一种无线听诊器的制作方法

本发明属于医疗器械技术领域，更具体地，涉及一种无线听诊器。

背景技术：

目前，医护人员通常需要采用有线听诊器对病患的心、肺、血管等部位进行听音，进而对病情作出初步判断。但是有线听诊器的气导管长度限制使得医患不能保证足够安全距离，存在较大的传染风险。而且有线听诊器的听诊效果需要医生有足够经验才能准确分析，适用人群受限，特别在医疗资源紧缺，对于居家隔离无法及时就医的病患无法诊断。因此，医疗系统和病患亟需一种可智能诊断、居家健康监测、数据存储分析的多功能无线智能听诊器。

当前，听诊器类型主要包括两种：声学听诊器和电子听诊器。其中声学听诊器主要为传统的气导式听诊器，由拾音部分(胸件)，传导部分(胶管)及听音部分(耳件)组成。其听诊距离受导管长度限制，噪声大，一次只能供一人使用。进一步，电子式听诊器结合了信号处理技术和无线通信技术，相较于声学听诊器听诊信号更强、噪声低、频段更广且不受距离限制，具有更好的听诊效果。虽然无线听诊器在听诊信号质量以及初步诊断等方面有一定的进展，但在实际听诊中仍存在无法实现多功能智能诊断、家庭健康监测、操作繁琐以及成本高等缺点。例如，erturul等采用听诊头联合手机以及智能云端分析的无线听诊器对儿童心音进行测量，获得儿童急性呼吸道感染的检测结果。然而，该装置需要将数据上传至智能云端由医生远程诊断，操作复杂、检测功能单一、灵活性较差且价格昂贵。

中国专利文献《一种人工智能听诊器及建立病理性声音库的方法》(公告号为cn110731791a，公告日为2020年1月31日)公开了一种人工智能听诊器及建立病理性声音库的方法，该发明方法的主要流程为：利用声音采集设备对挂号问诊的病人的心音、呼吸音等进行采集并建立数据集，提取数据频域特征后用卷积神经网络进行分类识别。该方案诊断结果只能判断声音的类型而无法诊断出具体的症状类型，对使用者专业程度要求较高，特别是该方案中对病患的监测需要病患自己在察觉异常的时候使用听诊器检查并分析结果，实际监测效果因人差异大，人群普适性不强；此外，该方案中听诊器结构没有设计人工听诊接口，只能用于普通人员的初步诊断，无法配合医生的专业听诊技能和经验使用，交互性较差。

综上所述，目前多功能无线智能听诊器存在测量诊断功能单一、实际监测效果差、交互性差、操作复杂以及数据未能完全利用等问题，导致其在实际使用中智能化水平不高，诊断效果不理想。

技术实现要素：

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种无线听诊器，旨在解决目前多功能无线智能听诊器存在测量诊断功能单一、实际监测效果差、交互性差、操作复杂以及数据未能完全利用等问题，导致其在实际使用中智能化水平不高，诊断效果不理想的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种无线听诊器，包括：胸件和移动终端；

所述胸件，用于通过分别放置在用户身体的各个部位，以采集各个部位的声音信号，并将采集到的声音信号通过无线传输的方式发送给移动终端；所述身体各个部位包括：心脏、肺部、腹部以及血管；

所述移动终端，用于结合训练好的诊断网络对所述声音信号进行诊断，以给出对用户的听诊结果。

可选地，该无线听诊器还包括：云端系统；

所述移动终端还用于将用户的声音信号和听诊结果上传给云端系统；

所述云端系统，用于根据移动终端上传的声音信号、听诊结果、用户的既往病史、遗传病史、基因组学以及相关病例，进行结构化和非结构化数据分析，挖掘所述声音信号的隐藏信息，进行疾病预测，以进一步地诊断用户的身体健康情况。

具体地，所述云端系统将进一步诊断结果发送给所述移动终端，以通过移动终端显示。

可选地，所述移动终端还用于显示所述诊断结果。

可选地，所述移动终端还用于显示所述声音信号的波形和播放所述声音信号。

可选地，所述胸件通过压电薄膜传感器采集各个部位的声音信号；

所述压电薄膜传感器包括：压电薄膜传感膜片、保护膜片以及隔音仓；

所述压电薄膜传感膜片嵌装在胸件壳体底面中心，保护膜片固定在压电薄膜传感膜片外侧，和胸件壳体密闭连接，隔音仓固定在压电薄膜传感膜片内侧，紧密包裹压电薄膜传感膜片。

可选地，所述胸件将采集到的声音信号通过无线传输的方式发送给移动终端前，对采集到的声音信号进行初步分类和滤波。

可选地，所述训练好的诊断网络包括：特征提取网络和分析诊断网络；

所述特征提取网络对初步分类和滤波信号进行mfcc特征和声谱质心特征提取并将特征输入到分析诊断网络；

所述分析诊断网络采用训练完善的三隐层bp神经网络、resnet以及相应参数集对输入的特征信号进行分析计算，诊断得出对应症状特征、可能疾病及其概率。

可选地，所述移动终端接收声音信号后将信号分段进行数字滤波并分离出差异性较大的心音、肺音、肠鸣音及大血管杂音四大类信号，将四大类信号按照需求进行输出听诊；同时将四大类信号输入训练好的分析诊断网络进行诊断，诊断结果按照四种信号的强度差异进行展示，强度最大的信号占据主导地位。

可选地，所述云端系统整合调用数据层的数据进行分析，采用分类、回归分析、聚类、关联规则、特征、变化以及偏差分析数据挖掘方法得到数据中的隐藏信息用于实现疾病预测、临床决策支持。

可选地，所述胸件和移动终端之间远程连接；

所述无线听诊器适用于对用户进行远程无线诊断，也适用于用户居家自行诊断。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

本发明提供的无线听诊器，采用了智能诊断网络，采用了多特征提取技术及深度学习网络进行数据智能分析诊断，诊断出当前可能症状、疾病及其概率，为家庭健康监测提供智能化诊断结果、为医生听诊提供参考结果，实现双重验证，降低误诊率，提高听诊效率。

本发明提供的无线听诊器，听诊功能多样性，可以用在不同部位听诊包括心音、肺音、肠鸣音以及大血管杂音等信号，结合智能诊断网络和智能云端系统，可提供心跳早搏、房颤、心脏结构异常、阻塞性肺气肿、胸腔积液、急性肠胃炎、机械性肠梗阻、胃部大出血、颈动脉或椎动脉异常等众多疾病预诊断并给出就医建议等。

本发明提供的无线听诊器，无线听诊及设备操作简易性，胸件无线听诊使得医生在听诊时可避免近距离接触，降低传染风险，可应用于高传染风险场所。胸件的表面光滑性和按钮良好密封性，便于使用后的清洁消毒工作进行。智能移动终端的智能分析使得无需频繁切换、设置听诊功能，简化听诊过程。

本发明提供的无线听诊器，采用了智能云端系统，可以收集听诊数据以及其他医学知识和就医历史数据，形成大数据库并在海量数据中进行数据挖掘，将结果应用于疾病预测、数据唤醒以及临床决策支持等，发挥数据的最大效用，实现家庭健康智能监测及就医过程智能化。

本发明提供的无线听诊器，可替代现有的无线听诊器进行心音、肺音、肠鸣音及大血管杂音听诊并进行多种疾病预诊断分析，结合云端实现疾病预测、数据唤醒以及临床决策支持等。可以应用于普通医院诊所听诊、隔离医院、普通家庭健康监测、养老院健康监测、医疗研究机构及其他相关应用和研究相关领域。

附图说明

图1为本发明提供的无线听诊器的胸件结构示意图；图1中(a)是胸件的外观结构示意图；图1中(b)是胸件的剖面示意图；

图2为本发明提供的无线听诊器的智能移动终端结构示意图；图2中(a)是智能移动终端主视图；图2中(b)是智能移动终端右视图；图2中(c)是智能移动终端左视图；图2中(d)是智能移动终端俯视图；

图3是本发明提供的无线听诊器的智能云端系统结构及工作关系示意图；

图4是本发明提供的智能诊断网络的数据预处理及特征提取流程示意图；

图5是本发明提供的智能诊断网络的数据智能诊断神经网络结构示意图；

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1为胸件壳体，2为胸件工作指示灯，3为胸件控制按键，4为胸件充电口，5为压电薄膜传感膜片，6为保护膜片，7为隔音仓，8为胸件电路板，9为胸件电池模块，10为胸件操作与接口电路模块，11为智能移动终端外壳，12为智能移动终端挂耳，13为音量上调键，14为音量下调键、15为显示屏幕，16为关机按键，17为耳件接口，18为工作指示灯，19为充电接口，20为电量指示灯。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提出了一种基于心音、肺音、肠鸣音、血管杂音测量的多功能无线智能听诊器，该听诊器结合了智能云端存储计算和数据分析，操作简单，能实现对心音、肺音、肠鸣音、大血管杂音等信号进行智能判别和多特征提取分析并诊断出可能的多种疾病及患病程度。同时在智能云端存储患者听诊历史数据并进行数据结构化和非结构化分析，大量数据的智能分析结果可用于数据唤醒、临床决策支持和疾病预测等功能的实现。简便的操作和智能化、人性化的诊断报告极大降低医护和家庭人员上手使用难度。听诊器的智能诊断报告可以辅助医护人员进行听诊，降低误诊率，辅助医生实现双重验证诊断并提高听诊效率。基于智能云端的大数据不仅可以用于各医院信息岛屿互联，数据的分析结果还可以用于实现疾病预测和提前就医预警等，特别是在医疗资源到极限时，对居家隔离的病患提供远程无线诊断，实现真正的家庭健康监测，为紧急疫情下精准的医疗资源调配提供指导和支撑。

本发明提供了一种基于心、肺、腹、血管的多功能无线智能听诊器，可用在医院医疗系统、家庭健康智能监测以及高传染风险等场合进行多功能无线听诊与智能诊断分析。

针对现有无线听诊器的缺点，本发明提供了下述技术方案：一种多功能无线智能听诊器，包括胸件、智能移动终端和智能云端系统；胸件为一个符合人体工程学构造适合抓握的柱形件，包含外设连接控制件、传感模块、主控电路模块；智能移动终端为一可无线连接胸件和智能云端的显示控制装置，含有外设连接控制件、主控电路模块、智能分析模块和无线通信模块；智能云端系统包含系统层、数据层和交互层。胸件用于在不同部位采集心音、肺音、肠鸣音、大血管杂音信号进行预处理并无线传输至智能移动终端。移动诊断提取信号多种特征后用bp网络和resnet进行识别和诊断，给出智能诊断结果，包括健康状态、疾病类型及程度、就医建议等。智能云端在用户同意后收集智能移动终端采集的数据信号形成大数据库，从数据中挖掘有效信息。智能移动终端和智能云端数据分析结合以实现智能诊断、健康监测、疾病预测等。

所述胸件用于装备传感模块、胸件电路模块和指示装置。所述胸件为一个符合人体工程学构造适合抓握的柱形件，包含主开关按键、指示灯、充电接口，内设有压电薄膜传感器、隔音仓、防护层、胸件电路模块；开关按键嵌于壳体上方中心，指示灯和充电接口分别固定于按键两侧。

所述胸件压电薄膜传感器用于在不同部位采集心肺音、肠鸣音、大血管杂音等信号。胸件压电薄膜传感器包含压电薄膜传感膜片、保护膜片、隔音仓；压电传感膜片嵌装在胸件壳体底面中心，保护膜片固定在压电薄膜外侧，和壳体密闭连接，隔音仓固定在压电薄膜内侧，紧密包裹压电薄膜。

所述胸件电路模块用于处理、发送信号及控制。所述胸件电路模块置于传感模块上方，包含滤波放大模块、蓝牙及wifi发送模块、开关模块、电源模块和控制模块；滤波放大电路模块接收处理压电薄膜传感器测量信号，进行初步处理；控制模块转换信号为数字信号并按一定帧格式和速率发送至智能移动终端；供电模块为上述所有耗电模块供电。

所述智能移动终端用于处理数据和智能诊断。所述智能移动终端包含信号接收模块、信号滤波/分离模块、智能诊断网络模块、显示屏幕、存储模块和智能云端连接模块、开关按键、两个音量调节按键、耳机接口、充电接口；开关按键嵌于壳体右侧面上方，音量调节按键嵌于壳体左面顶部，耳机接口、工作指示灯、电量指示灯、充电接口均固定分别排列于壳体顶面。

所述智能移动终端智能诊断网络模块用于诊断分析信号，生成诊断报告。所述智能移动终端智能诊断网络模块包含特征提取网络和疾病分析诊断网络。特征提取网络对进行过初步分类和滤波的信号进行mfcc特征和声谱质心特征提取并将特征输入到分析诊断网络。分析诊断网络采用训练完善的三隐层bp神经网络和resnet和相应参数集对特征信号进行分析计算，诊断得出对应症状特征、可能疾病及其概率。

所述智能云端系统用于收集来自智能移动终端的有效听诊信号，进行数据结构化和非结构化分析，挖掘数据隐藏信息，进行疾病预测、数据唤醒以及临床决策支持等。所述智能云端系统包含系统层、数据层和交互层。系统层包含医疗数据库系统和专家/远程系统，医疗数据库系统用于收集、统计和分析相关数据，挖掘数据隐藏信息，专家/远程系统用于实现“信息孤岛”联通和远程医疗诊断。数据层包含既往病史、遗传病史、基因组学以及病例结构和非结构化分析整理数据，海量数据是数据挖掘的基础，数据层为智能化提供必要的数据支撑。交互层将系统层和数据层的统计分析结果应用于不同的具体场景，实现数据利用最大化。交互层实现的应用场景包含用药辅助管理、云端智能诊断、用药计划/建议、病史报告、管家系统等。所述系统层、数据层、交互层相互联通，共同运作。

如图1中(a)所示，本发明实例提供一种基于心、肺、腹、血管的多功能无线智能听诊器，胸件壳体结构包括：环形壳体1、工作指示灯2、开关按键3、充电口4；壳体1用于装备外设及电路模块，工作指示灯2用于指示胸件关机/休眠/工作/电量状态，开关按键3用于胸件开/关机。

如图1中(b)所示，胸件内部包括：压电薄膜传感膜片5、保护膜片6、隔音仓7、主电路板8、供电电池仓9、副电路板10。

如图2中(a)、图2中(b)、图2中(c)、图2中(d)所示，智能移动终端包括壳体11、挂耳12、音量上调键13、音量下调键14、显示屏幕15、开关键16、耳机接口17、工作指示灯18、充电接口19、电量指示灯20。

如图3所示为多功能无线智能听诊器系统工作原理示意图。其中：胸件电路部分包括压电薄膜传感模块、放大滤波电路模块、mcu主控模块、通信模块、供电模块。智能移动终端部分包括通信模块、主控模块、滤波/信号分离模块、智能诊断网络、存储模块、供电模块。智能云端系统包括系统层、数据层和交互层。系统层包含医疗数据库系统和专家/远程系统，数据层包括既往病史、遗传病史、基因组学、病例结构化和非结构化数据分析结果，交互层包括用药辅助管理、云端智能诊断系统、治疗计划/建议、病史报告、管家系统等。胸件传感模块贴合听诊部位，检测人体器官活动产生的声音信号，高灵敏度压电薄膜经压电转换为电流信号并输入放大滤波电路模块，放大滤波电路模接收信号输入进行初步滤出噪声、放大后输入主控模块ad转换为数字信号，通过通信模块将信号按照预设通信参数进行发送至智能移动终端。

智能移动终端接收信号后将信号分段进行数字滤波并分离出差异性较大的心音、肺音、肠鸣音及大血管杂音四大类信号，此时可以将四大类信号按照需求进行输出听诊。同时四大类信号输入智能诊断网络进行诊断，诊断结果按照四种信号的强度差异进行展示，强度最大的信号占据主导地位。智能云端系统在征得用户同意后收集听诊数据，并联合医学知识库数据和数据结构化分析和非结构化分析结果构成数据库系统，系统层的医疗数据库系统可以整合调用数据层的数据进行分析，通过采用分类、回归分析、聚类、关联规则、特征、变化和偏差分析等数据挖掘方法得到数据中的隐藏信息用于实现疾病预测、临床决策支持等功能，具体可应用于用药辅助管理、云端智能诊断、用药计划/建议、病史报告、管家系统等场景。

如图4所示为智能诊断网络的数据预处理及特征提取示意图。对初步分类后的四种类型信号进行降采样、滤波和归一化操作之后分成两路信号，第一路n组信号进行预加重、分m帧和加窗，在进行快速傅里叶变换(fastfouriertransform，fft))变换、mel滤波以及取对数、dct变换后获得n*m组mfcc特征参数。第二路进行时频分析、能量谱计算、频率按照能量加权之后获得n组声谱质心特征参数。将n组信号的两种参数输入智能分析网络当中。

如图5所示为智能诊断网络的数据智能诊断神经网络示意图。n组声谱质心特征参数输入三隐层bp网络进行识别分析，得到信号的初步判别结果，分别为环境噪声、正常信号和异常信号，并将识别结果和n*m组mfcc共同输入resnet网路当中，网络参数根据信号的初步分类结果选择对应的已训练好的参数集参与计算。信号数据通过网络计算后输出对应症状及其概率值，根据概率区间和症状采用匹配的方式在数据库中匹配其对应疾病及其严重程度。

所述智能移动终端信号放大滤波电路采用fir数字滤波电路，设置4个带通滤波器，心音滤波器通频带为30hz—500hz，肺音滤波器通频带为100hz—1000hz，肠鸣音在4次/分～5次/分，有异常时次数和频率会随症状变化，通过连续监测及外差法可寻找肠鸣音的有效信号片段，大血管杂音分布频率广，测量信号通过消减法减去其他主要信号和环境噪声信号后视为大血管杂音信号。

在一个具体的实施例中，现在以应用于方舱医院患者听诊检查为例来说明所述多功能无线智能听诊器的使用流程，具体操作步骤如下：

听诊测量：医生佩戴智能移动终端并携带胸件到各个患者床位进行听诊，听诊时由患者持胸件并按照医生指示将胸件置于指定部位进行听音，医生可通过智能移动终端对心音、肺音等信号进行切换听诊，同时，智能移动终端的智能诊断网络也会对采集的有效信号进行诊断分析，得出诊断症状及其概率，以此辅助医生对病患的诊断，降低误诊率，提高听诊效率。

健康监测：由于医护人员人手紧张，病患较多，病患可以在医护人员没有空闲时自行使用智能听诊工具。患者只需按照智能移动终端指示将胸件置于合适部位即可进行智能听诊，得出初步的诊断结论。病患可以选择将听诊数据和听诊结果上传到云端系统当中，医生可以通过云端系统查看众多病患的健康监测情况，系统在发现异常信号时也会提醒医生，由医生进行复查，大大降低医生工作量。

智能云端：智能云端收集听诊数据之后，结合病史分析数据、医学资源库等数据，对大量数据进行横向对比和纵向分析，采用分类、回归分析、聚类、关联规则、特征、变化和偏差分析等数据挖掘的方法，针对每个病患给出具体的症状发展预测、用药指导以及临床决策支持。针对整个疫情的发展给出疾病的发展趋势和预测，指导医护人员和政府提前采取相应的措施。针对病毒用药指导，系统从大量病患的症状、对应用药及效果的实例当中寻找规律，挖掘出针对该病毒的高效药和高效救治方式。

远程医疗：云端系统将各个病患的就医历史数据及过往病史等数据存储在数据库中，在遇到难以诊断的症状时，医院可以邀请其他医院的专家进行远程在线诊断，为抗击疫情提供助力。云端可以记录患者在社区医院以及其转院后的用药、诊断结果以及病情发展历程等数据，在接收到新的医院后医生可以迅速了解病人的病情，给出相应医治措施，节约医疗资源。

本发明公开了一种基于心、肺、腹、血管的多功能无线智能听诊器，包括胸件、智能移动终端和智能云端系统；胸件为一个符合人体工程学构造适合抓握的柱形件，包含外设连接控制件、传感模块和主控电路模块；智能移动终端包含信号预处理模块、智能诊断网络和主控系统；智能云端系统包含系统层、数据层和交互层。胸件用于测量身体不同部位器官活动信号，进行初步处理并传输给智能终端。智能终端对信号进行降噪、分离后采用智能诊断网络对信号进行智能诊断并返回诊断结果。云端系统保存并分析大量病例数据，通过专家系统和医疗数据库系统，可实现数据唤醒、临床决策支持和疾病预测。本发明特别适合用于医院医疗系统、家庭健康智能监测以及高传染风险等场合进行多功能无线听诊与智能诊断分析，具有操作简单、免接触、智能诊断、云端存储、数据分析及预测等特点，具有广泛的应用前景。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。