心脉跳动频谱映射听诊装置的使用方法与装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明主要涉及听诊的技术领域，具体涉及一种心脉跳动频谱映射听诊装置的使 用方法与装置。
【背景技术】
[0002] 内科体检经常采用望诊、触诊、听诊和必要的B超、心电图等检测方法。其中，听诊 是借助听诊器对器官活动的声音进行放大，并对环境噪声实施阻断，医生根据声音的特性 及其变化来诊断相关脏器的病变，广泛应用于心、肺、腹的检测。其中，心音是指由心肌收 缩、心脏瓣膜关闭和血液撞击心室壁、大动脉壁等引起的振动所产生的声音。医生用听诊器 在胸部可直接听到心音及混杂其中的杂音，据此有利于疾病的早期发现与及时治疗，特别 是先天性心脏病、风湿性心脏瓣膜病等诊断。然而，现有听诊器在使用中存在如下不足：
[0003] (1)听诊结果的有效性依赖于听诊器的正确使用，需要根据音调高低选择不同的 体件，如钟型体件适用于听取低调（低频）声音，膜性体件适用于听取高调（高频）声音。
[0004] (2)体内器官或组织运动形成的声音彼此混杂，听诊时要摒除其它声音的干扰，如 听心音时要摒除肺音干扰。
[0005] (3)血液冲击心室壁、大动脉壁等引起振动所产生的声音可能位于20Hz-20KHz范 围外，超出了人耳感知范围，而在人耳听力敏感区之外的声音不容易被医生听到，更不能被 辨别。
[0006] 因此，不同医生通过听诊得出的诊断结果不尽相同，甚至会产生误诊。
[0007] 鉴于此，本专利提出了一种心脉跳动频谱映射听诊装置使用方法与装置。该方法 直接检测心室壁或者血管壁某一个确定位置的跳动，利用超声波的收发对心室壁或者血管 壁上特定检测点的位置进行检测和连续监测，得到该检测点因跳动而形成的运动波形，即 点跳动波。通过信号处理方法把该点跳动波映射到人耳听力敏感区，利用电声转换器把这 个电信号转变为声音信号并播放出来，辅助医生进行疾病诊断。该装置具有辐射小、结构简 单、抗干扰强、声音清晰、使用安全等优点，可广泛用于心脏、脉搏、肺、肠胃等听诊领域。
【发明内容】
[0008] 针对听诊中器官活动声音的干扰和超过人耳听觉范围造成识别不清的问题，本发 明提出了一种心脉跳动频谱映射听诊装置使用方法与装置，把心室壁或者血管壁选定检测 点的跳动波映射到人耳听力敏感区的频率范围并播放出来实现听诊。
[0009] -种心脉跳动频谱映射听诊装置使用方法，其听诊头中设置了收发一体的超声波 探头阵列，发射探头把电信号转换成超声信号并发射出去，在心室壁或者血管壁选定的检 测点处产生反射，部分反射波由邻近的超声波接收探头接收，利用后续的回波分析和几何 反演可对检测点位置、结构作出判断，实现位置检测。此外，心脉跳动引起检测点位置随之 发生变化，通过连续的位置检测可获得检测点在不同时刻的位置，进而对检测点因位置变 化形成的跳动波进行时间和空间的多维检测，得到点跳动波。通过对这个点跳动波进行频 谱分析，可以得到该信号的频谱，即各个频率成分和频率分布范围，并求出各个频率成分 的能量。根据奈奎斯特的信号采样定理，利用超声波的收发可检测超过人耳听力频段范围 (20Hz-20KHz)以外的点跳动波信号。此外，根据人耳的等响度曲线可知，人耳对1ΚΗζ-4ΚΗζ 之间的声音最为敏感，应用频谱映射把点跳动波频率分布范围内的频谱映射到人耳听力敏 感区的频率范围内，得到映射声谱，可以把点振动波频谱中听不见和听不清的信号映射到 人耳听力敏感区。最后，通过频谱反变换得到映射后的时域序列，利用电声转换器把该信号 转变为声音信号并播放出来实现听诊。
[0010] -种心脉跳动频谱映射听诊装置使用方法，其中所述几何反演根据发射传感器、 接收传感器的位置和信号的传输延时对检测点位置进行反演，确定检测点的空间位置。每 个接收传感器可以利用已知的发射信号和自己的接收信号估算出信号传输延时，如果以 收、发传感器的位置为焦点，那么检测点位于一个椭球面上，这个椭球面是到这两个焦点的 距离之和等于传输延时的所有点构成。每个接收传感器都可以根据估算的传输延时构造一 个椭球面，检测点位于这些椭球面上，故检测点是这些椭球面的交点。在数学上通过性能函 数的构造把检测点的位置反演转化成一个优化问题并进行求解。
[0011] -种心脉跳动频谱映射听诊装置使用方法，其中所述频谱映射负责把点跳动波 的频谱映射到人耳听力敏感区的频率范围内。根据奈奎斯特的信号采样定理，利用超声 波的收发可检测超过人耳听力频段范围（20HZ-20KHZ)以外的点跳动波信号，而人耳对 1ΚΗζ-4ΚΗζ之间的声音最为敏感，这就对应了一个把宽频信号映射到人耳听力敏感区的数 学问题。如果把不同频率分量按照相同的比例逐一映射，就可以在人耳听力敏感区得到一 个频谱结构相似的信号。
[0012] -种心脉跳动频谱映射听诊装置使用方法的具体实现步骤包括：
[0013] 1)点跳动波检测。在心室壁或者血管壁上选定一个检测点，利用超声波的主动收 发和后续的回波分析、几何反演检测出该点的位置，实现位置检测；因为该点的位置随着心 脉跳动而变化，通过对检测点位置进行连续的位置检测可对该点因位置变化形成的跳动波 进行时间和空间的多维检测，得到点跳动波。
[0014] 2)点跳动波的预处理。包括去噪，滤波。
[0015] 3)频谱分析。对已经进行了预处理的点振动信号进行频谱分析，得到该信号的频 谱。
[0016] 4)频谱映射。把该信号的频谱映射到人耳听力敏感区的频率范围，得到映射声谱。
[0017] 5)时域转换。把映射后的声谱转换成时域序列。
[0018] 6)信号播放。电声转换器对接收的数字信号进行数/模变换，把电信号转变为声 音信号并播放出来。
[0019] 本专利提出了一种心脉跳动频谱映射听诊装置，包括柔性听诊头、处理模块和电 声转换器。其中柔性听诊头和处理模块相连接，处理模块和电声转换器相连接；柔性听诊头 贴附着在特定听诊部位的体表，负责超声波的发射和接收、数据通信；处理模块负责整个装 置的参数设置、数据通信、点振动波反演、信号处理和人机交互；电声转换器负责模/数变 换，并将电信号转换成声信号，实现声音的播放。
[0020] -种心脉跳动频谱映射听诊装置，其中所述柔性听诊头包括收发一体的超声波探 头阵列、发射处理单元、接收处理单元和通信单元，它们固定在柔性电路板上，采用透声防 水材料进行封装，故柔性听诊头可根据检测部位的需求调整弯折度，放置在紧邻心脏或血 管壁的皮肤外侧并利用耦合剂紧贴皮肤。其中收发一体的超声波探头阵列由多个超声波探 头按一定方式排列并组成阵列，其中一个探头负责超声波发射，其它探头负责超声回波接 收；发射处理单元根据设置参数对从处理模块接收的信号进行放大和D/A转换，转换后的 电信号通过发射探头转变成超声信号并发射出去；接收处理单元根据设置参数对接收信号 进行放大、A/D转换和数据缓存；通信单元负责柔性听诊头与处理模块之间数据和控制信 息的传递，采用有线/无线通信模式；
[0021] -种心脉跳动频谱映射听诊装置，其中所述处理模块包括信号发生单元、主控制 器、点跳动波反演单元、信号处理单元、人机交互平台、通信单元和数据缓存单元。所述信号 发生单元负责宽频检测信号的产生成与驱动，该信号通过通信单元送至柔性听诊头；所述 主控制器负责不同单元之间的调度，以保证整个系统正常运行；所述点跳动波反演单元负 责对产生反射的检测点位置、结构作出判断，采用对检测点位置的连续检测可对点跳动波 进行时间和空间的多维检测；所述信号处理单元的功能包括预处理、频谱分析、频谱映射、 时域转换，负责对这个点跳动波进行频谱分析，然后把该信号频谱映射到人耳听力敏感区 的频率范围内，得到映射声谱，通过频域到时域的转换得到可以播放的序列；所述人机交互 平台负责人机交互，用于参数设置、控制命令的输入及