專利名稱：一種胃腸音監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
一種胃腸音監(jiān)測系統(tǒng)技術領域
本發(fā)明實施例涉及醫(yī)療機械領域，特別涉及一種胃腸音監(jiān)測系統(tǒng)。
背景技術：
胃腸音(gastrointestinal sounds)是腹部評估的重要指標,對腹部疾病的診斷與胃腸運動的評估均有較大幫助。因常用聽診部位在右下腹或臍周，習慣上將其稱為腸鳴音(bowel sounds)。
目前，國內(nèi)外臨床胃腸音的監(jiān)測一般均采用普通的聽診器通過人工聽診的方法進行。此方法受聽診人員的主觀影響較大，且聽診結(jié)果的可測量性與可重復性較差，降低了胃腸音監(jiān)測的可靠性。并且，在危重患者的監(jiān)護過程中，需要每隔一段時間就進行一次聽診， 這種重復聽診的操作，增加了胃腸音監(jiān)測的工作量。
現(xiàn)已公開的一種胃腸音監(jiān)測技術——多通道腸鳴音采集系統(tǒng)，包括多個傳聲器， 用于將聲音信號轉(zhuǎn)換為電信號；前端處理電路，用于將電信號濾波、放大和電平抬升；A/D 轉(zhuǎn)換裝置，用于將放大、濾波和電平抬升后的電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；以及數(shù)據(jù)傳輸模塊， 用于發(fā)送數(shù)字信號。
顯然該多通道腸鳴音采集系統(tǒng)通過對胃腸音進行多通道采集，并將采集信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號進行存儲，然而該系統(tǒng)所存儲的數(shù)據(jù)為數(shù)字信號，通過人眼的識別該數(shù)字信號和判斷監(jiān)測結(jié)果存在困難，很容易導致監(jiān)測結(jié)果與臨床判定脫節(jié)，影響臨床應用。
而另一種已公開的現(xiàn)有技術，數(shù)字化腸鳴音監(jiān)測系統(tǒng)，則采用個人計算機聲卡及自制聽診頭對單部位的胃腸音進行監(jiān)測，并通過人工識別的方法對胃腸音信號進行標注， 并通過對采集到的胃腸音的主要指標的信號通過人工操作進行了統(tǒng)計和分析，然而該系統(tǒng)中僅能將采集到得胃腸音信號通過波形信號表示出來，后續(xù)需要通過人工識別和選定胃腸音信號，然后通過計算機批量計算人工分析胃腸音。
總而言之，目前已公開的現(xiàn)有技術均只實現(xiàn)了胃腸音的采集和記錄功能，不能自動處理、評價和監(jiān)測結(jié)果，因此，采集到的結(jié)果仍需要人工識別判斷或者再次聽診識別，不能直觀、有效地獲取胃腸音監(jiān)測結(jié)果應用于臨床診斷。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實施例提供一種胃腸音監(jiān)測系統(tǒng)，用以解決現(xiàn)有技術中存在的無法實現(xiàn)胃腸音信號的自動識別和分析，以及無法對多部位進行同步胃腸音監(jiān)測、識別和分析的問題。
本發(fā)明實施例提供了一種胃腸音監(jiān)測系統(tǒng)，包括
采集裝置，用于采集多個胃腸監(jiān)測部位的聲音，并發(fā)送至轉(zhuǎn)化裝置中；
轉(zhuǎn)化裝置，用于將采集裝置采集的多個監(jiān)測部位的聲音分別轉(zhuǎn)化為相應的數(shù)字信號;
存儲和顯示裝置，用于存儲和實時顯示獲得的多個數(shù)字信號；
識別與分析裝置，用于根據(jù)閾值文件對多個數(shù)字信號分別進行識別，提取出相應的胃腸音信號，并進行分析，解析出對應的各項指標。本發(fā)明實施例提供了一種胃腸音監(jiān)測系統(tǒng)，采用了可同時采集多個胃腸監(jiān)測部位 的聲音的采集裝置，并實現(xiàn)了多個胃腸音信號的自動識別和多個胃腸音信號的各項指標的 自動分析。


圖1為本發(fā)明實施例中的胃腸音檢測系統(tǒng)示意圖；圖2為本發(fā)明實施例中的采集裝置的結(jié)構示意圖；圖3為本發(fā)明實施例中的轉(zhuǎn)化裝置示意圖；圖4為本發(fā)明實施例中的濾波裝置示意圖；圖5為本發(fā)明實施例中的識別與分析裝置示意圖；圖6為本發(fā)明實施例中的分析模塊示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明實施例提供了一種胃腸音監(jiān)測系統(tǒng)，可同時采集多個胃腸監(jiān)測部位的聲 音，并實現(xiàn)了多個胃腸音信號的自動識別和多個胃腸音信號的各項指標的自動分析。下面結(jié)合附圖舉例說明本發(fā)明實施例如圖I所示，本發(fā)明實施例設計了一種胃腸音監(jiān)測系統(tǒng)，包括采集裝置101，用于采集多個胃腸監(jiān)測部位的聲音，并發(fā)送至轉(zhuǎn)化裝置102中；轉(zhuǎn)化裝置102，用于將采集裝置101采集的多個監(jiān)測部位的聲音分別轉(zhuǎn)化為相應 的數(shù)字信號；存儲和顯示裝置103，用于存儲和實時顯示獲得的多個數(shù)字信號；識別與分析裝置104，用于根據(jù)閾值文件對獲得的多個數(shù)字信號分別進行識別，提 取出相應的胃腸音信號并進行分析，解析出對應的各項指標。本發(fā)明實施例設計的采集裝置中的結(jié)構如圖2所示，包括多個采集模塊201，每個 采集模塊201對應一個胃腸監(jiān)測部位。采集裝置中的每個采集模塊包括連接管203，用于連接聽診頭202和微型擴音器204 ；聽診頭202，用于采集對應的胃腸監(jiān)測部位的聲音，并通過連接管203傳輸至微型 擴音器204 ；微型擴音器204，用于將對應的胃腸監(jiān)測部位的聲音進行物理放大后，傳輸至轉(zhuǎn)化 模塊，其中，該微型擴音器204全封閉式置入連接管203中。在實際應用中，本發(fā)明實施例可以采用針對聽診信號特點設計的型號為214L的 3M Littmann專業(yè)聽診頭,能夠更好地減少數(shù)據(jù)采集時干擾音的進入，并且該類型的專業(yè)聽 診頭通過其內(nèi)部的物理結(jié)構提高了胃腸音信號放大倍數(shù)，將連接管的長度縮短至10cm，用 以減少聽診過程中連接管與周圍物體產(chǎn)生摩擦導致的干擾音，以及通過將微型擴音器全封 閉地置入連接管中，減少外界環(huán)境噪音對采集數(shù)據(jù)的干擾。本發(fā)明實施例設計的轉(zhuǎn)化裝置的結(jié)構示意圖如圖3所示，包括信號處理模塊301， 和信號轉(zhuǎn)化模塊302。
信號處理模塊301，包括多個信號處理芯片303，每個信號處理芯片303獲取采集模塊傳輸?shù)囊粋€胃腸監(jiān)測部位的聲音，轉(zhuǎn)化為一個對應的音頻信號，進行逐級放大，并通過該信號處理芯片303內(nèi)部的低通濾波器濾除部分機械噪聲，然后將濾波后的音頻信號存儲進信號轉(zhuǎn)化模塊302中；
信號轉(zhuǎn)化模塊302,包括多個DSP (digital signal processor,數(shù)字信號微處理器)304，一個DSP對應一個信號處理芯片，每個DSP用于將對應的信號處理芯片303濾波后的音頻信號轉(zhuǎn)化為對應的數(shù)字信號，并發(fā)送給存儲和顯示裝置。
在實際應用中，轉(zhuǎn)化裝置可以采用多塊包括TLV320AIC23和TMS320C5590A DSP的 easy5509開發(fā)板，其中，信號處理模塊中的信號處理芯片可以采用TLV320AIC23，信號轉(zhuǎn)化模塊中的DSP可以采用TMS320C5509ADSP。本發(fā)明實施例中可以通過TLV320AIC23將音頻信號放大24分貝。TMS320C5509A DSP可以通過USB通道將對應的數(shù)字信號發(fā)送至存儲和顯示裝置。而存儲和顯示裝置可以將該數(shù)字信號轉(zhuǎn)化為波形圖，在顯示屏中顯示出來。
本發(fā)明實施例中的系統(tǒng)還包括濾波裝置，用于對上述轉(zhuǎn)化裝置轉(zhuǎn)化的多個數(shù)字信號分別進行濾波后輸入存儲和顯示裝置，包括帶通濾波器401和小波濾波模塊402，如圖4 所示。
帶通濾波器401，用于對轉(zhuǎn)化裝置轉(zhuǎn)化的多個數(shù)字信號分別進行帶通濾波，去除波形中存在大幅度的、無規(guī)則的 波動的干擾信號。
在實際應用中，由于胃腸音的頻率主要集中在6(Γ 500Ηζ之間，因此，本發(fā)明實施例可以通過基于窗函數(shù)設計法設計的FIR帶通濾波器，濾除頻率在6(Γ 500Ηζ之外的信號， 并通過存儲和顯示裝置將濾波結(jié)果對應的波形顯示出來。該FIR帶通濾波器可以采用凱塞窗設計對數(shù)字信號進行濾波，其采樣頻率可以為fs=8000Hz，通帶下限截止頻率可以為 fcl=60Hz，通帶上限截止頻率可以為fc2=1500Hz，過渡帶寬可以為20Hz，通阻帶波動則可以為O. 01。
帶通濾波器401去除了濾波前的數(shù)字信號中普遍存在的波形有大幅度、無規(guī)則波動的信號，較好地保持了胃腸音波形的原有特點，但仍然存在較多在零點附近波動的、細小、低能量的干擾波，因此，需要將進行帶通濾波后的信號輸入小波濾波模塊。
小波濾波模塊402，用于對帶通濾波后的信號進行二次濾波，將其中低于閾值的信號濾除。小波濾波模塊使用適于微弱、非平穩(wěn)信號濾波處理的小波算法，對進行帶通濾波后的信號進行二次濾波，具體地，可以選擇采用N=4，分解層次為5的symlet小波算法對信號進行二次濾波，去除在零點附近波動的、細小、低能量的干擾波。
本發(fā)明實施例設計的識別與分析裝置，用于通過自定義閾值去除數(shù)字信號中的干擾信號，并根據(jù)閾值文件獲取胃腸音信號，在屏幕顯示的波形中標紅出胃腸音信號其結(jié)構如圖5所示，包括閾值建立模塊501、識別模塊502和分析模塊503.
閾值建立模塊501用于將之前提取的多組胃腸音信號通過多維特征向量提取和向量歸一化處理，提取共同特征，確定胃腸音特征閾值，建立并保存閾值文件。
在實際應用中，本發(fā)明實施例先通過胃腸音監(jiān)測系統(tǒng)中的采集裝置、轉(zhuǎn)化裝置和存儲和顯示裝置獲取的原始信號，然后閾值建立模塊可以通過具有特定功能的芯片對之前提取的多組達到健康標準的人的原始信號進行聲音和波形對照，挑選持續(xù)時間大于IOms (毫秒)，最大振幅大于2000的胃腸音波形，通過多維特征向量提取和向量歸一化處理，提取多組正常的胃腸音波形的共同特征，確定胃腸音特征閾值，建立閾值文件，并將其保存在存儲器中。
識別模塊502，用于具有特定功能的芯片根據(jù)閾值文件從多個數(shù)字信號中分別提取出對應的胃腸音信號，并通過存儲和顯示裝置將提取出的胃腸音信號的波形突出顯示。 具體地，識別模塊502可以從存儲和顯示裝置中獲取存儲了二次濾波后的多個數(shù)字信號的數(shù)字文件，并根據(jù)閾值建立模塊得出的閾值文件，對獲取的數(shù)據(jù)文件進行對比分析，識別出胃腸音信號，并將識別出的胃腸音信號的波形標紅。
分析模塊503，通過具有特定功能的芯片分別對每個胃腸音信號進行分析，解析出并保存每個胃腸音信號的各項指標，具體如圖6所示，包括
第一子模塊601，用于對每個胃腸音信號進行分析，解析出在預設采集時間內(nèi)的胃腸音波數(shù)量；
第二子模塊602，用于對每個胃腸音信號進行分析，解析出在預設采集時間內(nèi)胃腸音波的持續(xù)時間的最大值和最小值，胃腸音波的最大頻率和最小頻率；
第三子模塊603，用于對每個胃腸音信號進行分析，解析出在預設采集時間內(nèi)，所有的胃腸音波的持續(xù)時間的平均值；
第四子模塊604，用于對每個胃腸音信號進行分析，解析出在預設采集時間內(nèi)，所有的胃腸音波的頻率平均值和功率平均值。
在實際應用中，為使胃腸音信號的分析結(jié)果與目前臨床應用廣泛的人工聽診更為一致，可以將胃腸音信號中的止音點與起音點間隔時間在400ms內(nèi)的相鄰的兩個或兩個以上的波形記作一個成串胃腸音波，并通過本發(fā)明實施例的裝置獲取成串胃腸音波的各項指標如下
成串腸鳴音波數(shù)量(其單位為個/每分鐘，cpm):單位時間內(nèi)胃腸音波的個數(shù)N ；
成串腸鳴音波時間百分比(其單位為··%):單位時間內(nèi)胃腸音波的占用時間總和 TM，除以檢測時間T1乘以100%后的結(jié)果，即1 /1\*100% ；
成串腸鳴音波平均時間(其單位為ms):單位時間內(nèi)胃腸音波的占用時間總和Tm/ 胃腸音個數(shù)N，即Tm/N;
成串腸鳴音波功率(其單位為w):單位時間內(nèi)所有腸鳴音的振幅的平方和。
為了保證胃腸音信號的采集、存儲、以及實時動態(tài)顯示的準確性，本發(fā)明實施例的胃腸音監(jiān)測系統(tǒng)采用多線程處理方式，一路線程稱為采集線程，負責信號的采集與存儲，以 8KHz的采樣頻率采集音頻信號，并按照高字節(jié)在后、低字節(jié)在前(LittleEndian)的編碼方式存儲數(shù)據(jù)；另一路線程稱為顯示線程，負責信號數(shù)據(jù)的實時顯示，根據(jù)預先設置的顯示尺度，對采集數(shù)據(jù)抽樣提取關鍵點，并連接關鍵點形成對應的波形。上述多線程之間存在消息同步機制，采集線程在數(shù)據(jù)緩沖溢出之前通知顯示線程更新顯示屏中顯示的信號數(shù)據(jù)，顯示線程在顯示完畢之后，會立即通知采集線程清理緩沖，以便存放新采集的信號數(shù)據(jù)。這種處理方式的優(yōu)點在于能夠準確地采集并顯示信號數(shù)據(jù)，而不會因為資源搶占，而導致信號數(shù)據(jù)的缺失。
本發(fā)明實施例提供了一種胃腸音監(jiān)測系統(tǒng)，將采集裝置改進后可同時采集多個胃腸監(jiān)測部位的聲音，并實現(xiàn)了胃腸音信號的自動識別和胃腸音信號的各項指標的自動分析。
具體地，本發(fā)明實施例設計的自動化的胃腸音監(jiān)測系統(tǒng)能夠夠?qū)ξ改c音進行實時、動態(tài)、連續(xù)的記錄，并可根據(jù)一般胃腸音波形的特點，自動識別持續(xù)時間較短、聲音能量較小、人耳不易準確識別的胃腸音信號，同時可對單個胃腸音波形的持續(xù)時間、聲音頻率及功率等胃腸音波形特征參數(shù)進行量化、精確的多維度計算和比較，從而提供更加客觀、精確、全面、可回放的結(jié)果，并且由于該系統(tǒng)可以很容易地實現(xiàn)持續(xù)的胃腸音監(jiān)測和分析，及時發(fā)現(xiàn)病情變化，減少醫(yī)護人員的操作步驟和時間，提高醫(yī)護人員的工作效率，對于危重患者的胃腸音監(jiān)測具有更加可行的實用性，同時也有利于臨床胃腸音監(jiān)測制定統(tǒng)一、可測量的標準。
本發(fā)明是參照根據(jù)本發(fā)明實施例裝置和系統(tǒng)、和計算機程序產(chǎn)品的流程圖和/或方框圖來描述的。應理解可由計算機程序指令實現(xiàn)流程圖和/或方框圖中的每一流程和/ 或方框、以及流程圖和/或方框圖中的流程和/或方框的結(jié)合。可提供這些計算機程序指令到通用計算機、專用計算機、嵌入式處理機或其他可編程數(shù)據(jù)處理設備的處理器以產(chǎn)生一個機器，使得通過計算機或其他可編程數(shù)據(jù)處理設備的處理器執(zhí)行的指令產(chǎn)生用于實現(xiàn)在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的裝置。
這些計算機程序指令也可存儲在能引導計算機或其他可編程數(shù)據(jù)處理設備以特定方式工作的計算機可讀存儲器中，使得存儲在該計算機可讀存儲器中的指令產(chǎn)生包括指令裝置的制造品，該指令裝置實現(xiàn)在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能。
這些計算機程序指令也可裝載到計算機或其他可編程數(shù)據(jù)處理設備上，使得在計算機或其他可編程設備上執(zhí)行一系列操作步驟以產(chǎn)生計算機實現(xiàn)的處理，從而在計算機或其他可編程設備上執(zhí)行的指令提供用于實現(xiàn)在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的步驟。
盡管已描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但本領域內(nèi)的技術人員一旦得知了基本創(chuàng)造性概念，則可對這些實施例作出另外的變更和修改。所以，所附權利要求意欲解釋為包括優(yōu)選實施例以及落入本發(fā)明范圍的所有變更和修改。
顯然，本領域的技術人員可以對本發(fā)明實施例進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明實施例的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明實施例的這些修改和變型屬于本發(fā)明權利要求及其等同技術的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。
權利要求
1.一種胃腸音監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，包括采集裝置，用于采集多個胃腸監(jiān)測部位的聲音，并發(fā)送至轉(zhuǎn)化裝置中；轉(zhuǎn)化裝置，用于將采集裝置采集的多個監(jiān)測部位的聲音分別轉(zhuǎn)化為相應的數(shù)字信號；存儲和顯示裝置，用于存儲和實時顯示獲得的多個數(shù)字信號；識別與分析裝置，用于根據(jù)閾值文件對所述多個數(shù)字信號分別進行識別，提取出相應的胃腸音信號，并進行分析，解析出對應的各項指標。
2.如權利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述采集裝置進一步包括多個采集模塊，每一個采集模塊對應一個胃腸監(jiān)測部位，其中，每一個采集模塊包括連接管，用于連接聽診頭和微型擴音器；聽診頭，用于采集對應的胃腸監(jiān)測部位的聲音，并通過連接管傳輸至微型擴音器；微型擴音器，用于將對應的胃腸監(jiān)測部位的聲音進行物理放大后，傳輸至所述轉(zhuǎn)化模塊，其中，該微型擴音器全封閉式置入所述連接管。
3.如權利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述連接管的長度為10cm，所述聽診頭的型號為214L的3M Littmann聽診頭。
4.如權利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)化裝置進一步包括信號處理模塊，包括多個信號處理芯片，其中，每個信號處理芯片對應一個胃腸監(jiān)測部位，用于將相應監(jiān)測部位的聲音轉(zhuǎn)化為一個對應的音頻信號，進行逐級放大，并進行濾波；信號轉(zhuǎn)化模塊，包括多個數(shù)字信號微處理器DSP, —個DSP對應一個信號處理芯片，每個DSP用于將對應的信號處理芯片濾波后的音頻信號轉(zhuǎn)化為對應的數(shù)字信號，并發(fā)送給所述存儲和顯示裝置。
5.如權利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述識別與分析裝置進一步包括閾值建立模塊，用于將提取的多組胃腸音信號通過多維特征向量提取和向量歸一化處理，提取共同特征，確定胃腸音特征閾值，建立并保存閾值文件；識別模塊，用于根據(jù)閾值文件從多個數(shù)字信號中分別提取出對應的胃腸音信號，并通過所述存儲和顯示裝置將提取出的胃腸音信號的波形突出顯示；分析模塊，用于對每個胃腸音信號進行分析，解析出并保存每個胃腸音信號的各項指標。
6.如權利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述分析模塊進一步包括第一子模塊，用于對每個胃腸音信號進行分析，解析出在預設采集時間內(nèi)的胃腸音波數(shù)量；第二子模塊，用于對每個胃腸音信號進行分析，解析出在預設采集時間內(nèi)胃腸音波的持續(xù)時間的最大值和最小值，胃腸音波的最大頻率和最小頻率；第三子模塊，用于對每個胃腸音信號進行分析，解析出在預設采集時間內(nèi)的所有的胃腸音波的持續(xù)時間的平均值；第四子模塊，用于對每個胃腸音信號進行分析，解析出在預設采集時間內(nèi)的所有的胃腸音波的頻率平均值和功率平均值。
7.如權利要求1飛中的任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括濾波裝置，用于對所述轉(zhuǎn)化裝置轉(zhuǎn)化的多個數(shù)字信號分別進行濾波，將濾波后的多個數(shù)字信號輸入所述存儲和顯示裝置。
8.如權利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述濾波裝置進一步包括帶通濾波器，用于對所述轉(zhuǎn)化裝置轉(zhuǎn)化的多個數(shù)字信號分別進行帶通濾波，去除其中的波形中存在大幅度的、無規(guī)則的波動的干擾信號；小波濾波模塊，用于對帶通濾波后的信號進行二次濾波，將其中低于閾值的信號濾除，并輸入所述存儲和顯示裝置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種胃腸音監(jiān)測系統(tǒng)，包括采集裝置，用于采集多個胃腸監(jiān)測部位的聲音，并發(fā)送至轉(zhuǎn)化裝置中；轉(zhuǎn)化裝置，用于將采集裝置采集的多個監(jiān)測部位的聲音分別轉(zhuǎn)化為相應的數(shù)字信號；存儲和顯示裝置，用于存儲和實時顯示獲得的多個數(shù)字信號；識別與分析裝置，用于根據(jù)閾值文件對所述多個數(shù)字信號分別進行識別，提取出相應的胃腸音信號，并進行分析，解析出對應的各項指標，用以解決現(xiàn)有技術中存在的無法實現(xiàn)胃腸音信號的自動識別和分析，以及無法對多部位進行同步胃腸音監(jiān)測、識別和分析的問題。
文檔編號A61B7/04GK102920475SQ20121043001
公開日2013年2月13日 申請日期2012年10月31日 優(yōu)先權日2012年10月31日
發(fā)明者李冰, 王建榮, 馬燕蘭, 王步青, 王衛(wèi)東, 宋海楠, 施金芬, 唐晟, 宋青 申請人:中國人民解放軍總醫(yī)院