大后，传输至转化 模块，其中，该微型扩音器204全封闭式置入连接管203中。在实际应用中，本发明实施例可以采用针对听诊信号特点设计的型号为214L的 3M Littmann专业听诊头,能够更好地减少数据采集时干扰音的进入，并且该类型的专业听 诊头通过其内部的物理结构提高了胃肠音信号放大倍数，将连接管的长度缩短至10cm，用 以减少听诊过程中连接管与周围物体产生摩擦导致的干扰音，以及通过将微型扩音器全封 闭地置入连接管中，减少外界环境噪音对采集数据的干扰。本发明实施例设计的转化装置的结构示意图如图3所示，包括信号处理模块301， 和信号转化模块302。
信号处理模块301，包括多个信号处理芯片303，每个信号处理芯片303获取采集模块传输的一个胃肠监测部位的声音，转化为一个对应的音频信号，进行逐级放大，并通过该信号处理芯片303内部的低通滤波器滤除部分机械噪声，然后将滤波后的音频信号存储进信号转化模块302中；
信号转化模块302,包括多个DSP (digital signal processor,数字信号微处理器)304，一个DSP对应一个信号处理芯片，每个DSP用于将对应的信号处理芯片303滤波后的音频信号转化为对应的数字信号，并发送给存储和显示装置。
在实际应用中，转化装置可以采用多块包括TLV320AIC23和TMS320C5590A DSP的 easy5509开发板，其中，信号处理模块中的信号处理芯片可以采用TLV320AIC23，信号转化模块中的DSP可以采用TMS320C5509ADSP。本发明实施例中可以通过TLV320AIC23将音频信号放大24分贝。TMS320C5509A DSP可以通过USB通道将对应的数字信号发送至存储和显示装置。而存储和显示装置可以将该数字信号转化为波形图，在显示屏中显示出来。
本发明实施例中的系统还包括滤波装置，用于对上述转化装置转化的多个数字信号分别进行滤波后输入存储和显示装置，包括带通滤波器401和小波滤波模块402，如图4 所示。
带通滤波器401，用于对转化装置转化的多个数字信号分别进行带通滤波，去除波形中存在大幅度的、无规则的 波动的干扰信号。
在实际应用中，由于胃肠音的频率主要集中在6(Γ 500Ηζ之间，因此，本发明实施例可以通过基于窗函数设计法设计的FIR带通滤波器，滤除频率在6(Γ 500Ηζ之外的信号， 并通过存储和显示装置将滤波结果对应的波形显示出来。该FIR带通滤波器可以采用凯塞窗设计对数字信号进行滤波，其采样频率可以为fs=8000Hz，通带下限截止频率可以为 fcl=60Hz，通带上限截止频率可以为fc2=1500Hz，过渡带宽可以为20Hz，通阻带波动则可以为O. 01。
带通滤波器401去除了滤波前的数字信号中普遍存在的波形有大幅度、无规则波动的信号，较好地保持了胃肠音波形的原有特点，但仍然存在较多在零点附近波动的、细小、低能量的干扰波，因此，需要将进行带通滤波后的信号输入小波滤波模块。
小波滤波模块402，用于对带通滤波后的信号进行二次滤波，将其中低于阈值的信号滤除。小波滤波模块使用适于微弱、非平稳信号滤波处理的小波算法，对进行带通滤波后的信号进行二次滤波，具体地，可以选择采用N=4，分解层次为5的symlet小波算法对信号进行二次滤波，去除在零点附近波动的、细小、低能量的干扰波。
本发明实施例设计的识别与分析装置，用于通过自定义阈值去除数字信号中的干扰信号，并根据阈值文件获取胃肠音信号，在屏幕显示的波形中标红出胃肠音信号其结构如图5所示，包括阈值建立模块501、识别模块502和分析模块503.
阈值建立模块501用于将之前提取的多组胃肠音信号通过多维特征向量提取和向量归一化处理，提取共同特征，确定胃肠音特征阈值，建立并保存阈值文件。
在实际应用中，本发明实施例先通过胃肠音监测系统中的采集装置、转化装置和存储和显示装置获取的原始信号，然后阈值建立模块可以通过具有特定功能的芯片对之前提取的多组达到健康标准的人的原始信号进行声音和波形对照，挑选持续时间大于IOms (毫秒)，最大振幅大于2000的胃肠音波形，通过多维特征向量提取和向量归一化处理，提取多组正常的胃肠音波形的共同特征，确定胃肠音特征阈值，建立阈值文件，并将其保存在存储器中。
识别模块502，用于具有特定功能的芯片根据阈值文件从多个数字信号中分别提取出对应的胃肠音信号，并通过存储和显示装置将提取出的胃肠音信号的波形突出显示。 具体地，识别模块502可以从存储和显示装置中获取存储了二次滤波后的多个数字信号的数字文件，并根据阈值建立模块得出的阈值文件，对获取的数据文件进行对比分析，识别出胃肠音信号，并将识别出的胃肠音信号的波形标红。
分析模块503，通过具有特定功能的芯片分别对每个胃肠音信号进行分析，解析出并保存每个胃肠音信号的各项指标，具体如图6所示，包括
第一子模块601，用于对每个胃肠音信号进行分析，解析出在预设采集时间内的胃肠音波数量；
第二子模块602，用于对每个胃肠音信号进行分析，解析出在预设采集时间内胃肠音波的持续时间的最大值和最小值，胃肠音波的最大频率和最小频率；
第三子模块603，用于对每个胃肠音信号进行分析，解析出在预设采集时间内，所有的胃肠音波的持续时间的平均值；
第四子模块604，用于对每个胃肠音信号进行分析，解析出在预设采集时间内，所有的胃肠音波的频率平均值和功率平均值。
在实际应用中，为使胃肠音信号的分析结果与目前临床应用广泛的人工听诊更为一致，可以将胃肠音信号中的止音点与起音点间隔时间在400ms内的相邻的两个或两个以上的波形记作一个成串胃肠音波，并通过本发明实施例的装置获取成串胃肠音波的各项指标如下
成串肠鸣音波数量(其单位为个/每分钟，cpm):单位时间内胃肠音波的个数N ；
成串肠鸣音波时间百分比(其单位为··%):单位时间内胃肠音波的占用时间总和 TM，除以检测时间T1乘以100%后的结果，即1 /1\*100% ；
成串肠鸣音波平均时间(其单位为ms):单位时间内胃肠音波的占用时间总和Tm/ 胃肠音个数N，即Tm/N;
成串肠鸣音波功率(其单位为w):单位时间内所有肠鸣音的振幅的平方和。
为了保证胃肠音信号的采集、存储、以及实时动态显示的准确性，本发明实施例的胃肠音监测系统采用多线程处理方式，一路线程称为采集线程，负责信号的采集与存储，以 8KHz的采样频率采集音频信号，并按照高字节在后、低字节在前(LittleEndian)的编码方式存储数据；另一路线程称为显示线程，负责信号数据的实时显示，根据预先设置的显示尺度，对采集数据抽样提取关键点，并连接关键点形成对应的波形。上述多线程之间存在消息同步机制，采集线程在数据缓冲溢出之前通知显示线程更新显示屏中显示的信号数据，显示线程在显示完毕之后，会立即通知采集线程清理缓冲，以便存放新采集的信号数据。这种处理方式的优点在于能够准确地采集并显示信号数据，而不会因为资源抢占，而导致信号数据的缺失。
本发明实施例提供了一种胃肠音监测系统，将采集装置改进后可同时采集多个胃肠监测部位的声音，并实现了胃肠音信号的自动识别和胃肠音信号的各项指标的自动分析。
具体地，本发明实施例设计的自动化的胃肠音监测系统能够够对胃肠音进行实时、动态、连续的记录，并可根据一般胃肠音波形的特点，自动识别持续时间较短、声音能量较小、人耳不易准确识别的胃肠音信号，同时可对单个胃肠音波形的持续时间、声音频率及功率等胃肠音波形特征参数进行量化、精确的多维度计算和比较，从而提供更加客观、精确、全面、可回放的结果，并且由于该系统可以很容易地实现持续的胃肠音监测和分析，及时发现病情变化，减少医护人员的操作步骤和时间，提高医护人员的工作效率，对于危重患者的胃肠音监测具有更加可行的实用性，同时也有利于临床胃肠音监测制定统一、可测量的标准。
本发明是参照根据本发明实施例装置和系统、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/ 或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明实施例的精神和范围。这样，倘若本发明实施例的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
权利要求
1.一种胃肠音监测系统，其特征在于，包括采集装置，用于采集多个胃肠监测部位的声音，并发送至转化装置中；转化装置，用于将采集装置采集的多个监测部位的声音分别转化为相应的数字信号；存储和显示装置，用于存储和实时显示获得的多个数字信号；识别与分析装置，用于根据阈值文件对所述多个数字信号分别进行识别，提取出相应的胃肠音信号，并进行分析，解析出对应的各项指标。
2.如权利要求I所述的系统，其特征在于，所述采集装置进一步包括多个采集模块，每一个采集模块对应一个胃肠监测部位，其中，每一个采集模块包括连接管，用于连接听诊头和微型扩音器；听诊头，用于采集对应的胃肠监测部位的声音，并通过连接管传输至微型扩音器；微型扩音器，用于将对应的胃肠监测部位的声音进行物理放大后，传输至所述转化模块，其中，该微型扩音器全封闭式置入所述连接管。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述连接管的长度为10cm，所述听诊头的型号为214L的3M Littmann听诊头。
4.如权利要求I所述的系统，其特征在于，所述转化装置进一步包括信号处理模块，包括多个信号处理芯片，其中，每个信号处理芯片对应一个胃肠监测部位，用于将相应监测部位的声音转化为一个对应的音频信号，进行逐级放大，并进行滤波；信号转化模块，包括多个数字信号微处理器DSP, —个DSP对应一个信号处理芯片，每个DSP用于将对应的信号处理芯片滤波后的音频信号转化为对应的数字信号，并发送给所述存储和显示装置。
5.如权利要求I所述的系统，其特征在于，所述识别与分析装置进一步包括阈值建立模块，用于将提取的多组胃肠音信号通过多维特征向量提取和向量归一化处理，提取共同特征，确定胃肠音特征阈值，建立并保存阈值文件；识别模块，用于根据阈值文件从多个数字信号中分别提取出对应的胃肠音信号，并通过所述存储和显示装置将提取出的胃肠音信号的波形突出显示；分析模块，用于对每个胃肠音信号进行分析，解析出并保存每个胃肠音信号的各项指标。
6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述分析模块进一步包括第一子模块，用于对每个胃肠音信号进行分析，解析出在预设采集时间内的胃肠音波数量；第二子模块，用于对每个胃肠音信号进行分析，解析出在预设采集时间内胃肠音波的持续时间的最大值和最小值，胃肠音波的最大频率和最小频率；第三子模块，用于对每个胃肠音信号进行分析，解析出在预设采集时间内的所有的胃肠音波的持续时间的平均值；第四子模块，用于对每个胃肠音信号进行分析，解析出在预设采集时间内的所有的胃肠音波的频率平均值和功率平均值。
7.如权利要求1飞中的任一项所述的系统，其特征在于，还包括滤波装置，用于对所述转化装置转化的多个数字信号分别进行滤波，将滤波后的多个数字信号输入所述存储和显示装置。
8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述滤波装置进一步包括带通滤波器，用于对所述转化装置转化的多个数字信号分别进行带通滤波，去除其中的波形中存在大幅度的、无规则的波动的干扰信号；小波滤波模块，用于对带通滤波后的信号进行二次滤波，将其中低于阈值的信号滤除，并输入所述存储和显示装置。
全文摘要
本发明公开了一种胃肠音监测系统，包括采集装置，用于采集多个胃肠监测部位的声音，并发送至转化装置中；转化装置，用于将采集装置采集的多个监测部位的声音分别转化为相应的数字信号；存储和显示装置，用于存储和实时显示获得的多个数字信号；识别与分析装置，用于根据阈值文件对所述多个数字信号分别进行识别，提取出相应的胃肠音信号，并进行分析，解析出对应的各项指标，用以解决现有技术中存在的无法实现胃肠音信号的自动识别和分析，以及无法对多部位进行同步胃肠音监测、识别和分析的问题。
文档编号A61B7/04GK102920475SQ20121043001
公开日2013年2月13日 申请日期2012年10月31日 优先权日2012年10月31日
发明者李冰, 王建荣, 马燕兰, 王步青, 王卫东, 宋海楠, 施金芬, 唐晟, 宋青 申请人:中国人民解放军总医院