基于金刚石NV色心量子磁强计的无线心跳检测系统

基于金刚石nv色心量子磁强计的无线心跳检测系统
技术领域
1.本发明属于生物医疗仪器领域，具体为基于金刚石nv色心量子磁强计的无线心跳检测系统。


背景技术：

2.随着电子科学的猛烈发展，目前大多数医院都使用心音图仪、心电图仪、超声心动图仪等仪器来诊断心血管系统疾病，比以前远远提高了诊断的水平。在心血管疾病诊断中心音图谱是具有重要价值的，是心脏疾病无创检测的一种方法， 具有超声心动图和心电图不可取代的优势。
3.正常人的心律都被称为窦性心律。在健康状态下心律起源于窦房结，频率60次～100次/分(成人)，比较规则。心率是指心脏搏动的频率，即每分钟跳动多少次。在清醒、安静状态下健康成人心率大约70～80次/分钟。心音是心脏搏动过程中，由心脏内瓣膜关闭、开放，心肌收缩或舒张等振动所产生的声音。本发明所说心跳检测的心跳包含了心律、心率、心音，因为前端传感器使用的心音听诊器结构，下文中会用心音来代替心跳。
4.心音是在心血管系统疾病诊断中不可缺少的重要生理指标。目前，通过心音检测和分析可以得到关于心脏疾病的重要信息，这对于心脏疾病诊断中具有很重要的临床意义。因此，对于心音检测与分析的研究具有重要的学术意义和使用价值。其在心脏病发病风险分级、普查、介入诊疗效果评估、预激综合征旁道的定位等方面有着较为突出的优势。
5.早在20世纪80年代末期，国内外研究人员已经提出了采用心脏心音分析冠状动脉疾病的想法，普遍认为心脏心音主要由心脏瓣膜关闭、心肌伸缩、心脏中血液流动的声音及血管音组成。血管中的血液淌流有粥样硬化造成的血管狭窄引起并导致诱发血管震动，这时，可以将从身体表面检测到的血管杂音用于诊断血管堵塞造成的疾病。
6.目前广泛应用到的心电图是时性变化和传导性变化检测的最好方法，不过心脏的变力性和机械活动障碍首先反映在心音图里，还有在冠心病的冠脉阻塞率比较低的时候也反映出心音的变化，因此心音具有其他信号不可替代的诊断信息。如诊断冠心病时，病理程度70%以上时才引出心电图的变化，而实际上病理程度25%以上时就有心音图的明显变化，可见心音信号在诊断心血管疾病方面的重要意义。
7.不同于传统模式的有线传输，心音数据采用微波无线传输具有多方面的优势，区别于有线传输，更易于组网。传统的有线传输如果要构建网络会受多种客观因素的制约。而无线网络可以不受周围条件的影响，安装微波输入硬件就可以建立局域网。传统网络中设施的安装地点要考虑到网络数据的收发点，具有局限性。无线网络组成后，在信号网络覆盖范围内均可以使用网络传输心音信号数据。与传统网络相比，微波网络具有多样化的组网方法，可以自由搭配，并且信息输送速度可以保证。微波网络令计算机的移动性得到发挥，可以规避传统局域网的缺陷。
8.目前医疗领域中使用的无线传输心音检测设备主要是3m
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3200型电子听诊器，该电子听诊器无法做到实时传输并监听心音，只能现场录音通过蓝牙加密传输
到电脑。


技术实现要素：

9.本发明目的是能够实时传输并监听心音，提供基于金刚石nv色心量子磁强计的无线心跳检测系统，其具有维护成本低，灵敏度高，可调节性强的特点,是新一代的高精度高效率低成本的心音检测系统。
10.本发明是采用如下的技术方案实现的：基于金刚石nv色心量子磁强计的无线心跳检测系统，包括三部分，第一部分为心音信号采集部分，第二部分包括微波发生器、微波发射器和微波接收器，第三部分包括功率放大器、nv色心量子磁强计和数据采集卡以及计算机，心音信号采集部分作为心音采集前端将信号传递给微波发生器，微波发生器将调制的微波通过微波发射器、微波接收器进行无线传输；功率放大器将接收的微波信号导入nv色心量子磁强计中，nv色心量子磁强计产生的信号被数据采集卡传输到计算机中，在计算机中绘制出所测的心音图。
11.上述的基于金刚石nv色心量子磁强计的无线心跳检测系统，第一部分心音信号采集部分包括心音听诊器探头、激活模块和信号放大器，心音听诊器探头、激活模块和信号放大器依次连接。
12.上述的基于金刚石nv色心量子磁强计的无线心跳检测系统，心音听诊器探头包括听诊器前端压电薄膜、微小声音放大芯片和3.5mm美标端口，3.5mm美标端口接到激活模块的耳机口母座。
13.上述的基于金刚石nv色心量子磁强计的无线心跳检测系统，nv色心量子磁强计包括激光源、平凸透镜、光电探测器、物镜、金刚石、环状天线；激光源射出激光，激光经过平凸透镜进行准直，经过二色镜将激光射向物镜中进行聚焦，最终激光射入金刚石中产生荧光，环形天线连接功率放大器，功率放大器将接收到的微波导入环形天线并影响金刚石发出的荧光，荧光会穿过二色镜，经过聚焦后进入特制光电探测器中，荧光信号会被转化为电信号，然后进入数据采集卡中转为数字信号方便计算机数据处理，最终实现心音的整体记录与检测。
14.上述的基于金刚石nv色心量子磁强计的无线心跳检测系统，还包括示波器，信号放大器和nv色心量子磁强计都与示波器连接，信号放大器、nv色心量子磁强计中的电信号可进行检测实时对比。
15.上述的基于金刚石nv色心量子磁强计的无线心跳检测系统，微波发射器和微波接收器具有多频段传输优势，在激光照射下金刚石nv色心发出荧光，并在磁场与微波的作用下，产生odmr（光探测磁共振）信号，odmr信号斜率最大点对应的微波频段可作为载波频率，不同磁场下odmr共振峰劈裂程度和个数不一，因此每个nv色心量子磁强计可以具有多个频段来解调心音信号。
16.上述的基于金刚石nv色心量子磁强计的无线心跳检测系统，光电探测器前端有带通滤波片，用于通过600nm
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800nm波段的荧光。
17.与现有技术相比，本发明的有益效果体现在以下几个方面：(1)传统的医疗手段是由医生用常规听诊器进行心音检测，如果没有多年从医经验很难听清心音的细节变化，本发明可以实时记录心音以便于医生进行细节查看以及重复
听。
18.(2)3m公司的3200型号听诊器无法做到实时传输并监听心音，只能现场录音通过蓝牙加密传输到电脑，相比较来说，本nv色心传感器心音听诊可以做到现场听心音实时查看心音波形图，并且通过微波无线传输非加密方式到电脑记录并保存。
19.(3)市面上大部分电子听诊器都是采用蓝牙传输的方式，蓝牙作为数字信号传输，会使得心音采集的数据本身失真度提高。对比微波传输，蓝牙更容易受到干扰，微波传输可以完美的将心音信号以电信号矢量传输到接收端，同样是计算机处理信号降噪滤波之后信噪比相仿。
20.(4)因为没有蓝牙的特殊传输协议，所以微波传输可以实现点对多点的信号传输，微波传输组网方式:链型，星形和网状结构，不管是微波还是光缆都是这样的。如果在医院可以隔离环境将患者心音信号传输到多科室进行实时同步会诊。
21.（5）微波通信具有良好的抗灾性能。对水灾、风灾以及地震等自然灾害微波通信一般都不受影响。并且微波通信由于其频带宽、容量大、可以用于各种电信业务的传送,如电话、电报、数据、传真以及彩色电视等均可通过微波电路传输。
22.（6）在不同的磁场作用下，nv色心的odmr信号被劈裂成不同频率，不同个数的共振峰，可将共振峰斜率最大点所对应的频率作为载波频率传输心音信号。与其他无线传输(蓝牙)只能在特定频段（2.4ghz）相比，无线传输频段至少多3个，最多可多15个。
23.（7）每个量子磁强计可根据磁场大小设置不同的载波频率，每个nv量子磁强计的载波频段可不同，从而避免了多个传感器同时工作时信号互相串扰的问题。
附图说明
24.图1为本发明基于金刚石nv色心量子磁强计的无线心跳检测系统示意图。
25.图2为电子听诊器结构示意图。
26.图3为nv色心量子磁强计结构示意图。
27.附图标号说明1
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心音听诊器探头；2
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激活模块；3
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信号放大器；4
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微波发生器；5
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微波发射器；6
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微波接收器；7
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nv色心量子磁强计；8
‑
数据采集卡；9
‑
计算机；10
‑
示波器。
[0028]1‑1‑
听诊器前端压电薄膜；1
‑2‑
微小声音放大芯片；1
‑3‑
3.5mm美标端口。
[0029]1‑7‑1‑
激光源；1
‑7‑2‑
第一平凸透镜；1
‑7‑3‑
第二平凸透镜；1
‑7‑4‑
光电探测器；1
‑7‑5‑
物镜；1
‑7‑6‑
金刚石；1
‑7‑7‑
环形天线。
具体实施方式
[0030]
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
[0031]
参照图1，本发明提供的基于金刚石nv色心量子磁强计的无线心跳检测系统，包括：心音听诊器探头1；激活模块2；信号放大器3；微波发生器4；微波发射器5（微波发射天线）；微波接收器6（微波接收天线）；nv色心量子磁强计7；数据采集卡8；计算机9；示波器10。
[0032]
参照图2，所述的心音听诊器探头1包括听诊器前端压电薄膜1
‑
1、微小声音放大芯
片1
‑
2和3.5mm美标端口1
‑
3，3.5mm美标端口1
‑
3可以接到激活模块2的耳机口母座。
[0033]
参照图3，nv色心量子磁强计7包括激光源1
‑7‑
1、平凸透镜、光电探测器(pd)1
‑7‑
4、物镜1
‑7‑
5、金刚石1
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6、环状天线1
‑7‑
7。激光源1
‑7‑
1会稳定射出激光，激光先后经过第一平凸透镜1
‑7‑
2和第二平凸透镜1
‑7‑
3进行聚焦对准，经过二色镜将绿色激光射向物镜1
‑7‑
5中进行聚焦，最终激光射入金刚石1
‑7‑
6中。环形天线1
‑7‑
7连接功率放大器，功率放大器将微波接收器6接收到的微波信号输入到环形天线进而影响金刚石1
‑7‑
6发出红色荧光，红色荧光会穿过二色镜，经过聚焦后进入光电探测器1
‑7‑
4中，荧光信号会转化为电信号进入数据采集卡8中转为数字信号方便计算机9数据处理，最终实现心音的整体记录与检测。
[0034]
心音听诊器探头1是市面常见的听诊器前端，结构为圆形合金外壳包裹铝箔压电薄膜。心音听诊器探头1信号输出端采用的是3.5mm美标端口1
‑
3，需要接入激活模块2的耳机接口母座，激活模块2可供5v电压用于心音听诊器探头1内部微小声音放大芯片1
‑
2的偏置电压激活，微弱心音信号可以通过3.5mm美标端口1
‑
3的麦克风端与地线端形成回路将信号输出。
[0035]
信号放大器3输出的数据通过bnc三通传输线传输到示波器10和微波发生器4，微波发生器具有微波产生和频率调制等功能，心音信号调制到由微波发生器4产生的2.884ghz频率（odmr信号斜率最大位置对应的频率）上，通过无线微波传输模块输入到nv色心量子磁强计7中，其中无线微波传输模块包括微波发射器5和微波接收器6，无线传输可以将高保真微波信号传输到用于激发金刚石的环形天线1
‑7‑
7中。
[0036]
第三部分包括一个功率放大器，7v电源供电，将接收微波信号放大并输出到nv色心量子磁强计7中。其中，nv色心量子磁强计包括激光源、平凸透镜、特制光电探测器(pd)、滤波片、环形天线、金刚石。金刚石1
‑7‑
6是一块状金刚石，金刚石内的nv色心是金刚石晶体中的一个碳原子被氮原子取代且邻位碳原子缺失形成空穴而构成的点缺陷。
[0037]
金刚石1
‑7‑
6与环形天线1
‑7‑
7之间用粘性胶紧密连接，环形天线1
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7与微波功率放大器通过bnc相连，用于辐射均匀的微波；金刚石1
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6经过能级跃迁产生的红色荧光透过二向镜再由光电探测器1
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4将收集到的光信号转化为电信号。
[0038]
nv色心量子磁强计中还包括滤波片，光电探测器前端有带通滤波片，用于通过600nm
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800nm波段的荧光。
[0039]
光电探测器1
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4的电信号传输给数据采集卡8，再由数据采集卡8传送至计算机9中，最后通过计算机进行数据处理，对收集到的电信号进行模拟分析放大后，再导入已编写好的软件进行滤波降噪。将每个位置对应测量到的电信号在计算机中按照对应位置根据信号的强弱绘制出所测的心音图。