无线心音心电一体化同步采集方法和装置

本发明属于医疗检测设备技术、互联网+ai，具体涉及一种用于临床心血管疾病诊断的无线心音心电一体化同步采集方法，以及用于这种方法的装置。

背景技术：

1、先天性心脏病（简称先心病）是危害儿童、青少年身体健康的主要心血管疾病。先心病的临床治疗原则为及早发现、及早治疗，才能有效治愈。目前对先心病早期临床检查和初诊，主要依靠心脏听诊和心电图检查为主。在大规模先心病筛查，尤其是上山下乡进行先心病筛查时，由于既要实施心脏听诊又要做心电图检查，操作流程复杂、耗时，且携带心电图仪不便，因此目前先心病的初诊和筛查多以心脏听诊为主。由经验丰富的医生通过心脏听诊，结合临床经验进行诊断，这需要专业的心脏科知识和临床经验。对于筛查出的疑似患者再进行“超声心动图”等医学影像设备方可确诊。目前在偏远山区和医疗设备匮乏的基层社区医院、乡镇卫生院，这些设备体积庞大，价格昂贵，需要专业人员操作的医疗设备还难以普及，并且由于不便携带难以在上山下乡进行先心病筛查中使用，以致不能及时筛查和发现先心病患者并进行医疗干预。这也是本领域中亟待解决的技术问题。

2、目前对于心音的机器辅助分析的一般步骤为：心音信号预处理，特征提取和分类识别；在这些步骤中，预处理阶段的心动周期分割准确性对于心音分类性能至关重要。单独使用心音本身进行心动周期分割常用方法有：归一化香农能量包络法、希尔伯特包络法、维奥拉积分包络法等进行分割，算法复杂，分割效果相比采用心电信号作为心动周期标志进行分割效果差，所以关于心音心电同步采集对于心音分类中显得尤为重要。

3、中国专利申请号202011160026.4公开了一种心电心音同步采集装置及方法。该装置心音采集部分采用五个心音采集探头并联在心音信号调理电路上，心电采集部分采用四个肢体导联电极和六个胸腔导联电极并联在心电信号调理电路上，以此获得心音和心电信号；经信号调理电路输出后通过模数转换器化为数字信号；采用现场可编程逻辑门阵列实时绘制心音和心电信号图，并将对比图发送给上位机pc端并进行辅助诊断。该装置可实现辅助诊断，但装置体积大、整体结构和操作复杂，且非一体化，不易携带。

4、中国专利申请号201910483311.0公开了一种基于蓝牙的心音心电信号同步采集及无线传输系统。该系统包括电源模块、采集模块、处理器以及蓝牙通信模块。通过处理器采集心音和心电信号，将采集到的数据存储在本地的flash中；同时进行心音和心电的数据融合，将融合的数据通过蓝牙模块传输至上位机。该系统实现了2路心电信号、1路心音信号的同步采集，但该系统心音传感器、心电电极为分离式的非一体化装置，需要各自的导联线相连接，且只能采集信号，无法根据采集的信号进行实时的辅助诊断，还需专业的医生才能根据采集的心音心电信号进行诊断。

技术实现思路

1、本发明的目的旨在克服上述现有技术的不足，提供一种能方便地同步采集心音心电信号并经智能移动终端分析或上传到云端进行深度分析诊断的无线心音心电一体化同步采集方法。

2、本发明的另一目的是提供一种在上述方法中能方便地同步采集心音心电信号并经智能移动终端分析或上传到云端进行深度分析诊断的无线心音心电一体化同步采集装置。

3、本发明所述的无线心音心电一体化同步采集方法包含以下步骤：

4、步骤s1：受试者处于仰卧或坐姿，将心音传感器依次置于受试者胸部心脏听诊的5个位置，心音传感器的感应面贴紧受试者胸部；

5、步骤s2：以心音传感器的感知面为中心，由三个电极放置于心音传感器周围用于感知心电信号；三个电极为第一电极la电极、第二电极ra电极和第三电极rl电极，la电极与ra电极在位于心音传感器的最大直径处的一条水平线上，rl电极放置于la电极和ra电极连线的正下方，紧靠在心音传感器的边缘，并作为la电极和ra电极的驱动电极；

6、步骤s3：la电极和ra分别经屏蔽导线输入至心电信号调理电路，根据la电极和ra电极感知的心电信号进行差分运算即可获得标准心电图i导联的心电信号，并对获得的心电信号进行放大和硬件降噪处理，同时将驱动信号输出至rl电极，降低共模信号干扰，改善差分运算的共模抑制性能；

7、步骤s4：模数转换器将步骤s1、s3获取的心音、心电模拟电信号同步转化为便于分析的数字信号；

8、步骤s5：微控制器根据步骤s4获取的同步心音心电数字信号，动态调节模数转换器的过采样率，确保信号更加平稳，降低心音心电信号因模数转换引入的噪声，同时根据同步心音心电数字信号进行实时软件降噪，进一步提升信号质量；微控制器还需根据心电信号幅度大小动态调节心电信号调理电路放大倍数；

9、步骤s6：微控制器根据获取的同步心音心电信号经无线蓝牙传送至移动智能终端进行显示；

10、步骤s7：智能移动终端对接收的同步心音心电信号进行实现显示，同时将采集完成的心音心电信号打包压缩后经无线网络上传至云端服务器；

11、步骤s8：云端服务器对接收到心音心电信号运用ai算法进行辅助诊断分析，并将采集的心音心电信号保存至云端，可供后续的分析，同时云端服务器也将辅助诊断的结果经无线网络反馈至智能移动终端进行实时显示。

12、所述的步骤s5中包括以下步骤：

13、步骤s501：微控制器根据获取的同步信号进行实时降噪，同时实时监测心电信号的最大数值；

14、步骤s502：若输出心电信号的最大数值小于设置的最小阈值或者大于设置的最大阈值，则通过程控放大动态调节心电信号的放大倍数。

15、本发明所述的无线心音心电一体化同步采集装置由心音传感器、心电电极、锂电池、信号采集板和设备壳体构成；设备壳体为钟形，在底面外缘有一与底面连为一体的圆环，心音传感器置于圆环的中心位置，与圆环为紧配合；信号采集板由电源管理电路、心电信号调理电路、模数转换器电路、cortex-m3微控制器最小系统电路和双模蓝牙hc-04模块电路构成，与可充电的聚合物锂电池一并放入设备壳体内；心电电极为三个，其中两个电极紧靠在心音传感器的最大直径处，另一个位于与这两个电极水平连线的正下方，紧靠在心音传感器边缘，三个电极均嵌在所述的圆环上；所述的三个电极分别经屏蔽导线和心电信号调理电路的输入端连接，心电信号调理电路输出的模拟信号和心音传感器输出的模拟信号分别通过导线与模数转换器的输入端口连接，模数转换器的输出采用spi总线方式和cortex-m3微控制器的输入相连并通信，微控制器以串行总线的方式与蓝牙模块连接，电源电路的输入与micro usb充电接口相连，其输出分别与可充电的聚合物锂电池、心电信号调理电路、模数转换器电路、微控制器、蓝牙模块、电源开关和电源指示灯相连；所述的microusb充电接口、电源开关和电源指示灯装在设备壳体的外表面上。

16、所述的心音传感器、心电电极、心电信号的调理芯片，模数转换器、cortex-m3微控制器以及双模蓝牙hc-04模块在市场上均容易购买且电路设计简单，容易实现。

17、系统工作简述：本发明所述的无线心音心电一体化同步采集方法和装置，可适用于先天性心脏病等其他心脏疾病的临床初诊。采集信号时，将采集装置放置于被采集者的胸部心脏听诊区，心音传感器的感应面和三个心电电极紧贴患者胸部心脏听诊的相应位置；三个电极在设备体内部经屏蔽导线与心电信号调理电路输入端连接，心电信号调理电路对la电极和ra 电极感知的微弱心电模拟电信号进行差分运算，根据差分运算的心电信号大小动态调节放大器的放大倍数，同时为rl电极提供驱动电信号；心音传感器和心电信号调理电路将心音信号和心电信号转换成模拟电信号；模数转换器将模拟的心音和心电信号转换为数字信号，采用spi总线的方式将数据传输给微控制器，微控制器将接收到的数字信号采用串行总线的方式经过蓝牙模块发送给智能移动终端，而智能移动终端对接收的信号进行显示，同时利用无线网络把接收的信号传输到云端服务器进行诊断，云端服务器将诊断的结果回传到智能移动终端，并将诊断结果显示在智能移动终端。

18、本发明所达到的有益效果是：本发明实现了心音和心电信号的采集的简易性，无需外接心电导联线即可实现心音和心电的同步采集，具有体积小，成本低，使用简单等特点；并结合ai技术分析，将同步采集的心音和心电信号用于先心病的机器辅助诊断，简化诊断的流程，提高了诊断的准确性，也进一步减少了因为医生主观意识所产生的误诊，整个采集系统体积小，便于携带，适用于大规模的先心病筛查。

19、本发明克服克服了已有技术的缺陷，能方便地同步采集心音心电信号并经蓝牙模块无线传送到经智能移动终端分析或由智能移动终端上传到云端，应用ai云处理技术进行深度分析诊断，且能及时将诊断结果返回到智能移动终端，以便及时筛查出疑似患者，尽早得到医疗干预。同步采集心音、心电，相对于单一使用心音信号，能提取到更丰富的病理特征，且心电信号为心动周期的标志，有助于对心音实施心动周期的准确分割。同时使用心音、心电信号并借助人工智能技术，有助于提升对先心病等心血管疾病的诊断分类准确率。

20、本发明的装置采用简捷的一体化结构设计，将三个心电电极放置于心音传感器感知面周围，省去了繁琐的心电导联线连接；采集装置放置于被采集者胸部即可同步采集心音和心电信号，还可通过远程服务器实现辅助诊断，使得整个信号采集和诊断过程更简洁、高效。