CN106236130A - 一种基于mems技术的电子式听诊器 - Google Patents

一种基于mems技术的电子式听诊器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于MEMS技术的电子式听诊器，所述的拾音头上盖通过螺纹连接安装在拾音头上，拾音头底面上设有环形卡槽，透声橡胶帽通过聚氨酯胶水固定安装在拾音头的环形卡槽里，拾音头内设有空腔，悬臂梁‑纤毛式微结构安装在拾音头的空腔内，空心导管一端与拾音头连接，空心导管另一端与手持支撑管连接，手持支撑管通过皮管与分叉管连接，右双耳导管和左双耳导管都安装在分叉管上，右耳机头安装在右双耳导管上，左耳机头安装在左双耳导管上。本发明将基于MEMS技术加工的具有高灵敏度的声学微结构传感器作为拾音装置，拾取心音信号，其具有灵敏度高、实时显示心率、可清晰听诊、可在电脑端显示波形等优点。

Description

一种基于MEMS技术的电子式听诊器
技术领域
本发明属于一种智能医疗器件技术领域，具体涉及一种基于MEMS技术的电子式听诊器。
背景技术
听诊器作为医生必备的医疗工具，在心血管病和呼吸***疾病的诊断发面起着很重要的作用，传统的听诊器由共振片、共振腔体和传声导管组成，缺点在于无放大作用，声音比较弱，受环境噪声的影响也较大，且没有液晶屏幕无法实时显示心率。需要医生根据手表或其他计时工具读取心跳次数再换算成心率，这些缺点会导致医生某些情况下无法及时准确地做出诊断。专利申请号为CN201510589217.5的中国专利申请公开了一种“基于MEMS声传感器的可视化电子式听诊器”，该电子听诊器具有检测灵敏、体积小、可实时在液晶显示屏上显示心率等优点，解决了靠医生读数换算心率的缺点，不过，该电子听诊器没有装配听诊管，只能将某段时间的心跳信号存储起来，通过电脑端的上位机显示波形，从波形情况判断病人情况，而目前在临床治疗中，听诊仍然是广大医生用来判断病人病情的重要手段。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足提供一种基于MEMS技术的电子式听诊器，其在存***形并能在上位机端显示的基础上，在信号处理电路板上增加了音频处理模块，在导管中放置了扬声器，便经过还原放大后的清晰心音通过双耳管能传递至人耳，且声音大小可通过按键调节。
为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：
一种基于MEMS技术的电子式听诊器，其中：包括拾音头、透声橡胶帽、拾音头上盖、空心导管、手持支撑管、皮管、分叉管、右双耳导管、右耳机头、左耳机头、左双耳导管和悬臂梁-纤毛式微结构，所述的拾音头上盖通过螺纹连接安装在拾音头上，所述的拾音头底面上设有环形卡槽，所述的透声橡胶帽通过聚氨酯胶水固定安装在拾音头的环形卡槽里，所述的拾音头内设有空腔，所述的悬臂梁-纤毛式微结构安装在拾音头的空腔内，所述的空心导管一端与拾音头连接，空心导管另一端与手持支撑管连接，所述的手持支撑管通过皮管与分叉管连接，所述的右双耳导管和左双耳导管都安装在分叉管上，所述的右耳机头安装在右双耳导管上，所述的左耳机头安装在左双耳导管上。
为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：
上述的手持支撑管由壳体、液晶显示屏、模式选择按键、下选择按键、上选择按键、开/关机按键和电池盖板组成，所述的壳体内安装有信号处理电路板，信号处理电路板上安装有信号采集模块、信号处理模块、显示模块、数据存储模块和蓝牙模块，所述的液晶显示屏安装在壳体顶面上，所述的壳体顶面上安装有模式选择按键、下选择按键、上选择按键和开/关机按键，所述的壳体底面上安装有电池盖板。
上述的悬臂梁-纤毛式微结构由空心支撑柱、圆形PCB板、仿生纤毛、安装框架、悬臂梁和压敏电阻组成，所述的圆形PCB板固定安装在空心支撑柱上，所述的安装框架固定安装在圆形PCB板上，所述的悬臂梁安装在安装框架上，所述的仿生纤毛粘接在悬臂梁上，所述的悬臂梁安装有压敏电阻。
上述的皮管与分叉管之间安装有扬声器。
上述的悬臂梁-纤毛式微结构上的空心支撑柱与空心导管连接。
上述的悬臂梁-纤毛式微结构上的圆形PCB板上的引线通过空心支撑柱连接到手持支撑管内部的信号处理电路板上。
上述的透声橡胶帽由低衰减、低渗水的聚氨酯材料制成，透声橡胶帽与拾音头形成空腔内灌满具有良好声传导性能的硅油。
上述的悬臂梁-纤毛式微结构上的悬臂梁以SOI硅片为原材料，采用MEMS半导体微加工工艺加工而成。
上述的悬臂梁-纤毛式微结构上的压敏电阻采用等离子注入技术注入硼离子形成的，压敏电阻设有四个且四个压敏电阻阻值相等。
基于MEMS技术的电子式听诊器将基于MEMS技术加工出的声学传感器作为拾音装置，拾取心脏振动信号，通过信号处理电路板对拾取的振动信号进行处理，可以在液晶显示屏上实时显示心率次数，并且通过音频处理电路还原出音频信号，推动扬声器发声，从而可以在耳机头端听到心音，且声音大小可通过按键调节，另外通过蓝牙模块可以将电子听诊器与上位机连接，将检测信号传送到上位机，在上位机窗口还原出心跳波形。
本发明中的MEMS电子式听诊器，首先通过对传感器微结构进行优化设计、经MEMS工艺研制出了拾音灵敏度更高的声传感器，另外能通过双耳管清晰地进行听诊，同时能从液晶显示屏上直接读取心率，并且也能采集一段时间内的心音信号，通过上位机端显示心跳波形，这些功能大大提高了该MEMS电子听诊器的实用性和便捷性，因此该MEMS电子听诊器在临床使用中更具优势。
当进行心脏听诊时，心音振动信号通过透声帽经硅油传导至仿生纤毛，引起仿生纤毛偏斜，仿生纤毛将感受到的振动信号传递给高精度悬臂梁，使悬臂梁上应力发生变化，相应的使悬臂梁上的压敏电阻阻值发生变化，带动整个悬臂梁上由压敏电阻组成的惠斯通电桥差动电路的输出电压值同步发生变化，从而反应出心音变化情况。
所述的MEMS声传感器微结构是结合仿生学原理和半导体材料的压阻效应设计出来的，由高精度悬臂梁和仿生纤毛组成，其中高精度悬臂梁结构是利用SOI硅片经MEMS半导体微加工技术研制，在硅衬底上利用ICP等离子刻蚀技术刻蚀出中心质量块和两边尺寸完全相同的两根悬臂梁，在每根悬臂梁的两端分别利用等离子注入技术注入硼离子形成4个压敏电阻，且压敏电阻的阻值都相等，压敏电阻之间通过引线连接成检测心音信号的惠斯通电桥电路，仿生纤毛为刚硬塑料柱体，模仿鱼类侧线器官，当水下声信号作用于鱼类侧线器官的神经丘感觉器时，可动纤毛会发生偏斜，使感觉细胞获得刺激，刺激通过感觉神经纤维，经侧线神经传递到延脑，从而使鱼类对水下声音信号获得感知。根据这一仿生学原理，利用显微粘接技术将仿生纤毛牢固粘接在悬臂梁结构中心质量块的正中间，当心音振动信号作用于仿生纤毛时，仿生纤毛发生偏斜，仿生纤毛将感受到的振动信号传递给高精度悬臂梁，使悬臂梁上应力发生变化，相应的使悬臂梁上的压敏电阻阻值发生变化，带动整个悬臂梁上由压敏电阻组成的惠斯通电桥差动电路的输出电压值同步发生变化，从而准确反应出心音信号变化情况。
当电子听诊器进行听诊时，惠斯通电桥输出的模拟电压信号经导线传输至多级滤波器和放大器芯片，过滤掉杂波，得到纯净的放大电压信号，进入中央芯片处理，通过算法计算出心率次数，在液晶显示屏上显示，同时中央芯片将数字电压信号送入音频处理芯片，经多模转换器将数字电压信号还原成模拟音频信号后，通过音频功率放大后推动扬声器发声，从而将心音传递至人耳。当需要在电脑端显示心跳波形时，通过模式选择键启动蓝牙连接功能，将电子听诊器与电脑端上位机连接，通过上位机发送开始命令，电子听诊器的中央芯片开始工作，将采集到的数字电压信号传送至上位机，上位机接收到信号后进行处理，在上位机窗口还原出心跳波形，当采集到设定容量之后，上位机端自动停止接收，并发送停止命令给中央处理芯片。
本发明的优点在于以下几点：
(1)通过对传感器微结构进行优化设计，利用MEMS工艺高精度加工，使得该电子听诊器拾音灵敏度大大提高，可以明显采集到第二心音。
(2)加入了音频处理电路和扬声器。使得降噪滤波后的声信号经过放大后通过双耳管能传递至人耳，且声音大小可通过按键调节，从而实现了清晰听诊。
(3)能实时从液晶显示屏上准确读取到被测人员的心率次数，不需要再通过传统计数来换算心率，使得医生听诊过程方便准确。
(4)该听诊器能通过蓝牙将采集到的心音信号传递到电脑端，通过上位机显示出清晰地心音波形，有利于医生分析病情以及远程医疗的发展。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的结构俯视图；
图3是本发明的结构仰视图；
图4是本发明悬臂梁-纤毛式微结构的结构示意图；
图5是本发明悬臂梁-纤毛式微结构的结构主视图；
图6是本发明悬臂梁-纤毛式微结构的结构俯视图。
其中的附图标记为：拾音头1、透声橡胶帽2、拾音头上盖3、空心导管4、手持支撑管5、壳体501、液晶显示屏502、模式选择按键503、下选择按键504、上选择按键505、开/关机按键506、电池盖板507、皮管6、分叉管7、右双耳导管8、右耳机头9、左耳机头10、左双耳导管11、悬臂梁-纤毛式微结构12、空心支撑柱1201、圆形PCB板1202、仿生纤毛1203、安装框架1204、悬臂梁1205、压敏电阻1206。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作出进一步说明：
一种基于MEMS技术的电子式听诊器，其中：包括拾音头1、透声橡胶帽2、拾音头上盖3、空心导管4、手持支撑管5、皮管6、分叉管7、右双耳导管8、右耳机头9、左耳机头10、左双耳导管11和悬臂梁-纤毛式微结构12，所述的拾音头上盖3通过螺纹连接安装在拾音头1上，所述的拾音头1底面上设有环形卡槽，所述的透声橡胶帽2通过聚氨酯胶水固定安装在拾音头1的环形卡槽里，所述的拾音头1内设有空腔，所述的悬臂梁-纤毛式微结构12安装在拾音头1的空腔内，所述的空心导管4一端与拾音头1连接，空心导管4另一端与手持支撑管5连接，所述的手持支撑管5通过皮管6与分叉管7连接，所述的右双耳导管8和左双耳导管11都安装在分叉管7上，所述的右耳机头9安装在右双耳导管8上，所述的左耳机头10安装在左双耳导管11上。
实施例中，手持支撑管5由壳体501、液晶显示屏502、模式选择按键503、下选择按键504、上选择按键505、开/关机按键506和电池盖板507组成，所述的壳体501内安装有信号处理电路板，信号处理电路板上安装有信号采集模块、信号处理模块、显示模块、数据存储模块和蓝牙模块，所述的液晶显示屏502安装在壳体501顶面上，所述的壳体501顶面上安装有模式选择按键503、下选择按键504、上选择按键505和开/关机按键506，所述的壳体501底面上安装有电池盖板507。
实施例中，悬臂梁-纤毛式微结构12由空心支撑柱1201、圆形PCB板1202、仿生纤毛1203、安装框架1204、悬臂梁1205和压敏电阻1206组成，所述的圆形PCB板1202固定安装在空心支撑柱1201上，所述的安装框架1204固定安装在圆形PCB板1202上，所述的悬臂梁1205安装在安装框架1204上，所述的仿生纤毛1203粘接在悬臂梁1205上，所述的悬臂梁1205安装有压敏电阻1206。
实施例中，皮管6与分叉管7之间安装有扬声器。
装配拾音头1时，拾音头1上部是可通过螺纹旋紧的拾音头上盖3，拾音头1里的空腔用于放置悬臂梁-纤毛式微结构12，悬臂梁-纤毛式微结构12内部悬臂梁1205上通过显微粘接技术粘接具有探测振动信号的刚硬仿生纤毛1203，安装框架1204焊接在圆形PCB板1202上，圆形PCB板1202固定在空心支撑柱1201上，圆形PCB板1202上的引线通过空心支撑柱1201连接到手持支撑管5内部的信号处理电路板上，空心支撑柱1201粘接在空心导管4上，然后用灌封胶将空心支撑柱1201密闭灌封，拾音头1下部表面有环形卡槽，在环形卡槽中加注适量聚氨酯胶水，将透声橡胶帽2按压在环形卡槽中至聚氨酯胶水凝固，二者即粘接紧密，旋开拾音头上盖3，将拾音头1浸没在绝缘硅油中，在硅油中将拾音头上盖3旋紧在拾音头1上，取出拾音头擦净表面硅油，拾音头即装配完成。
装配手持时支撑管5时，手持支撑管5背部有干电池仓，将信号处理电路板放置在手持支撑管5内，在手持支撑管5上部安装液晶显示屏502和功能选择按键板，从手持支撑管5另一端引出皮管6，皮管6尽头连接分叉管7，在二者连接处固定通过导线从调理电路板上引出来的扬声器，所述的右双耳导管8和左双耳导管11都安装在分叉管7上，右耳机头9安装在右双耳导管8上，左耳机头10安装在左双耳导管11上，皮管6与分叉管7以及右双耳导管8和左双耳导管11之间都紧密结合且无缝隙，当电子听诊器工作时，扬声器发声，心跳声音经右双耳导管8、左双耳导管11、右耳机头9和左耳机头10即可传至人耳。
具体实施时，本发明电子听诊器各部分结构尺寸必须严格计算，精密加工，保证拾音头上盖21、拾音头1、聚氨酯橡胶帽之间紧密结合且无缝隙，皮管5、分叉管23、双耳导管6之间紧密结合且无缝隙。
具体实施时，本发明电子听诊器拾音头1注满硅油时，拾音头1和拾音头上盖3须完全浸没在绝缘硅油中，并在硅油中旋接紧密，尽量避免空腔中残留有空气。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于MEMS技术的电子式听诊器，其特征在于：包括拾音头(1)、透声橡胶帽(2)、拾音头上盖(3)、空心导管(4)、手持支撑管(5)、皮管(6)、分叉管(7)、右双耳导管(8)、右耳机头(9)、左耳机头(10)、左双耳导管(11)和悬臂梁-纤毛式微结构(12)，所述的拾音头上盖(3)通过螺纹连接安装在拾音头(1)上，所述的拾音头(1)底面上设有环形卡槽，所述的透声橡胶帽(2)通过聚氨酯胶水固定安装在拾音头(1)的环形卡槽里，所述的拾音头(1)内设有空腔，所述的悬臂梁-纤毛式微结构(12)安装在拾音头(1)的空腔内，所述的空心导管(4)一端与拾音头(1)连接，空心导管(4)另一端与手持支撑管(5)连接，所述的手持支撑管(5)通过皮管(6)与分叉管(7)连接，所述的右双耳导管(8)和左双耳导管(11)都安装在分叉管(7)上，所述的右耳机头(9)安装在右双耳导管(8)上，所述的左耳机头(10)安装在左双耳导管(11)上。
2.根据权利要求1所述的一种基于MEMS技术的电子式听诊器，其特征在于：所述的手持支撑管(5)由壳体(501)、液晶显示屏(502)、模式选择按键(503)、下选择按键(504)、上选择按键(505)、开/关机按键(506)和电池盖板(507)组成，所述的壳体(501)内安装有信号处理电路板，信号处理电路板上安装有信号采集模块、信号处理模块、显示模块、数据存储模块和蓝牙模块，所述的液晶显示屏(502)安装在壳体(501)顶面上，所述的壳体(501)顶面上安装有模式选择按键(503)、下选择按键(504)、上选择按键(505)和开/关机按键(506)，所述的壳体(501)底面上安装有电池盖板(507)。
3.根据权利要求1所述的一种基于MEMS技术的电子式听诊器，其特征在于：所述的悬臂梁-纤毛式微结构(12)由空心支撑柱(1201)、圆形PCB板(1202)、仿生纤毛(1203)、安装框架(1204)、悬臂梁(1205)和压敏电阻(1206)组成，所述的圆形PCB板(1202)固定安装在空心支撑柱(1201)上，所述的安装框架(1204)固定安装在圆形PCB板(1202)上，所述的悬臂梁(1205)安装在安装框架(1204)上，所述的仿生纤毛(1203)粘接在悬臂梁(1205)上，所述的悬臂梁(1205)安装有压敏电阻(1206)。
4.根据权利要求1所述的一种基于MEMS技术的电子式听诊器，其特征在于：所述的皮管(6)与分叉管(7)之间安装有扬声器。
5.根据权利要求3所述的一种基于MEMS技术的电子式听诊器，其特征在于：所述的悬臂梁-纤毛式微结构(12)上的空心支撑柱(1201)与空心导管(4)连接。
6.根据权利要求3所述的一种基于MEMS技术的电子式听诊器，其特征在于：所述的悬臂梁-纤毛式微结构(12)上的圆形PCB板(1202)上的引线通过空心支撑柱(1201)连接到手持支撑管(5)内部的信号处理电路板上。
7.根据权利要求1所述的一种基于MEMS技术的电子式听诊器，其特征在于：所述的透声橡胶帽(2)由低衰减、低渗水的聚氨酯材料制成，透声橡胶帽(2)与拾音头(1)形成空腔内灌满具有良好声传导性能的硅油。
8.根据权利要求3所述的一种基于MEMS技术的电子式听诊器，其特征在于：所述的悬臂梁-纤毛式微结构(12)上的悬臂梁(1205)以SOI硅片为原材料，采用MEMS半导体微加工工艺加工而成。
9.根据权利要求3所述的一种基于MEMS技术的电子式听诊器，其特征在于：所述的悬臂梁-纤毛式微结构(12)上的压敏电阻(1206)采用等离子注入技术注入硼离子形成的，压敏电阻(1206)设有四个且四个压敏电阻(1206)阻值相等。
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