专利名称：听诊训练设备和相关方法
技术领域：
本发明的实施例涉及与听诊训练相关的设备、方法和系统。
背景技术：
听诊是以听身体内的声音作为诊断方法的行为。听诊器是在医学领域中使用的听 人体中的内部声音的听诊设备的一个例子，人体中的内部声音例如是心脏声、呼吸(呼吸 声)、肠噪音、动脉和静脉中的血流动。声学听诊器作用于从头部通过充气空心管传输到收 听者耳部的声音。头部可以包括能紧靠人体放置以感测声音的振动膜。身体的声音振动振 动膜，产生穿过管道到达收听者耳部的声学压力波。利用听诊器或者其他听诊设备来诊断病人需要在检测和识别异常声音方面的训 练。在医学教学中，标准化的病人是有价值的训练工具，因此已经被深入的研究。虽然标准 化的病人通过真人对象提供给学生一对一的交互，但是多数标准化的病人并不表现出异常 症状。因此，经常使用模拟器或人体模型来训练或测试学生使用听诊设备，例如听诊器。听 诊训练人体模型可以包括发声设备，该发声设备嵌入人体模型的体内以产生与异常身体条 件相当的声音，学生必须检测并识别出这种声音。
发明内容
一些实施例涉及一种听诊训练设备，包括医学训练人体模型，其包括用于检测听 诊设备相对于人体模型的位置的装置；控制器，其与用于检测相对位置的装置电子通信，且 该控制器适于从用于检测相对位置的装置接收位置数据，其中所述数据指示听诊训练设备 相对于医学训练人体模型的位置；与控制器电子通信的听诊训练声音数据的数据库，其中 该控制器适于根据从用于检测相对位置的装置接收的数据选择并提取听诊声音数据；发声 设备，其与数据库电子数据通信，并适于将从数据库传输的声音文件转换为声波信号；以及 听诊设备，其具有与发声设备声学通信的至少一个耳机(ear piece)并适于发射声波信号 至人的耳部。其他实施例涉及一种用于听诊训练的过程，包括以下步骤模拟病人；检测听诊 设备相对于模拟病人的位置；从数据库中选择听诊声音数据文件，其中选择的声音对应于 检测到的听诊设备的相对位置；以及传输听诊声音数据文件至设置在至少一个听诊设备中 或至少一个听诊设备上的至少一个发声设备。其他实施例涉及一种听诊训练设备，包括用于模拟病人的非生物(inanimate) 装置；用于检测听诊设备的相对位置的装置；用于存储预录听诊声音数据文件的装置；用 于从用于存储的装置中选择一个或多个预录声音数据文件的装置；用于听觉传送一个或多 个声音文件至适于安装在人的耳部的至少一个耳机的装置；以及用于控制用于包含的装 置、用于选择的装置、和用于传送的装置的装置。结合附图，阅读以下描述以及权利要求之后，本领域技术人员将理解其他方面和 概念。
图1是显示实施例中信息流动的连接图；图2是实施例的实物图；图3是实施例的头部的视图；图4是显示发射器实施例的操作的流程图；图5是显示与听觉模拟相关的接收器实施例的操作的流程图；图6是发射器电路实施例的示意图；以及图7是接收器电路实施例的示意图。
具体实施例方式本发明总体上涉及一种用于听诊训练的系统和与该系统相关的方法。一些实施例 包括预录声音的数据库、从数据库中选择一种或多种预录声音的装置、以及用于向受训者 听觉传递一种或多种声音的装置。此外，一些实施例包括一个或多个控制器单元，以便控制 声音的选择和/或传递。一些实施例包括模拟(mock)听诊设备，其适于将选定的声音呈现给受训者。在其 他实施例中，在真实听诊设备上安装或翻新用于将选定的声音呈现给受训者的装置。真实 听诊设备和模拟听诊设备可以包括但不限于听诊器，其在此被统称为“听诊设备”。根据预 期的应用的性质，其他听诊设备也可能是适当的。例如，模拟或真实听诊器适用于训练医学 学生以根据身体的声音进行诊断。但是，对于训练工程师或者技术人员来识别机器发出的 诊断声音，听诊器可能是不适当的。根据预期的应用，本领域技术人员可以容易地识别应采 用的真实或模拟听诊设备的适当形式。下文中以听诊器作为示例性的听诊设备；但是，本发 明不限于该设备。一些实施例包括具有医学训练人体模型和至少一个听诊设备的系统。这样的实施 例包括用于检测听诊设备与人体模型的相对位置并且将其相对位置传输到控制器设备的 装置。控制器设备适于从数据库中选择对应于检测位置的声音数据，以及从数据库中提取 声音数据或引起声音数据的提取。根据一些实施例，控制器还将声音数据传输到发射器，或 者使声音数据被传输。然后声音数据能够被发射器传输到位于至少一个听诊设备(例如听 诊器)上或听诊设备中的至少一个接收器。接收器还可以与发声设备电子通信，所述发声 设备适于将来自接收器的电子信号转换为声波信号。然后该声波信号可以被听觉传送到耳 机以及人的耳部。前述的每个部件均通过包括无线和硬线(hardwired)电子连接在内的适当方式 与一个或多个其他部件通信。此外，每个部件可以相对于任何其他部件在物理上设置于片 上(on-board)，或者在物理上相对于任何其他部件位于远程。例如，在一些实施例中，前述 的所有部件都包含在单个的物理单元中。而在其他实施例中，每个前述部件相对于每个其 他的前述部件位于远程。另一些实施例在这些极限情况之间，即一些部件被组合在一起形 成物理单元，而其他部件彼此远离。根据特定的应用，多种关系可以是恰当的，本领域技术 人员将可以不经过过多的试验即可选择所需的关系。对于数据和/或控制信号传输，多种无线通信方式都可能是适当的。例如，一些适
5当的方式可包括无线电通信方式或红外通信方式。更具体而言，一些适当的协议包括但不 限于WiFi、Bluetooth (蓝牙是Bluetooth Sig Inc.，Bellevue，WA的注册商标)，ZigBee
(ZigBee是ZigBee Alliance Corp. , San Ramon，CA的注册商标)等。类似地，多种硬线连 接可以是适当的。一些这样的连接包括但不限于串行总线、并行总线、SCSI、I2C(内部集 成电路)、SPI (串行外设接口)等或者其中的任何组合。本领域技术人员应能领会多种无 线和硬线技术都是可用的，并且可以不经过过多的试验即可选择适当的技术。在一些实施例中，人体模型安装有用于检测听诊设备的相对位置的装置。这样的 实施例能够确定受训者在人体模型上使用听诊设备的区域。例如，一些实施例可以将听诊 设备局部定位在心脏区域、肺部区域、各种内脏或胸部区域等。根据一些实施例，用于检测相对位置的装置可以包括一个或多个接近开关或接近 开关的一个或多个阵列。在这样的实施例中，接近开关或其阵列适于检测听诊设备(例如 金属听诊器头部)相对于人体模型的位置。然后，位置数据可以被传输到控制器单元。可选地，其他实施例适于对听诊设备的位置进行三角测量。根据这样的实施例，听 诊设备装配有用于播放预定信号的发射器信标(transmitter beacon) 0人体模型包括两 个或多个适于接收发射器的信标信号的接收器，可以根据已知算法分析从接收器获得的数 据，以便计算听诊设备相对于人体模型的位置。本发明不限于使用三角测量或接近开关。可 以使用替换设备来确定听诊设备的相对位置，本领域技术人员将可以不经过过多的试验即 可选择适当的设备。在一些实施例中，控制器可以与用于检测听诊设备的相对位置的装置硬线电子通 信。例如，在一些实施例中，控制器可以被设置在人体模型上或人体模型中，并且可以通过 至少一个硬线电连接连接到用于检测相对位置的装置。在其他实施例中，控制器可以硬线 连接到例如台式或手持模块中，但是也可以远离人体模型而设置。在另一些实施例中，控制 器可以与用于检测相对位置的装置无线通信。一些实施例还包括数据库。适当的数据库可以包括适当的数据结构，所述数据结 构例如是但不限于列表、哈希表、或分层模型、关系模型或网络模型。在一些实施例中，数据 库仅包括共同存储在例如⑶-ROM或闪存上的一组声音文件。数据库可以被存储在任何适 当的机器存储器装置上，所述存储器装置包括但不限于易失性存储器或非易失性存储器、 EPR0M、EEPR0M、诸如磁带或硬盘驱动器的磁性介质、诸如CD-ROM的光学介质等，或者上述 装置的组合。此外，数据库可以在物理上设置在各种位置中。例如，在一些实施例中，数据 库可以是人体模型的片上部件。在其他实施例中，数据库可以远离人体模型设置，且可以是 控制器单元的部件，或者是硬线连接到控制器单元的模块的部件。在另一些其他实施例中， 数据库可以在物理上设置在独立的台式或手持装置中，或者甚至作为听诊设备的部件。可以通过各种装置中的一个或多个从数据库中选择并提取声音。在一些实施例 中，根据检测到的听诊设备的位置自动选择声音。例如，如果系统确定听诊设备位于人体模 型的心脏区域上，则选择心脏声音。可选地，可以根据计算机程序从数据库中选择并提取声音数据。例如，程序可以根 据包括检测到的听诊设备的位置、模拟病人的状况(例如，所模拟的病人是否正患心肌梗 塞)、以及其他模拟器部件的状态(例如，是否检测到胸外心脏按压、去纤颤、或者模拟药物 注射)在内的多个因素来选择特定的声音。此外，一些程序可以包括加权随机因素，其中系统根据几个因素来选择声音，且在其选择中包括一定的随机性。此外，在其他实施例中，可以由人工操作者来选择声音。例如，在一个例子中，教师 或其他人可以使用远程的手持按钮单元来选择呈现给受训者的听诊声音。一些实施例还包括适于发射听诊声音数据的发射器。根据特定的应用，发射器可 以在物理上设置于各种位置。例如，发射器可以是人体模型、控制器、数据库或其任意组合 的片上部件。相应地，根据所采用的特定的结构，适当的发射器可以通过硬线连接或以无线 方式接收听诊声音数据。在一个实施例中，控制器接收表示听诊设备相对于人体模型的位 置的数据，从数据库中选择并提取相应的声音文件，并通过硬线连接将声音文件传输至发 射器，然后发射器以无线方式发射声音文件。本领域技术人员应理解这只是几种可能结构 中的一种。一些实施例还包括适于接收由发射器播放的信号的接收器。接收器可以设置在任 何适当的位置上，或者设置在听诊设备中。例如，在一个实施例中，接收器可以设置在听诊 器的头部中。接收器可以适于将从发射器接收的信号转换成电信号，并将该电信号传输到 发声设备，例如但不限于扬声器。一般地，接收器硬线连接到发声设备；但这不是必须的。 在一个例子中，接收器和扬声器设置在听诊器的头部中。因此，听诊声音信号在头部中被转 换为声波，并以听诊器通常发射听诊声音的方式被听觉地传输至收听者的耳中。此外，一些实施例可以包括多个听诊设备，每个听诊设备均具有接收器。例如，理 想的是学生拥有第一听诊设备，而教师拥有第二听诊设备，从而学生和教师可以收听相同 的听诊声音。此外，理想的是多个学生中的每一个以及一个或多个教师都拥有听诊设备。相 应地，整个班级可以通过他们自己的设备同时收听相同的听诊声音。例如当教师在给一个 班级讲授特定声音的含义时，这是特别有益的。现在参考附图，图1是显示一般情况下信息如何流经实施例100的连接图。实施 例100包括人体模型110，人体模型110安装有用于检测听诊设备170的相对位置的装置。 人体模型110将位置数据传输到控制器120。控制器120确定听诊设备170相对于人体模 型110的位置，从而确定哪个声音或者哪类声音适于发射。例如，如果发现听诊设备接近心 脏区域，则适当的声音可以是一个或多个心脏声音。相应地，控制器120从数据库130选择 适当的声音文件，并提取所选的声音文件。然后控制器120传输声音文件至发射器140，发 射器140根据预定的协议以无线方式播放声音文件。通过接收器150接收播放的信号，且 该信号被传输到发声设备160，例如扬声器。发声设备160通过听觉传送声波至收听者的听 诊设备170传输声波。可选地，控制器120可以从辅助输入源122接收输入，辅助输入源122例如是按 钮、键区、或其他人机接口设备。相应地，一些实施例允许人(例如教师)选择呈现给受训 者的听诊声音。从而在一些实施例中，可以忽略甚至完全不存在用于检测听诊设备的相对 位置的装置。图2是包含⑶-ROM播放器210的实施例的视图。播放器210通过接线212硬线 连接到包括声音选择器的手持控制器设备214。根据该例，⑶-ROM播放器从控制器214接 收按钮命令。例如，用户将按下按钮216以便浏览声音列表并按下按钮218以便选择需要 的声音。然后通过CD-ROM播放器210利用适当的发射器(未显示)播放选择的声音。听 诊设备220利用适当的接收器(未显示)接收播放的信号并将该信号转换为声波。然后声波可以通过听诊设备被传输，且通过耳机222、224被传送到收听者。图3是包括听诊器300的头部的实施例的视图。根据图3中的实施例，头部300 包括限定第一空腔330的体310以及与第二空腔334声学通信的通道332。从而第一空腔 330和第二空腔334声学通信。头部300还包括振动膜320。当使用听诊设备来检测头部 300外部的声波时，振动膜320与该声音共振并在头部300中产生能够被听觉传送至收听者 的复制声波。但是，当根据本发明使用听诊设备来收听发射的声音时，通过设置在第一空腔 330中并安装在体310的内表面上的接收器340来接收声音数据信号。然后接收器传输接 收的信号至扬声器350，扬声器350产生相应的声波。然后，声波通过第一空腔330沿通道 332被传输至第二空腔334，然后被听觉传送至收听者。图4是过程实施例400的流程图。根据实施例400，用于操作发射器的处理器包括 打开单元的第一步骤(步骤410)。另一个步骤包括在存储器中载入设置参数(步骤420)。 实施例400还包括在发射器的范围内检测接收器(步骤430)。根据该实施例，如果没有 找到接收器，则实施例继续检测接收器(步骤432)，直到找到一个接收器或者例如通过切 断电源或者通过发出暂停或终止命令而使过程终止。当找到接收器时，过程继续到下一步 骤(步骤434)。根据该实施例，下一步骤包括建立发射器和接收器之间的通信连接(步骤 440)。根据该过程实施例400，用于执行过程的设备包括多个按钮，每个按钮与预定的声音 文件相关。与接收器建立连接之后，操作者可以选择并按下按钮以便发射相应的声音至接 收器。在这种情况下，声音文件包括MP3格式。相应地，过程实施例400中的下一步骤包括 检测按钮已被按下、确定是哪一个按钮、以及从存储器设备中选择相应的声音文件(步骤 450)。下一步骤包括提取相应的声音文件以及发送该文件至MP3解码器芯片(步骤460)。 然后，解码器芯片的输出被输入到模数转换器(步骤470)。然后数字声音文件被发射器发 射到接收器(步骤480)。根据该实施例400，根据需要，可以为发射器与接收器之间的每一 通信时段重复步骤(步骤450至步骤480)。图5是本发明的接收器过程实施例500的流程图。根据图5中的实施例，用于操 作本发明的接收器的过程中的第一步骤包括打开接收器单元(步骤510)。第二步骤包括在 存储器中载入设置参数(步骤520)。下一步骤包括确定接收器范围内是否有发射器(步 骤530)。根据图5显示的实施例500，如果没有检测到发射器，则接收器继续尝试寻找发射 器，直到找到一个发射器位置，或者直到例如通过切断单元的电源或者通过发出暂停或终 止命令而使过程终止。假设在步骤540中找到发射器，则下一步骤建立发射器与接收器之 间的通信连接(步骤540)。建立连接之后，根据实施例500的下一步骤是从发射器接收数 据(步骤550)。根据过程实施例500，从发射器接收的数据可以被发送到数模转换器(步 骤560)。转换器的输出可以被发送到扬声器以便产生对应于MP3文件的听觉声音，该听觉 声音来自于该MP3文件。图6是发射器实施例600的方框图。根据该实施例，安全数码卡602，即SD卡，适 于包含电子数据，该电子数据包括诸如MP3文件的一个或多个音频文件。该卡能够可拆卸 地插入机上SD读卡器中。SD读卡器通过SPI串行总线603与微控制器608电子通信。微 控制器608还与适于选择一系列一个或多个声音的三位置开关604电子通信。此外，微控 制器608还与适于选择SD卡602上包含的音频文件的一系列四个选择按钮606电子通信。 因此，当操作者按下一系列四个按钮之一时，其导致预定的音频文件被读取，并且通过SPI串行总线605被发送到MP3解码器芯片610。MP3解码器芯片610的模拟输出被发送到模 数转换器616，模数转换器616将其作为输入接收，并将获得的数字输出通过I2S串行总线 618发送到收发器620。收发器620也与存储器622双向电子通信。相应地，收发器620 适于将数据转发到存储器622并从存储器622转发数据。此外，根据图6，收发器620与为 收发器620提供电源的锂电池628电子通信。此外，锂电池628通过电池充电与控制电路 (battery charge and regulation circuit) 630 与收发器 620 电接口，其中电池充电与控 制电路630适于从电池628提取电能并根据预定的标准将电能提供给收发器620。根据一 些实施例，电池充电与控制电路630还适于控制电池充电过程。最后，收发器620与匹配网 络624电子通信，匹配网络624适于使收发器620的输出阻抗等于接收器的输入阻抗。然 后匹配网络624传输电子信号至适于播放MP3音频文件的播放天线626。根据图6，实施例600还包括辅助音频输出插孔612，其适于从MP3解码器芯片610 接收信号，并将该信号或该信号的一部分发送至外部电路。再参考图6，实施例600包括辅 助音频输入插孔614。因此，实施例600适于从除SD卡之外的其他源以不同于MP3的格式 接收音频数据。在一些实施例中，将音频源插入音频输入插孔614中导致MP3播放器脱离 连接，而只有来自插孔614的音频流被发射。图7是接收器实施例700的方框图。接收器700包括接收天线702，其与匹配网 络704电子通信。匹配网络704适于使接收器700的阻抗等于发射器600的阻抗。匹配网 络704还与收发器710电子通信，并适于将接收的信号传输至收发器710。通过数模转换器 714，收发器710的输出可以被传输至扬声器716。收发器710还与存储器706双向通信。 相应地，收发器710可以上载数据至存储器706和/或从存储器706下载数据并发送该数 据至扬声器716。在一些实施例中，存储器706适于作为缓存。收发器710与为收发器710 提供操作电能的锂电池720电通信。锂电池720通过电池充电与控制电路718传输电能至 收发器710。电池充电与控制电路718适于从电池720提取电能并根据预定的标准将电能 提供给收发器710。根据一些实施例，电池充电与控制电路718还适于控制电池充电过程。以上已经描述了实施例。对本领域技术人员显而易见的是，上述方法和装置可以 包括不背离本发明的一般范围的改变和修改。本发明将包括所附权利要求范围内的或其等 效范围内的所有这样的修改和替换。以上描述了本发明，本发明所要求保护的范围如权利要求所述。
权利要求
一种听诊训练设备，包括医学训练人体模型，其包括用于检测听诊设备相对于所述人体模型的位置的装置；控制器，其与用于检测相对位置的装置电子通信，且该控制器适于从用于检测相对位置的装置接收位置数据，其中所述数据指示所述听诊训练设备相对于所述医学训练人体模型的位置；与所述控制器电子通信的听诊训练声音数据的数据库，其中该控制器适于根据从用于检测相对位置的装置接收的数据选择并提取听诊声音数据；发声设备，其与所述数据库电子数据通信，并适于将从所述数据库传输的声音文件转换为声波信号；以及听诊设备，其具有与所述发声设备声学通信的至少一个耳机，并适于发射声波信号至人的耳部。
2.如权利要求1所述的设备，其中所述控制器、所述数据库、所述发射器、所述接收器、 和所述发声设备均独立地包括所述人体模型、手持模块或台式模块的集成部件的一个或多 个。
3.如权利要求1所述的设备，其中所述控制器、所述数据库、所述发射器、所述接收器、 和所述发声设备均独立地适于与至少一个其他部件电子通信，且均独立地通过片上硬线电 子连接、远程硬线电子连接或远程无线连接中的一种或多种与至少一个其他部件电子通fn °
4.如权利要求3所述的设备，其中所述硬线连接选自串行总线、并行总线、SCSI、I2C或 SPI中的一种或多种。
5.如权利要求3所述的设备，其中所述无线连接选自WiFi、Bluet00th 、或ZigBee 中的一种或多种。
6.如权利要求1所述的设备，其中用于检测的装置包括适于在所述人体模型附近确定 所述听诊设备的相对位置的至少一个接近开关的阵列。
7.如权利要求1所述的设备，其中用于检测的装置包括三角测量系统，所述三角测量 系统包括设置在所述听诊设备上或所述听诊设备中的至少一个发射器信标以及设置在所 述人体模型上并适于从所述发射器信标接收信号的至少两个接收器，所述接收器与计算机 电子通信，所述计算机适于从所述接收器读取信号、根据预定的三角测量方法处理该信号 并从而计算相对位置。
8.如权利要求1所述的设备，其中所述控制器适于从人体操作者接收命令信号。
9.如权利要求1所述的设备，其中所述数据库被写入计算机可读介质中，所述计算机 可读介质包括闪存、EPROM、EEPROM、CD-ROM、磁带、或硬盘驱动器中的一种或多种。
10.如权利要求1所述的设备，其中所述数据库包括列表、哈希表、分层数据库、关系数 据库、或网络数据库中的一种或多种。
11.如权利要求1所述的设备，其中利用选自MP3播放器、光盘播放器、个人计算机、或 闪存驱动器中的一种或多种设备读取所述数据库。
12.如权利要求1所述的设备，还包括与所述数据库电子数据通信的发射器，所述发射器适于接收一个或多个听诊声音数据 信号并发射该信号；以及设置在至少一个听诊训练设备中或至少一个听诊训练设备上的至少一个接收器，所述 接收器适于从所述发射器接收听诊声音数据信号。
13.如权利要求10所述的设备，其中所述发射器适于发射选自广播、FM广播、AM广播 或红外信号中的一种或多种信号。
14.如权利要求10所述的设备，其中所述至少一个接收器包括多个接收器，每个接收 器均位于不同的听诊设备中。
15.如权利要求10所述的设备，其中所述接收器和发声设备设置在听诊器的头部中。
16.如权利要求13所述的设备，其中所述发声设备包括电子扬声器。
17.一种用于听诊训练的过程，包括以下步骤 模拟病人；检测听诊设备相对于被模拟的病人的位置；从数据库中选择听诊声音数据文件，其中选择的声音对应于所述听诊设备的检测相对 位置；以及传输所述听诊声音数据文件至设置在至少一个听诊设备中或至少一个听诊设备上的 至少一个发声设备。
18.—种听诊训练设备，包括 用于模仿病人的非生物装置；用于检测听诊设备的相对位置的装置； 用于存储预录听诊声音数据文件的装置；用于从用于存储的装置中选择一个或多个预录声音数据文件的装置； 用于听觉传送一个或多个声音文件至适于安装在人的耳部的至少一个耳机的装置；以及用于控制用于包含的装置、用于选择的装置、和用于传送的装置的装置。 全文摘要
本发明涉及一种可以机械连接到听诊器头部的盖组件，该盖组件具有盖；盖元件，其形状和特征尺寸被设计为允许该盖被机械连接到听诊器头部；以及扬声器，其被连接并固定于该盖上或至少部分地位于该盖内，从而当该盖连接到该听诊器头部时，该扬声器接触或靠近听诊器振动膜，从而该扬声器发出的声音或信号可以引起该听诊器振动膜的振动。
文档编号A61B7/00GK101883524SQ200880118528
公开日2010年11月10日 申请日期2008年11月5日 优先权日2007年11月6日
发明者P·J·勒卡 申请人:P·J·勒卡