叩诊音信号分析识别系统及工作方法与流程

本发明涉及信号采集与分析领域，尤其涉及一种叩诊音信号分析识别系统及工作方法。

背景技术：

临床医学生在学习临床诊断学时通常会报怨学习叩诊存在困难。比如，叩诊不出声音，叩诊出声音又不知道如何判别分析等等。若是给病人叩诊的话，叩诊时间长了病人会对你的能力产生怀疑。另外，如果叩诊结果判断错误，这也将会对疾病的诊治产生不良后果。当这种叩诊声响是过渡音或者复合音时，更是给临床判断带来困难，甚至是误诊的情况发生；在一些情况下，环境的干扰对叩诊的结果也具有一定的影响。而且对于分析方法方面的研究还存在空缺，这就亟需本领域技术人员解决相应的技术问题。

技术实现要素：

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种叩诊音信号分析识别系统及工作方法。

为了实现本发明的上述目的，本发明提供了一种叩诊音信号分析识别系统，包括：麦克风声音采集端、可调放大电路、MCU、信号分析显示端；

麦克风声音采集端安放在需要叩诊的位置，麦克风声音数据传输端连接可调放大电路数据接收端，可调节放大电路数据传输端连接MCU数据采集端，MCU数据传输端连接信号分析显示系统数据采集端。

所述的叩诊音信号分析识别系统，优选的，还包括看门狗电路，

供电端连接看门狗电路电源连接端，看门狗电路供电端连接MCU电源端。

所述的叩诊音信号分析识别系统，优选的，所述MCU数据传输端通过RS232总线传输数据到信号分析显示系统数据采集端。

所述的叩诊音信号分析识别系统，优选的，所述MCU为AT89C51。

所述的叩诊音信号分析识别系统，优选的，所述可调放大电路通过模数转换电路连接MCU数据采集端。

本发明还公开一种叩诊音信号分析识别工作方法，包括如下步骤：

S1，选择叩诊部位，然后对叩诊区域进行数据采集，麦克风将叩诊音数据采集后执行S2；

S2，由于叩诊音信号转换成的电信号非常微弱，需要先经过放大，根据叩诊音放大倍数分别为若干档位，根据信号的强弱可以实时进行调节；增益的调节通过后级放大电路的电阻来实现，调节开关调节接通不同电阻，从而选择不同的增益，

其中档位选择为：当叩诊音为极弱状态时，将放大增益调整到最大档位；当叩诊音为适中状态时，将放大增益调整到中间档位，当叩诊音为极强状态时，将放大增益调整到最小；

S3，利用模拟滤波器去除干扰音，采集的叩诊音中掺杂有心音、膈音、肠音、腹腔音的干扰音，为了去除这些干扰音的存在，将叩诊音的心音、膈音、肠音、腹腔音的干扰音的频谱存储，通过模拟滤波器将实际采集的叩诊音中包含的心音、膈音、肠音、腹腔音的干扰音去除；

S4，对叩诊音信号的A/D转换，实现对滤波之后信号的A/D转换，并且能与MCU进行数据交换；

S5，对叩诊音数据采集，通过模数转换电路将数据传输到MCU进行数据分析，MCU可实现控制采样点数，通过对MCU编制延时来实现；

S6，将MCU的数据进行电平转换以及数据传输，MCU输出的TTL电平与信号分析显示系统数据采集端串口发送的电平不一致。通过电平转换器，MAX232芯片来实现电平转换，经过转换的数据利用RS232总线发送给信号分析显示系统数据采集端；

S7，叩诊音信号分析识别系统实现叩诊音信号的采集、分析、识别和结果显示。由于人体不同叩诊部位的叩诊音可以划分为清音、浊音、实音、鼓音、过清音，因此需先将不同叩诊部位对应的清音、浊音、实音、鼓音、过清音的叩诊音样本信号存入分析识别系统，然后在LabVIEW中调用MATLAB程序提取样本信号的频谱特征对BP神经网络识别系统进行训练，利用训练后的识别系统对采集的叩诊音信号进行识别，进而判断属于哪种叩诊音，最后根据识别的叩诊音种类和叩诊部位来推测该部位的组织或器官发生的病理改变。LabVIEW还实现对采集的叩诊音信号及最终识别结果的显示。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明方案创新地提出一种叩诊音分析识别方案。通过该装置采集叩诊音，根据叩诊音的声音特点来判断被检查部位脏器有无异常，那么本发明根据声音信号可以通过传感器进行采集、分析得到频谱特征，进而判定属于哪种叩诊音，最后根据识别后的叩诊音种类和叩诊部位来推测该部位的组织或器官可能发生的病理改变。运用该分析识别系统对某种叩诊音所对应病变的判断，可以避免人为误诊、漏诊等问题；结合虚拟仪器软件LabVIEW和BP神经网络识别算法，为叩诊操作人员提供了良好的辅助检查系统。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明总体电路示意图；

图2是本发明工作方法示意图；

图3A-3B是本发明BP神经网络训练和识别系统示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

如图1所示，本发明提供了一种叩诊音信号分析识别系统，包括：麦克风声音采集端、可调放大电路、MCU、信号分析显示端；

麦克风声音采集端安放在需要叩诊的位置，麦克风声音数据传输端连接可调放大电路数据接收端，可调节放大电路数据传输端连接MCU数据采集端，MCU数据传输端连接叩诊频谱显示系统数据采集端。

所述的叩诊音信号分析识别系统，优选的，还包括看门狗电路，

供电端连接看门狗电路电源连接端，看门狗电路供电端连接MCU电源端。

所述的叩诊音信号分析识别系统，优选的，所述MCU数据传输端通过RS232总线传输数据到信号分析显示系统数据采集端。

所述的叩诊音信号分析识别系统，优选的，所述MCU为AT89C51。

所述的叩诊音信号分析识别系统，优选的，所述可调放大电路通过模数转换电路连接MCU数据采集端。

使用看门狗电路进行电源的接通和关断、防止瞬时的电源电压不稳造成系统死机、数据丢失和误动作等操作。

其中传声器为麦克风或者音频采集装置。

如图2所示，为本系统的工作方法示意图，其中1、选择叩诊部位(心、肺、脾、肾、膀胱等)，合理安放传声器或者麦克风或者音频采集装置提取叩诊音信号；2、调节增益，对叩诊音信号进行放大；3、设置滤波器参数，去除干扰音；4、分析识别叩诊音信号。

1、叩诊音信号的提取：

利用灵敏度高，抗环境干扰能力强的传感器提取微弱的叩诊音。拟定的传感形式为麦克风配合空气耦合腔，使人体体表的振动转化为可测量的声压信号，再由麦克风转化为电信号。

叩诊音信号的提取是我们仿照听诊信号的提取而设计的，由于叩诊和听诊所运用的物理学原理都是人体的振动发声机制。

2、叩诊音信号的放大：

由于叩诊音信号转换成的电信号是非常微弱的，所以需要先经过放大。放大倍数分为几个可调的档，根据信号的强弱可以实时进行调节。增益的调节通过后级放大电路的电阻来实现，手动调节开关旋钮接通不同电阻，从而选择不同的增益。

3、利用模拟滤波器去除干扰音：

考虑到叩诊音中掺杂有心音、膈音、肠音等其他干扰音。为了去除这些干扰音的存在，需要对信号进行模拟滤波。但是，目前我们对各叩诊音的具体频谱还不够清楚，所以需要先对大量的样本数据进行预先处理及分析，得到各干扰音的频谱范围，然后设计相应的滤波器降低和去除干扰音所带来的影响。

设计滤波器的关键在于截止频率的设定。基于临床上会对大量病患实施叩诊，我们能够在医院很容易采集到需要的相关数据，所以各干扰音频谱范围的获取以及滤波器截止频率的设定具有可行性。

4、叩诊音信号的A/D转换：

对于叩诊音信号的A/D转换我们利用的是ADC0809芯片。ADC0809芯片是一个8位的模数转换器，有转换起动位和转换完成标志，实现对滤波之后信号的A/D转换，并且能方便地与MCU进行数据交换。

5、叩诊音信号的数据采集：

对AT89S51进行编程可以实现对ADC0809的控制和读取ADC0809转换得到的数据，另外，AT89S51还可以起到控制采样点数的作用，通过编制延时程序来实现。

6、电平转换以及数据传输：

由于MCU输出的TTL电平与PC机串口发送的电平不一致。因此，需要一个电平转换器，这里选择MAX232芯片来实现电平转换。经过转换的数据就可以利用RS232总线发送给PC机。

7、PC机实现叩诊音信号的分析识别处理：

如图3A-3B所示，PC机部分我们使用的是虚拟仪器开发平台LabVIEW对信号进行分析。LabVIEW中有大量的数据处理模块，能够调用MATLAB程序提取样本信号的频谱特征对BP神经网络识别系统进行训练，再利用训练后的识别系统对所采集叩诊音信号进行识别。LabVIEW还将实现对所采集叩诊音信号及最终识别结果的显示功能。

S1，针对叩诊部位对叩诊音样本信号进行采集，对采集的信号数据进行预处理，然后对相应的叩诊音进行频谱特征提取，通过提取的频谱特征与期望叩诊部位的期望叩诊音进行比对，对相应部位的叩诊音进行BP神经网络进行训练；

S2，将待识别叩诊音信号进行叩诊音预处理，然后将待识别叩诊音进行频谱特征提取，通过BP神经网络进行识别，将识别结果进行显示。

8、本项目的特色与创新之处

本项目的特色创新之处是考虑到目前还没有对叩诊音信号进行分析识别的软硬件系统，我们创新地提出一种叩诊音信号分析及识别方案，使得叩诊音能够可视化、数量化及自动化识别，这样能够减低医师和医学生们的人为判断错误，能够使得相关疾病的诊断得到更为准确可靠的依据。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。