數(shù)字聽診器和電氣元件選擇標(biāo)準(zhǔn)簡介

本應(yīng)用筆記概述了數(shù)字聽診器的基本操作和設(shè)計(jì)考慮因素。解釋了數(shù)字聽診器和聲學(xué)聽診器（老一代樂器）之間的相似之處。然后，本文概述了較新的數(shù)字設(shè)計(jì)的更復(fù)雜的功能，包括錄音和播放。在討論數(shù)字聽診器的設(shè)計(jì)考慮因素時，它詳細(xì)介紹了音頻信號路徑的重要性，介紹了音頻編解碼器電子設(shè)備的考慮因素，并概述了心肺聲的音頻要求。本文還介紹了系統(tǒng)的子功能，包括數(shù)據(jù)存儲和傳輸、顯示和背光、電源管理和電池管理。

概述

聽診器，無論是聲學(xué)還是數(shù)字聽診器，主要用于聆聽體內(nèi)的心聲和肺音，以輔助診斷。聽診或聽診已經(jīng)用聲學(xué)聽診器進(jìn)行了近兩百年的歷史;最近，開發(fā)了電子數(shù)字聽診器。

基本數(shù)字聽診器的目標(biāo)是使其保留聲學(xué)聽診器的外觀和感覺，但要提高聆聽性能。此外，高端數(shù)字聽診器還提供復(fù)雜的功能，如錄音和播放。它們還提供數(shù)據(jù)，通過連接到非儀器顯示器（如計(jì)算機(jī)顯示器）來直觀地繪制結(jié)果圖表。這種高級功能提高了醫(yī)生的診斷能力。保持現(xiàn)有的聲學(xué)聽診器形式（即“外觀和感覺”），同時以數(shù)字方式提高性能，需要使用小型低功耗解決方案。

音頻信號路徑

數(shù)字聽診器的基本元件是聲音換能器、音頻編解碼器電子設(shè)備和揚(yáng)聲器。將聲音轉(zhuǎn)換為模擬電壓的聲音換能器是鏈中最關(guān)鍵的部分。它決定了數(shù)字聽診器的診斷質(zhì)量，并確保習(xí)慣于聲學(xué)聽診器的人熟悉的用戶體驗(yàn)。

需要對模擬電壓進(jìn)行調(diào)理，然后使用音頻模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）或音頻編解碼器將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。一些數(shù)字聽診器具有降噪功能，需要輔助聲音換能器或麥克風(fēng)來記錄環(huán)境噪音，以便以數(shù)字方式將其消除。在這種方法中，需要兩個音頻ADC。

數(shù)字聽診器的功能框圖。

一旦進(jìn)入數(shù)字域，微控制器單元（MCU）或數(shù)字信號處理器（DSP）就會執(zhí)行信號處理，包括環(huán)境降噪和濾波，以將帶寬限制在心臟或肺部聆聽的范圍。然后，處理后的數(shù)字信號通過音頻數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）或音頻編解碼器轉(zhuǎn)換回模擬信號。

耳機(jī)或揚(yáng)聲器放大器在輸出到揚(yáng)聲器之前調(diào)節(jié)音頻信號。在聽診器管分叉的地方下方可以使用單個揚(yáng)聲器，放大的聲音通過雙耳管傳播到耳朵。或者，可以使用兩個揚(yáng)聲器，每個聽筒末端有一個揚(yáng)聲器。揚(yáng)聲器的頻率響應(yīng)與低音揚(yáng)聲器的頻率響應(yīng)相似，因?yàn)樾枰a(chǎn)生低頻聲音。根據(jù)實(shí)現(xiàn)方式，使用一個或兩個揚(yáng)聲器放大器。

聽診器必須對 20Hz 至 400Hz 范圍內(nèi)的心音和 100Hz 至 1200Hz 范圍內(nèi)的肺音最敏感。請注意，頻率范圍因制造商而異，DSP 算法會濾除超出這些最佳范圍的聲音。

數(shù)據(jù)存儲和傳輸

一旦捕獲的聲音轉(zhuǎn)換為模擬電壓，就可以通過音頻插孔發(fā)送出去，并在計(jì)算機(jī)上或通過數(shù)字聽診器播放。捕獲的聲音也可以以數(shù)字方式操作。它可以使用內(nèi)部或可移動的非易失性（NV）存儲器（如EEPROM或閃存）存儲在聽診器中，然后通過聽診器的揚(yáng)聲器播放;或者可以將其傳輸?shù)接?jì)算機(jī)進(jìn)行進(jìn)一步分析。添加實(shí)時時鐘 （RTC） 有助于使用時間和日期標(biāo)記記錄。聲音通常通過有線接口（如 USB）或無線接口（如藍(lán)牙?或其他專有無線接口）傳輸。

顯示和背光

由于可用空間有限，一些數(shù)字聽診器具有小而簡單的顯示屏;其他人只有按鈕和 LED 指示燈。顯示器的背光是必需的，因?yàn)槭中g(shù)過程中的環(huán)境照明通常處于較低水平。小型顯示器只需要一個或兩個由LED驅(qū)動器控制的白光發(fā)光二極管（WLED）或由EL驅(qū)動器控制的電致發(fā)光（EL）面板。大多數(shù)用戶界面按鈕可以通過添加觸摸屏顯示器和控制器來消除。

電源管理

大多數(shù)數(shù)字聽診器使用一個或兩個 AAA 1.5V 原電池。這種設(shè)計(jì)需要一個升壓或升壓開關(guān)穩(wěn)壓器，以將電壓增加到3.0V或5.0V，具體取決于所使用的電路。

如果安裝單個1.5V電池，開關(guān)穩(wěn)壓器可能會一直導(dǎo)通，因此低靜態(tài)電流是延長電池壽命的關(guān)鍵因素。電池壽命越長，數(shù)字聽診器使用起來就越方便，體驗(yàn)就越接近聲學(xué)聽診器。

當(dāng)使用兩節(jié)串聯(lián)的1.5V電池時，開關(guān)穩(wěn)壓器可以一直保持開啟狀態(tài)，或者在不使用時關(guān)閉。如果電路工作在3.6V至1.8V，則可能不需要開關(guān)穩(wěn)壓器。成本將降低并節(jié)省空間。需要低電量警告，以便患者的檢查無需中斷以更換電池。

電池管理

可以使用可充電電池;最好的選擇是單節(jié)Li+電池。如果使用可充電電池，則需要在數(shù)字聽診器或充電座中使用電池充電器。電量計(jì)是準(zhǔn)確確定剩余電池壽命的最佳解決方案。如果電池是可拆卸的，則還需要進(jìn)行身份驗(yàn)證以進(jìn)行安全和售后管理。

審核編輯：郭婷