专利名称：一种心音信号采集程控放大滤波装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及心音信号处理领域，具体是一种心音信号采集程控放大滤波装置。
技术背景心音是人体最重要的生理信号之一，是临床评估心血管系统功能状态的一种基本方法，是心脏及大血管机械运动状况的反映。心音信号包含了能反映心脏正常或者病理的丰富的信息，正常的心音包含第一心音(Si)、第二心音(S2)、第三心音(s;3)和第四心音 (S4)四个心音成份，其中S1、S2是可听到的部分，S3、S4强度很弱，几乎不可听到。如果心脏功能出现异常或者心血管出现病变，心音中将包含除Si、S2之外的其他外杂音成份，这些出现的杂音和畸变等重要的诊断信息，可以反映心血管疾病尚和一些难以产生临床及病理改变以前的症状。心音信号中包含了这些丰富的信息，在检测该类型疾病的领域，心音信号有着无可比拟的优越性。同时心音信号的检测方便、无创、花费极小，可作为心脏病检测、 预防的常规手段。然而传统的心脏听诊技术是以人耳听音来进行的，这种方式依赖于人耳听力的灵敏度和听者的主观经验与判断能力，其作用有很大的局限性。临床上由于心音信号的强度会随着疾病类型和不同人的体质有着较大的变化，导致心音传感器获得的信号质量难以保证。心音信号较弱时，导致模数转换之后信号信噪比降低，无法保证后续分段和诊断算法对信号信噪比的要求。如果信号过强，将会在信号的峰值附近导致心音信号的失真，严重时将导致后续处理无法完成。可以采用大线性度的放大器和高精度的模数转换器来克服前面的问题，但是这无疑会大大增加设备的成本。而且心音信号强度本身也是心音信号的重要特征之一，因此传统的自动增益控制电路用在心音采集领域也不适应。
发明内容本实用新型的目的就是为了克服心音信号强度变化大而对信号采集造成的困难， 提供一种通过程控放大滤波装置使信号到达模数转换装置时能量适中、并且真实的心音信号强度可以准确的获得的心音信号采集程控放大滤波装置。本实用新型包括心音传感器采集心音信号传输给程控放大滤波装置，程控放大滤波装置对信号进行提高精度和滤除噪声的处理，并将处理后的信号传输给模数转换装置进行模数转换，模数转换装置将转换后的信号传输给中央处理器；中央处理器还连接控制程控放大滤波装置。程控放大滤波装置位于心音传感器和模数转换装置之间，可以对心音信号进行预处理，提高信号采集的精度和滤除部分噪声。而通过中央处理器自适应的设置程控放大滤波装置的电平增益可以有效控制，这样可以针对不同的人的心音强度情况进行调整，提高信号采集质量并防止信号失真。而且心音调整率可以通过中央处理器进行评估，通过此装置可以实现采集信号范围与模数转换范围的匹配。程控放大滤波装置可以通过中央处理器灵活设置滤波模式(低通、高通、带通、带阻)，可以灵活设置带宽、通带频率、阻带频率等，针对不同的采集环境进行滤波的自适应设置可以有效提高心音信号的质量。进一步的，所述程控放大滤波装置包括依次连接的实现与心音传感器之间的信号匹配的预处理放大装置，实现信号的带外噪声滤除的程控滤波装置，进一步实现信号的放大/压缩的信号匹配放大装置。上述预处理放大装置实现与心音传感器之间的信号匹配，通过自适应程序控制将不同心音信号准确控制在最佳的滤波器所需电平范围内，以达到最佳的滤波效果。此放大器应具有低噪声，高共模抑制比，低电平漂移，可程序控制等特点。其实现是容易的，具有多种方案，例如为集成程控增益放大器(如AD60;3)，具有集成度高、低漂移、低非线性、高共模抑制比和宽频带等优点；或者为集成运算放大器(例如AD620)和程控电阻网络(例如 ad5231)(或数字电位器)，具有设置灵活，器件丰富等特点。上述程控滤波装置实现信号的带外噪声的滤除工作，可以根据需要设置工作模式如低通、高通、带通、带阻等，并可以设定通带频率、阻带频率等参数，在不同环境中滤除不同类型的噪声实现心音信号的可靠采集。其实现是容易的，具有多种方案，例如通过集成程控滤波电路实现(如MAX^2)，MAX262可以通过改变输入时钟频率完成直流到170KHz频率范围内的高通、低通、带通以及带阻滤波器的设计，而且外围电路结构简单，程序控制方便；或者通过集成运算放大器(AD620)和开关电容实现程控滤波器。上述信号匹配放大装置使滤波以后的信号能适合模数转换的范围，可以为固定放大倍数的低噪声、低漂移运算放大器。进一步的，与所述预处理放大装置和程控滤波装置连接设置有信号质量评估装置，信号质量评估装置通过对采集到的心音信号的强度和信噪比等指标进行衡量和评估， 产生放大和滤波装置的控制信号，并记录原始心音信号的强度和信噪比指标。上述信号质量评估装置可以为中央处理器或者由一单片机模块实现，实现信号质量的评估。进一步的，与所述中央处理器连接设置有显示装置，可以显示各种数据。本实用新型提供的心音信号采集程控放大滤波装置利用电子信息技术、数据处理技术等先进技术，通过程控放大滤波装置实现心音信号采集的模拟信号处理电路，提高心音信号采集的精度和可靠性，增加了心音信号采集设备的设计灵活性。
图1为本实用新型实施例的电气原理图；图2为图1中程控放大滤波装置的电气原理图；图3为实施例中预处理放大装置的电气原理图；图4为实施例中程控滤波装置的电气原理图。
具体实施方式
下面以非限定性的实施例来进一步解释、说明本技术方案。一种心音信号采集程控放大滤波装置，如图1及图2所示，心音传感器采集心音信号传输给程控放大滤波装置，程控放大滤波装置对信号进行提高精度和滤除噪声的处理，
4并将处理后的信号传输给模数转换装置进行模数转换，模数转换装置将转换后的信号传输给中央处理器；中央处理器还连接控制程控放大滤波装置，中央处理器连接有显示装置。程控放大滤波装置包括依次连接的实现与心音传感器之间的信号匹配的预处理放大装置，实现信号的带外噪声滤除的程控滤波装置，进一步实现信号的放大/压缩的信号匹配放大装置。与所述预处理放大装置和程控滤波装置连接设置有信号质量评估装置， 通过对采集到的心音信号进行评估产生预处理放大装置和程控滤波装置的控制信号，本例中信号质量评估装置为中央处理器，利用中央处理器处理数据，实现信号质量的评估是已有技术，不在赘述。预处理放大装置的实现是容易的，例如如图3所示，采用集成运算放大器AD620和程控电阻网络ad5231 ；程控滤波装置的实现是容易的，例如如图4所示，采用开关电容网络和集成运算放大器AD620。采集信号时，心音传感器采集心音信号，传输给预处理放大装置进行预处理，再将预处理后的信号传输给程控滤波装置进行带外噪声的滤除，再由信号匹配放大装置进行进一步的放大，使滤波以后的信号能适合模数转换的范围，再进行模数转换，并将模数转换后的数据传输给中央处理器进行评估，采集到合适的心音信号，并可由显示装置进行显示。
权利要求1.一种心音信号采集程控放大滤波装置，其特征在于包括心音传感器采集心音信号传输给程控放大滤波装置，程控放大滤波装置对信号进行提高精度和滤除噪声的处理，并将处理后的信号传输给模数转换装置进行模数转换，模数转换装置将转换后的信号传输给中央处理器；中央处理器还连接控制程控放大滤波装置。
2.根据权利要求1所述的心音信号采集程控放大滤波装置，其特征在于所述程控放大滤波装置包括依次连接的实现与心音传感器之间的信号匹配的预处理放大装置，实现信号的带外噪声滤除的程控滤波装置，进一步实现信号的放大/压缩的信号匹配放大装置。
3.根据权利要求2所述的心音信号采集程控放大滤波装置，其特征在于所述预处理放大装置为集成程控增益放大器或者为集成运算放大器和程控电阻网络。
4.根据权利要求2所述的心音信号采集程控放大滤波装置，其特征在于所述程控滤波装置为集成程控滤波电路或者为集成运算放大器和开关电容组成的程控滤波器。
5.根据权利要求2所述的心音信号采集程控放大滤波装置，其特征在于所述信号匹配放大装置为固定放大倍数的运算放大器。
6.根据权利要求2或3或4或5所述的心音信号采集程控放大滤波装置，其特征在于 与所述预处理放大装置和程控滤波装置连接设置有信号质量评估装置，通过对采集到的心音信号进行评估产生预处理放大装置和程控滤波装置的控制信号。
7.根据权利要求6所述的心音信号采集程控放大滤波装置，其特征在于所述信号质量评估装置为中央处理器或者为一单片机模块。
8.根据权利要求1或7所述的心音信号采集程控放大滤波装置，其特征在于与所述中央处理器连接设置有显示装置。
专利摘要一种心音信号采集程控放大滤波装置，其特征在于包括心音传感器采集心音信号传输给程控放大滤波装置，程控放大滤波装置对信号进行提高精度和滤除噪声的处理，并将处理后的信号传输给模数转换装置进行模数转换，模数转换装置将转换后的信号传输给中央处理器；中央处理器还连接控制程控放大滤波装置。本实用新型提供的心音信号采集程控放大滤波装置利用电子信息技术、数据处理技术等先进技术，通过程控放大滤波装置实现心音信号采集的模拟信号处理电路，提高心音信号采集的精度和可靠性，增加了心音信号采集设备的设计灵活性。
文档编号A61B7/04GK202005762SQ201120057149
公开日2011年10月12日 申请日期2011年3月7日 优先权日2011年3月7日
发明者刘峰, 刘振, 杨星海, 江海鹰, 王玉泰, 魏长智 申请人:济南大学