一种心音信号检测设备的制作方法

本实用新型涉及一种心音信号检测设备。

背景技术：

人体心脏的声音能够反映出人的心脏状态，一般是采用听诊器直接获取心音音频信号，并根据经验判断心脏功能是否正常。因此，这样的做法非常依赖医生的临床经验，并依赖于人耳的听觉能力。

为客观检测心音信号，以避免主观因素的影响，现有技术中公开了一种心音信号检测系统，该系统包括用于采集用户心音信号的心音信号采集模块和手机。由此，通过心音信号采集模块进行心音信号采集，并将采集到的信号传输到手机，由手机显示动态的心音波形图。虽然这种检测系统能够避免主观因素对心音信号检测的影响，但是，由于心音信号复杂，很容易受到外围环境的影响，故通过直接检测心音信号并传输到手机显示的这种方式所采集得到的心音信号必然会混杂有外围环境声音信号，从而影响心音信号检测的准确性，显示的心音波形图也不准确，容易造成用户的错误理解。

技术实现要素：

为解决上述现有技术的缺点和不足，本实用新型提供了一种心音信号检测设备，能够提高心音信号的采集和识别精度，减少外围环境对心音信号的影响，从而提高心音信号检测结果的准确性，并且本设备结构简单，成本低、便携性高。

一种心音信号检测设备，包括心音采集器、环境声音采集器、双麦降噪器、低通滤波器、陷波滤波器、存储器和电源模块；所述心音采集器和环境声音采集器的信号输出端分别与所述双麦降噪器的两信号输入端电连接，并分别将采集到的心音信号和环境声音信号输出至所述双麦降噪器；所述双麦降噪器的输出端与所述低通滤波器的输入端电连接，且双麦降噪器对心音信号和环境声音信号进行差分降噪处理，得到去除环境声音后的心音消噪信号，并输出至所述低通滤波器；所述低通滤波器的输出端与所述陷波滤波器的输入端电连接，低通滤波器对所述心音消噪信号进行低通滤波处理后，输出至所述陷波滤波器，由所述陷波滤波器进行陷波滤波处理，得到心音模拟信号，并输出至所述存储器，由存储器保存；所述电源模块为所述心音采集器、环境声音采集器、双麦降噪器、低通滤波器、陷波滤波器和存储器供电。

相对于现有技术，本实用新型心音信号检测设备能够提高心音信号的采集和识别精度，减少外围环境对心音信号的影响，提高心音信号检测准确性，且结构简单，成本低，便携性高。

进一步，所述心音采集器为MEMS传感器，和/或，所述环境声音采集器为MEMS传感器。通过利用MEMS传感器实现对声音信号的采集，使得心音采集器微型化，减小本设备的体积和重量，并利于提高采集精度。

进一步，所述心音采集器以4000Hz的采样频率对心音信号进行采集；及所述环境声音采集器以4000Hz的采样频率对心音信号进行采集。

进一步，所述双麦降噪器包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻和低噪声双运算放大器；所述第二电阻一端作为心音信号输入端，另一端与所述低噪声双运算放大器的同相输入端电连接；所述第三电阻一端作为环境声音信号输入端，另一端与所述低噪声双运算放大器的反相输入端电连接；所述第一电阻一端接地，另一端与所述低噪声双运算放大器的同相输入端电连接；所述第四电阻一端与所述低噪声双运算放大器的反相输入端电连接，另一端与所述低噪声双运算放大器的输出端电连接；所述低噪声双运算放大器的输出端输出所述心音消噪信号。通过此处限定，实现保证降噪效果的同时，简化双麦降噪器的结构。

进一步，所述低通滤波器为600Hz的低通滤波器；所述陷波滤波器为50Hz陷波的IIR滤波器。

进一步，本实用新型心音信号检测设备还包括微控制器和蓝牙模块；所述微控制器接收由所述陷波滤波器输出的心音模拟信号，保存至所述存储器；且微控制器将心音模拟信号转换成心音数字信号，并通过蓝牙模块发送至移动设备和/或服务器。通过增设微控制器和蓝牙模块，在一定程度上提高本实用新型的智能性，有利于心音信号的共享和查看。

进一步，本实用新型心音信号检测设备还包括显示器；所述微控制器还控制显示器显示所述心音模拟信号。通过此处限定，实现在检测心音信号时实时对心音信号的状态进行显示，实现用户能够更加直接地查看受测者当前的心音状态。

进一步，本实用新型心音信号检测设备还包括定位模块和报警器；所述微控制器根据接收到的心音模拟信号处理得到心音信号是否正常的判断结果，并根据判断结果控制所述定位模块和报警器的工作状态。通过此处限定，实现在心音异常的状态下，能够及时报警，实现及时救援。

进一步，本实用新型心音信号检测设备还包括GSM模块；所述微控制器根据所述判断结果控制所述GSM模块的工作状态，且微控制器还将判断结果发送至移动设备和/或服务器。通过增设GSM模块，实现在心音异常的情况下，微控制器能够控制GSM模块发送报警信息和/或定位信息至与受测者相关的家人或监护人的手持设备，实现受测者家人或监护人能够及时查看受测者当前的心脏状态，做好预防和救援措施。

进一步，所述移动设备根据心音数字信号显示相应的心音波形图，且移动设备根据心音数字信号处理得到心音信号是否正常的判断结果；当判断结果为正常时，移动设备同步数据至服务器；当判断结果为异常时，移动设备同步数据至服务器，并发送报警短信和定位信息至相关的其它移动设备；以及，所述服务器接收到由移动设备同步传送的数据后，根据该数据调用预存报告数据库中相应的诊断报告，并发送至移动设备。通过移动设备自行根据心音数字信号处理得到判断结果，不需要等待微控制器发送判断结果，即可实时得知受测者当前的心脏状态，避免信息迟滞而影响用户对判断结果得知的实时性，也能够减少微控制器的负担，减少数据传输。通过移动设备同步数据到服务器，由服务器根据该数据调用相应的诊断报告，并返回移动设备，这样有利于为受测者及其家人或监护人提供合适的诊断报告，也能够对同步数据进行复查，对判断结果进行核查，提高判断结果的准确性。

为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本实用新型。

附图说明

图1为本实用新型心音信号检测设备的结构框图；

图2为本实用新型心音信号检测设备的双麦降噪器的电路结构图；

图3为图1中的心音信号检测设备进一步改进后的结构框图；

图4为图3中的心音信号检测设备进一步改进后的结构框图；

图5为本实用新型中的心音分割效果图；

图6为本实用新型中使用MFCC热图预测正常与异常心脏声音的卷积神经网络结构图。

具体实施方式

请参阅图1，本实用新型提供了一种心音信号检测设备，其包括心音采集器1、环境声音采集器2、双麦降噪器3、低通滤波器4、陷波滤波器5、存储器6和电源模块7；所述心音采集器1和环境声音采集器2的信号输出端分别与所述双麦降噪器3的两信号输入端电连接，并分别将采集到的心音信号和环境声音信号输出至所述双麦降噪器3；所述双麦降噪器3的输出端与所述低通滤波器4的输入端电连接，且双麦降噪器3对心音信号和环境声音信号进行差分降噪处理，得到去除环境声音后的心音消噪信号，并输出至所述低通滤波器4；所述低通滤波器4的输出端与所述陷波滤波器5的输入端电连接，低通滤波器4对所述心音消噪信号进行低通滤波处理后，输出至所述陷波滤波器5，由所述陷波滤波器5进行陷波滤波处理，得到心音模拟信号，并输出至所述存储器6，由存储器6保存；所述电源模块7为所述心音采集器1、环境声音采集器2、双麦降噪器3、低通滤波器4、陷波滤波器5和存储器6供电。

由此，本实用新型通过心音采集器1和环境声音采集器2同时并分别采集当前心音信号和当前环境声音信号，并将心音信号和环境声音信号同时输入到双麦降噪器3中，由双麦降噪器3对两个信号进行差分降噪处理，最终输出去除掉环境声音信号的心音消噪信号，从而避免了外围环境对心音信号的影响，提高心音信号的采集和识别精度、及检测准确性；并通过对心音消噪信号继续进行低通滤波和陷波滤波处理，进一步提高了心音信号的检测精度；还通过将心音模拟信号保存至存储器6，也方便对历史或当前心音模拟信号的回溯和查看，能够为需要基于心音模拟信号的分析提供所需数据。且整体设备结构简单，成本低，便携性高。

为进一步提高心音信号采集精度，优选地，所述心音采集器1为MEMS传感器，所述环境声音采集器2为MEMS传感器。更优选地，所述心音采集器1以4000Hz的采样频率对心音信号进行采集；及所述环境声音采集器2以4000Hz的采样频率对心音信号进行采集。

请参阅图2，本实施例中，所述双麦降噪器3包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4和低噪声双运算放大器。所述第二电阻R2一端作为心音信号输入端，另一端与所述低噪声双运算放大器的同相输入端电连接、所述第三电阻R3一端作为环境声音信号输入端，另一端与所述低噪声双运算放大器的反相输入端电连接。所述第一电阻R1一端接地，另一端与所述低噪声双运算放大器的同相输入端电连接。所述第四电阻R4一端与所述低噪声双运算放大器的反相输入端电连接，另一端与所述低噪声双运算放大器的输出端电连接。所述低噪声双运算放大器的输出端输出所述心音消噪信号。

优选地，本实施例中，所述低噪声双运算放大器为NE5532双路低噪声高速音频双运算放大器。所述低通滤波器4为600Hz的低通滤波器4；所述陷波滤波器5为50Hz陷波的IIR滤波器。

请参阅图3，为便于心音信号的共享和查看，作为一种更优的技术方案，本实用新型心音信号检测设备还包括微控制器8和蓝牙模块9。所述微控制器8接收由所述陷波滤波器5输出的心音模拟信号，保存至所述存储器6；且微控制器8将心音模拟信号转换成心音数字信号，并通过蓝牙模块9发送至移动设备和/或服务器。在本实施例中，所述微控制器8为STM32处理器。

请参阅图4，本实用新型心音信号检测设备还包括显示器10；所述微控制器8还控制显示器10显示所述心音模拟信号。

为实现在心音异常的状态下，能够及时报警，及时救援，作为一种更优的技术方案，本实用新型心音信号检测设备还包括定位模块和报警器。所述微控制器8根据接收到的心音模拟信号处理得到心音信号是否正常的判断结果，并根据判断结果控制所述定位模块和报警器的工作状态。本实施例中，判断结果具有异常和正常两种结构，当判断结果为正常时，微控制器8不控制报警器工作，报警器处于待机状态。当判断结果为异常时，微控制器8控制报警器工作，报警器发出警报声。

为实现受测者家人或监护人能够及时查看受测者当前的心脏状态，做好预防和救援措施，作为一种更优的技术方案，本实用新型心音信号检测设备还包括GSM模块。所述微控制器8根据所述判断结果控制所述GSM模块的工作状态，且微控制器8还将判断结果发送至移动设备和/或服务器。由此，在判断结果为正常的情况下，微控制器8控制GSM模块处于待机状态；在判断结构为异常的情况下，微控制器8控制GSM模块发出报警短信至与受测者的家人或监护人。另外，作为一种更优的技术方案，本设备还包括定位模块，在需要报警的状态下，微控制器8读取定位模块的定位信息，控制GSM模块发出的报警短信中包含定位信息。

另外，在其它变形实施例中，还可由移动设备根据心音数字信号显示相应的心音波形图，且移动设备根据心音数字信号处理得到心音信号是否正常的判断结果；当判断结果为正常时，移动设备同步数据至服务器；当判断结果为异常时，移动设备同步数据至服务器，并发送报警短信和定位信息至相关的其它移动设备。以及，所述服务器接收到由移动设备同步传送的数据后，根据该数据调用预存报告数据库中相应的诊断报告，并发送至移动设备。由此，移动设备自行根据心音数字信号处理得到判断结果，不需要等待微控制器8发送判断结果，即可实时得知受测者当前的心脏状态，避免信息迟滞而影响用户对判断结果得知的实时性，也能够减少微控制器8的负担，减少数据传输。通过移动设备同步数据到服务器，由服务器根据该数据调用相应的诊断报告，并返回移动设备，这样有利于为受测者及其家人或监护人提供合适的诊断报告，也能够对同步数据进行复查，对判断结果进行核查，提高判断结果的准确性。

其中，微控制器8和移动设备(移动设备具有与本设备匹配的APP，而APP可由现有技术的APP开发技术结合本技术方案得到，故不赘述)根据心音信号获取判断结果的方法是一致的，以下，以其中一种实现判断结果的获取方法为例说明(不应该理解为对本实用新型的限定)：

步骤1：对由陷波滤波器5输出的心音信号进行小波降噪处理，采用db6小波分解，分解导数为5，从而去除对心音识别不利的噪声；

步骤2：用逻辑回归隐半马尔可夫模型将降噪后的心音信号分解为基本心音，即第一心音S1、收缩期心音Ss、第二心音S2和舒张期心音Sd；如图5所示；

步骤3：计算心率变异性时频域指标，其中时域指标为：SDNN(standard diviation of NN intervals，全部窦性心搏RR间期，简称NN间期)、SDANN(standard diviation of NN intervals，RR间期平均值标准差)、rMSSD(root mean square of successive differences，相邻RR间期差值的均方根)及PNN50(相邻NN间期之差>50ms的个数占总窦性心搏个数的百分比)；频域指标为：TP(总功率谱)、HF(高频段)、LF(低频段)及LF/HF(低频与高频的比)；

步骤4：利用MFCC(Mel-Frequency Cepstral Coefficients，Mel频率倒谱系数)将降噪后的心音信号转换为信号能量分布的时间频率表示，生成MFCC热图。具体方法是；选择以第一心音S1开始的长度为3秒的心音数据，在输入音频数据上运行重叠的滑动窗口(使用窗口长度为25ms，步长为10ms)计算每个窗口的傅里叶变换，应用Mel滤波器组在每个滤波器内求和并计算滤波器能量的对数，最后对日志滤波器能量进行离散余弦变换，生成梅尔频率倒谱系数热图；

步骤5：使用深度卷积神经网络对MFCC热图进行训练并分类；其中，神经网络结构如图6所示。此网络使用的结构由两个卷积层组成，每个层后面是Max-Pool层，最后是最终分类前的两个全连接层。输入MFCC热图，经过训练后输出二分类结果，即可预测输入心音信号是否是正常心音。

步骤6：将步骤5中得到的结果上传至服务器，由服务器根据该结果获取诊断报告。

相对于现有技术，本实用新型心音信号检测设备通过心音采集器1和环境声音采集器2同时并分别采集当前心音信号和当前环境声音信号，并将心音信号和环境声音信号同时输入到双麦降噪器3中，由双麦降噪器3对两个信号进行差分降噪处理，最终输出去除掉环境声音信号的心音消噪信号，从而避免了外围环境对心音信号的影响，提高心音信号的采集和识别精度、及检测准确性；并通过对心音消噪信号继续进行低通滤波和陷波滤波处理，进一步提高了心音信号的检测精度；还通过将心音模拟信号保存至存储器6，也方便对历史或当前心音模拟信号的回溯和查看，能够为需要基于心音模拟信号的分析提供所需数据。且整体设备结构简单，成本低，便携性高。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。