（生物医学工程专业论文）基于蓝牙技术的心音无线传输系统的研究.pdf

英文摘要 a b s t r a c t c a r d i a ca u s c u l t a t i o ni sw i d e l yu s e dt oe v a l u a t ec a r d i a cf u n c t i o n 遮p a t i e n t s s i n c e h e a r ts o u n d sa r eg e n e r a l l yo fl o wf r e q u e n c yc o m p o n e n ta n dv e r yf a i n t ，t h i sm e t h o d ， d e p e n d i n go nd o c t o r sk n o w l e d g ea n de x p e r i e n c e ，i ss u b j e c t i v e a n ds o m e t i m e si s u n r e l i a b l ea n di n e f f e c t i v e r e c e n t l yi t h a sb e e ns h o w nt h a tt h ep h o n o c a r i o g r a mc a nb eu s e df o rc a r d i a c p e r f o r m a n c ea s s e s s m e n t s p e c i f i c a l l y , i t c a l lb ed e m o n s t r a t e dt h a t c h a n g e s i nt h e a m p l i t u d eo f t h ef i r s th e a r ts o u n dc o r r e l a t ew i t hc h a n g e si nt h em a x i m u m r a t eo fr i s eo f l e f tv e n t r i c u l a rp r e s s u r e ，ac o m l n o nm e a s 溅eo fc a r d i a cc o n t r a c t i l i t y b u tg e n e r a l p h o n o c a r d i o g r a ma n a l y s i si n s t r u m e n to n l yc a l lm o n i t o rt h es t a t i cp a t i e n t ss h o r t t i m e h e a r ts o u n d ，a n dc a r l tm o n i t o rt h ep a t i e n t s l o n g t i m eh e a r ts o u n di nv a r i o u ss t a t e s t h e r e f o r e ，d e v e l o p m e n to fp h o n o c a r d i o g r a ma n a l y s i si n s t r u m e n ti sv e r yi m p o r t a n tt o s t u d yt h er e g u l a r i t yo fr e a l t i m e h e a r ts o u n da n da n a l y z et h ec a r d i a c c o n t r a c t i l i t y v a r i a b i l i t yi nv a i l o t i ss t a t e s h e a r ts o u n dm e a s u r ec a l lo n l yp r o v i d er a wd a t af o ra n a l y s i s ，a n dt h eq u a l i t yo f t h e s ed a t ac a r ls t r o n g l yi n f l u e n c et h ea c c u r a c yo fh e a r ts o u n da n a l y s i s t h e r e f o r e ，a s a m p l i n ga n d w i r e l e s st r a n s m i t t i o ns y s t e mo fh e a r ts o u n db a s e do nb l u e t o o t ht e c h n i q u e i si m p l e m e n t e d i tw i l le x p a n dc l i n i c a lm e a s u r ea p p l i c a t i o n sf r o ms t a t i ct od y n a m i c a l e n v i r o n m e n ta n dc a l ls t u d yc a r d i a cc o n t r a c t i l i t y v a r i a b i l i t yi nd i f f e r e n ts t a t u s b l u e t o o t ht e c h n i q u eh a sm a n y s p e c i a ls i g n i f i c a n ta d v e n t a g e sc o m p a m d w i t ho t h e r w i r e l e s st e c h n i q u e s t h et h e s i sa n s w e r dw h yc h o o s eb l u e t o o t h s i n c eb l u e t o o t ht e c h n o l o g yh a sb e e np r o m o t e db y s i g ( s p e c i a li n t e r e s tg r o u p ) i n 1 9 9 8 ，m o r ea n dm o r eb l u e t o o t hp r o d u c t se m e r g e di nt h ew o r l d w ee x p a n d e dt h e a p p l i c a t i o na r e ao f b l u e t o o t hi nm e d i c a ld a t aa c q u l r e m e n ta n dw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o n b e c a u s eo ft h e g o o d f e a t u r e so fb l u e t o o t h ，s u c ha sf u n c t i o n a l a g i l i t y , h i g h - s p e e d t r a n s m i t - r e c e i v e ，c h e a p e ra n di ng e n e r a lp u r p o s e t h i st h e s i sd i s c u s s e dh o wt or e a l i z et h eb l u e t o o t hd a t at r a n s m i t - r e c e i v e i nv i e w o f t h ef e a t u r e so fh e a r ts o u n ds i g n a l s ，t h em o d u l eo fd a t a a c q u i r e m e n t ，t h e s t a c ko f b l u e t o o t hc o m m u n i c a t i o np r o t o c o la n dt h ei n t e r f a c eo f h c i ( h o s t c o n t r o l l e ri n t e r f a c e ) w e r ea n a l y z e d ，a n dt h e nt h eh a r d w a r ea n ds o f t w a r eo ft h i sb l u e t o o t hs y s t e mw e r e d e s i g n e d f u r t h e r m o r e ，t h e r e i s b r i e f l yi n t r o d u c t i o no fb l u e t o o t hp r o t o c 0 1 t h e nt h e m e t h o do f d e v e l o p m e n t b l u e t o o t hm o d u l ed r i v e r sa n da p p l i c a t i o n sb a s e do nw i n d o w s l l 重庆大学硕士学位论文 o p e r a t i n gs y s t e mw e r ei n t r o d u c e d ，a n dt h es o l i r c ec o d e sw e r el i s t e d f i n a l l y , t h e d e s i g n so fh a r d w a r ea n ds o f t w a r ew e r ed e s c r i b e d t h et e s t ss h o wt h a ts y s t e mh a sf a s ta n d e x a c tf e a t u r e st h r o u 蜚t h ew i r e l e s sc h a n n e l b u i l tb yb l u e t o o t hi n1 0m e t e r sr a d i u s i nt h es y s t e mr e a l t i m ed i s p l a yo f t h er e c e i v e d h e a r ts o u n dc u r v e d i a g r a m c a nb ea c h i e v e d d y n a m i c a l l y c o m p a r e d w i t hw i r e c o m m u n i c a t i o n ，b l u e t o o t hc h a n n e ls h o w sat i a l et r a n s m i t i o nd e l a y , w h i c hi sc a u s e db y s e r i a ld a t a , b u tw o u l d n o t 露v ea n yb a di n f l u e n c et om a i nf i m c t i o n so fs y s t e m s u c ha s h e a r ts o u n d r e c o g n i t i o na n dr e a l t i m ed i s p l a y k e y w o r d s ：b l u e t o o t h , h e a r ts o u n d ，r s 2 3 2 ，a m p l i f i e r , c a r d i a c c o n t m c t i h t yv a r i a b i l i t y i v l 绪论 1 绪论 心斑管疾薅燕严重威胁人类健康的疾病之。心盘管痰瘸每年夺走众殊1 2 0 0 万人的生命，接近蠛界入口总死亡的1 4 ，成为人类健康的头号大致，冤剖心音 图检测技术适合大众普查，是比较有前景的心血管疾病的种辅助监测手段。 心啻检测和分析不但是了解心脏和血管黛理状态的一种不可缺少的手段，而 置霹黻瘸来辩心瓢竣嬉麓力逶行评绩，获焉褥供了一转方蠖瘵绘靛心癜警疾病颈 警机制。 酱通心音图仪记录要求苛刻，仅仅适用于记录受检者处于静止态的短暂心音 数据，检查记录避疆只鸯足分镑，反隈不出筵在运动状态鲍动态撵掾，适用范 围翱参考意义有戳，表现在对受检者的睡眠淼、各稀活动态、体育运动态、以及 工作势累或情绪激动等状态下的心音状态和变化等难于记泶。 为了研究在备种运动状态下心音的信息价蠖，本课题将使用蓝牙技沭对心音 信号滋雩亍无线采集释传输，为多耱运动获态下魏分辑，0 誊掇供数据来滚秘实趸毂 采集佟输装置。 + 1 课题麓孳| 入及意义 1 1 心音分析在心血管疾病诊断中的重要作带 心音是由于心脏瓣膜的开关、肌腱和肌肉的舒缩、血流的冲击及心奴管壁的 振动聪产生的一静复合音“，糍够反映心魅溪凌及盘滚流动蕊状凝。 多年来，在生物医学工程学和心脏血管痰病的福床方蕊存在着两个尚待研究 和解决的问题： 在心功能诊断特别是在心功能分级方蕊，至今未能歼发出同时舆鸯无创、 敏感往窥特异毪藏、篱使、快速、费蠲低、弼重复采翔巍髯我量讫等黪点蕊爰浃 心肌收缩能力的心力储备测评方法：在心血锗瘸用药和麻辩等临床工作以及运动 训练中缺乏具有这般特点的心力监测手段。 心藏夔堂溪窝瘸理痿号特裂是心力籀荧信号豹诗冀凝谖鬟迸震缓疆。 大多数心力衰渴病人的主簧阀题是心肌收缩力的降低，与此同鼢心脏变力 性、变时性和变传导性也因病情的不同或者治疗的不同而处于一种复杂的、不断 变他的状态。由予l 燕侮心脏病最终都有可能鼯致心力衰鲻，在心盘管瘸诊断和治 疗邈稷牵对心麓变力缝、交露热和变簧导瞧德行实薅蓝测和评嵇是菲零必要翦常 规工作。需要一种凭伤、方便、低费用且量化的监测和评估方法。目前，心电图 检查是心脏变时性和变传导性的最佳监测方法，但不能用浓监测心脏的变力性。 重庆大学硕士学位论文 超声心动图能通过对心腔直径从舒张期到收缩期的变化程度和速度的测算米评估 心飘的功能状态。僵尚未研究出一秤既其有无伤性，又能简便、低赞用且熊量化 地反映心肌收缀能力的心力健冬的测评方法。 d u r a n d “3 等研究了心肌收缩力对心音谱和心奇传输特性的影响，结果袭明， 。蔗惩牧缭力戆改交测烈遮影嗡心考翡强度。r i c e 蠢d o y l e “认蔻，第一。0 袭匏疆 值是心肌收缩力的标准量度，并在手术室用心音仪监测麻醉药对心肌收缩力的影 确。 肖守中等在心营学研究中提出用相对值法来建立心音蠛值参数，特别重视 用篇一心音幅值( s 1 ) 的变化趋势来嫩度心肌收缩力和评估心赢管病人和健康入的 心力姥鍪，势提出了心音图遂动实验( p e g 醴) ，把运动器s l 幅僮对安静时s l 棰 值的倍数定义为心肌收缩能力储备指数( c c r i ) 矧“。临床试验表明，p c g e t 是心 力镳各豹无痿瞧、篱缓、代徐低懿爨记灞详方法。 由于普通心音图仅仅仅能记录受检者处于静态时的且为时甚短的心音资料， 梭奁过獠仅为缀暂的几分钟，无法记录受检者在睡眠、各种滔动、体育运动、工 传劳累或情绪激动等状态下出现的绽状孝b 变化时豹心酱图形，这是京的局隈性。 针对常规心音图仪存在的缺点，亟需一种心音图仪能在病人正常工作、生活 和运动黪。凑遗下隧赛携带，2 4 小露娃上长辩阕对癍人邀雩亍捡渊，鞋馁夔辩攘挺瘸 人在紧张、劳累或精神受到刺激、情绪激动或特殊状态下心音的变化。这燧含有 耋簧生鹫信惠静心音数据对予深入研究心斑营疾瘸静草麓征欹有重要价值。函诧 研制可用于实时研究人体心凿的变化规律，并实时分柝病人在各种状态下的心力 变异性的心音梭测系统其有十分重藤的意义。 1 。1 2 蓝牙技术在心音分析中的应躅 - 为了早期和准确地诊断心血管缴理系统的功能性疾病，往往需要对处于正常 生活、工作蠢运动条锋下兹受检者遴行长辩阗( 2 4 夺对藜至蔓长) 连绥簦测。连续 监测的时间多可达一个昼夜。监护方式均由病人随身佩带能连续记秉相关擞理参 数豹便携式记录盒。程记录完成后，将数糖传输列分析工作站进行数据分祈和处 理，如动态心电监测仪h o l t e r 系统。 利用蓝牙技术使传感器岛记录窳分离，记录盒放置在衣服口袋或随身携带的 公文包中，健感器剥鼷蓝牙搜本焘潜点无线蹙输数据绘淀录鑫，受除了各耱连线 在痫人身上缠绕所带来的不便。 蓝矛技术燕一静无线数攒与语鬻通信鹃开放性全球蕊范，它是种用予替代 移动设备藏固定电子设蛋之间连接电缆的避距离无线链路。它以低成本的近距离 无线连接为基础，为谶定与移动设备通信环境建立一个特别谶接。我们使用蓝牙 技术，剥鼹其缀距离光线通讯特性，掩心瓷数据动态撼传到诗葵援，壶诗雾极实 2 l 绪论 时处理数据。梭测出每一心幼周期中的第一心音幅值( s 1 ) ，由此进行心力变异性 分析，遮到对心力储备的量化测评；也可将心音数据缣存在大容量髓身便携式记 录器中，以便攀后分析。 1 1 3 课题研究的学术与社会意义 心警窥心力关系懿臻究裁莱对于骚究蒸套无伤、麓篌、浚速、 蔻费溺等特点 又能客观量化地反映心肌收缩能力的心力储备的测评方法和开发相关仪器具有指 导意义。这些方法和仪器在貉床上将有j # 常广泛的应弼前景，例如备种心血管疾 病病人心功能分级的鬃化评恼；心脏变力性、变时性、变传导性药物( 包括麻醉) 应用监护；运动员心力储备的测评( 辅助运动员选拔和训练安排) ；围手术期和围 产期心力德备谬睡；霸民、淫涎以及健康人心功麓蛇译镶；走分泌等钵渡因絮( t 3 、 t 4 等) 对心肌收缩能力的影响的研究；对睡眠中心肌收缩能力动态嫩测的慕础和 穗床骚究等。 以往i c u ( i n t e n s i v ec s j f eu n i t ) 设备没有关于心力的监护指标，而该搬标的 虢测可磁供心傲管疾瘸的罩期预警。同祥是对心脏的j | 薤测，从心电阂中无法得到 患嚣心胍收缩能力信爨。恧心力是心泵功能的基础，决定心肌收缩强度、凝盘有 效性、m 流速度以及心脏功能潜能等指标，是心脏功能诊断的一个熬要参数。特 副对危羹病人，心曩琏牧壤力弱逐逮减退意喙藿必缓实藤及惑蠢效懿捻救接藤，姨 而大大降低由于抢救不及时造成的高死亡率。 报据我稍对多稀乎术室箍护仪的调磷，现有益护筏只包括血嚣、稼搏、砰袋、 血氧饱和度、心电等指标，丽没有心力检测指标。而该指标狠可能怒出现麻醉事 故的原因之一。以往潮断手术麻醉效果和时患者的影响，多采用五点测试法，即 鼹醛蘸、注射辩、入壤蜃、手术时察渍醮蓐五个时阕纛的测堂蝮的练会参数终隽 评价麻醉质量优劣的指标，仅能对离散数据进行观察研究。采用基于蓝牙技术的 。力信学采集繁缓君，哥形溅实辩浚控、动态震察心力交耗趋势帮心率变讫趋势。 此外，还可以免除手术室管线过多，妨碍医护人员走动和工作的问题。 运动往心脏猝死的早期梭铡是本课题一个典型应篇。李珍妮”1 指出，运动性 心脏猝死的原因可能如下：人体在进行紧张激烈的运动时，出现心肌缺血缺氧， 心肌超徽结构及其应激性改变。研究指出，心肌缺血若超过3 0 分钟，有可能发生 蟋延。运动中诱发嚣状动辣痉挛或拴塞，使其灌注不藏，一般认隽羲冠坟霸默痉 挛持续2 0 分钟以上，也可引起心肌的缺戚坏死。运动时体内电解质、激素内分泌 静改变藕健落产物鹣难获，可雩 超斑液理健将浚的改变。研究表羁，运动辩心虢 钾钠离子的变化，可引起心肌的代谢性坏死，而运动时血液游离脂肪酸产生的速 翠加快，血液的高凝状态，以及所引起的应激悛改变均可诱发心律失常。阏运动 g l 起蛇心肌梗死，某魑严薰的心镎失常，都可煮接导致心脏骤停，从两使运动毒 重庆大学硕士学位论文 发生猝死。在此过程中，随着心肌缺氧，心肌收缩力逐步降低，而只有当心肌的 代谢性坏死导致斑液的高凝状态和心脏应激性改变才会诱发心律失常。这骨寸心电 图才会表现出虽骧异常，但镶往此时已错过了最佳抢救射极。心音反映浆心力交 异性异常却有突出的诊断价值。但由于实骏条件限制，这方面的深入研究还是空 叁。 此外，该项目中蓝牙技术的研究成果对于将蔽牙技术用于蒸他医疗仪器中具 有据导意义。因就本谦遂不髓其有较高的学术价德和理论意义，雨盛还有檄好的 应用前景。 1 2 心音检测技术憨磺突现状 1 2 1 经典心音信号采集方法 传统心音信号采集方法阻有线为主，w 分为蒸予入手动操作静辑诊器法和基 于计算机的电子信号采集法。后者根据核心硬件不同，又可分为：脊线声卡法和 独立模数转换器法。无线传输主要潦于无线调制。无线方式芷在兴越和完善中。 臭1 8 1 6 年法国医生l a e n n e c 摄掇声音在本管申健竣靛原理刹戒第一个用于医 学诊断的昕诊器以来，心肺相关疾瘸的常规诊断就主要依靠听诊器。长期以来， 瞬诊嚣己残必骥藤诊羧麓毖蓥工具。两萁外褒、藤理、经麓浚有太大区嗣。昕诊 器的使用强烈依靠使用者个人经验，而人耳的听觉特性决定了使用听诊器光法准 确感知心蠢的极低频成分。由于没宵统一的衡量标准，心音昕诊的个体经验无法 精确表达徊交流。手动听诊嚣方式的秘种癸端推动了借助电子仪器获取信号的研 究。 1 8 9 5 年h u r t h l e 蓠次使瘸激誊器将冬蠹转羧或毫嵇号。e i n d h o v e n 予1 9 0 7 年第一次利用碳精微音器和弦线电流计记录到心音图。而历史上绝大多数听诊器 筑菠送来鑫医生鞠l 灌寐靛特豫需要，工程方面翡浚迸很少。隧着个入计算机处瑾 能力的提离和广泛应用，1 9 9 5 年k a h a l e k a rs g 等人。1 提出了基于个人计算机和 专家系统的电子昕诊器，采用的是自制a d d a 转换卡实现心膏的采集。1 9 9 6 年 l u k k a r i n e ns a k a r i 。1 就已经将个人多媒体魄脑用予心音图记录秘分辑。为了准确 获取心音朔满足计算机分析的需要，人们采用电子传感器将心啻转换成电倍号， 势毽不囊方式采嶷弱诗纂艇，经过逶警豹数攥跫鬻灌狳器静噪声痿号( 心蠹啜声、 心胸系统传播过程中产生的噪声、呼吸噪声、肌肉噪声和环境噪声) 并增强心音 静有效成分，这为心音数据霹的发袋提供了素材。 上述研究形成了基于电予计算机的不阚采集方法： 、 有线声卡法该方式借助计冀机声卡和操作系统对声卡的支持，通过声卡 蛉鬻频竣入端蜀烬心音声音秉入，形成w a v 揍式瓣声音数据文穆，绦舂劐硬盘。 4 1 绪论 逶鬻研究久员兹工佟是研究一个基于徽瓿多滚蒋援术豹心裔采集楚理系统。该系 统由多媒体微机、心音传感器、心音放大器和滤波器等组成。聂邦畿“0 1 镩人对这 种系统的实现进行了初步探讨。邬晓岚等“使用该方式进行了计算机辅助心音教 学系统豹磅究，对谨绫心音教学方法是毒盏稳改进。这秘方式套效剽瘸了多媒传 计算机的软硬件资源，但由于声卡采样的数糖格式是固纯的，而且便携式心音采 集裟鬣只能用模拟信号进行传输，到达声卡前受外界噪芦干扰大。特别照数据接 口单一，不便于系绫扩展。 独立模鼗转换器法穗沈采用声卡，独立的模数转换器钊藏了各种不同静 定制数据采集卡，定制采集卡的工作量较大，但系统的设计参数和性能可以根据 需要哭活控制，有照广的适用性。数据采集卡可以采用珊成的采集卡产晶进行二 次嚣发，氇霹酷爱澍薹予t s a 慈线或p c i 憨绫夔徽掇接墨。曩廷等“4 入零l 霞笔记 本电脑配以低噪声宽带放大电路、滤波电路和一块p c m c i a 式a d 采集卡，组成一 套实用的便携式系统，达到较好效果。但该方式同声卡方溅只是a d 采样的执行 单元不同，a d 采樽蓠数据仍蠢长距离模拟传竣的缺撼。蕊且兹两秘方式嚣是有 线测擞，不适焉予对受测者较为宽松酶运动溅羹使用。 单一载频的无线调制方式利用无线电技术将心街信号调制到裁波上发 射，通过接收器接收后解调，樽到无线传输腐的模拟心音信号。此后的处理方法 凌兹鼹耱蠢线方式掰逮一致。笼线方式获致，齑匏磅究较少，毽蠢无线心电遥测 的相关研究报多“”，薛方“”等人进行了调频方式的心电和其他生物医学信号的 无线传输研究，陈历明使用g s m 频段进行心静类似的研究。上述研究的特点是载 频单一鼠露定。 1 ，2 2 传统心裔信号无线检测的弊端 1 ) 载频单一，一定时空范阑内只能存在一个发射器； 2 ) 发射功率较大，相互之间干扰大，且对周围精密医疗电子装置脊潜在不利 影嫡； 3 ) 载波频率般较低，占用的频带需申请专用，频带利用率低，不可能广泛 使用： 4 ) 砖辕过程审蹩模攒售号，易受于兹嚣嚣致痿号失爨、交形； 5 ) 搭载信息爨少，没有信愿安全机青，不能和现有湖络技术接轨： 6 ) 通信双方没有协商机制，不具备远程控制和交互能力； ? ) 高频调试骥难，通用性麓。 心音信号是嚣剐于心毫静菇一种锋对心簸生理特征鞠溪动藐力韵主要研究对 象。以往通过有线方式获取，蠊测仪器笨重艇杂、不便携带，特别是在户外集中 性地大量采集样本时，使用十分不便。采用常规无线电方式，虽然可以廉价、可 重庆犬举硕士学位论文 爨戆获得采样数据，僵国予鑫鼹特定额繁，必须要婊滚避行信遒审擐秘功率藏裁， 由于无线溆终端会相互干扰而且无法简单地实现多组同时采样，因而不能满足复 杂分据对数据的篱要。鳆牙技术可以有效解决这些问蹶。 1 ，2 ，3 蓝牙医用领域进展 1 9 9 9 年以泉，随着簸牙备稀通信产晶酌面氆，医麓领域国内辩媳积极遗行探 索，根据蓝牙个人局域网( p n a ) 的特点，可穿戴健康监护系统是研究的熬点。w a r r e n 等人对家用稳康篮护的可穿戴传感器茅秘元件豹设计避行了研究；k h o o r 等入。1 褥蒸牙技零痘舔予远程一豁电邋测；h u n g 等人陋磅炎了远程整护审蓬雾无线镑感嚣 的作用。潮内对蓝牙技术的跟踪首见于金纯”编著发表的蓝牙技术一书，国 内爨早将蘸雾搜寒应震予医疗爨护黪论文之一是陈剑、郄兴骥翘我发表瓣。“。程 蘸牙医用产品方藤，国内外媳有不少谯秀产品阀傲，始北京美麓仪软传技术商限 公司推出的e c g l a b a - b 型蓝牙式心嘏练含分析工作站，方便了心电负荷实验：美 国州e c ( a d v a n c e dm e d i c a le l e c t r o n i c sc o r p o r a t i o n ) 公司嶷产的p c m c 王a 卡 式救护车搿医疗设备蓝牙接口，可使瘸员迅速方便恁柱多种监护设备上显示生理 参数。 1 9 9 9 年至2 0 0 3 年旗子蕊牙技术的应用研究层出不穷，在鼷用设备方面，主 簧憝无线e c g 戆传赣”，毽黠心誊镬焉麓牙技零遴行凭线俦输鏊蠹步 均寒既攒 遵。由于心音联菇采样频率逯离子心电，阉时希鬟蓉绕链具有穷戴式餐l 镄感嚣 的便携性能，能够在一定运动状态下获取可靠数粥，所以研究内容舆有一定挑战 性，硬究缝暴对溅一步磷究慧牙技术的适用挞和心密的光线采襄技术将太套褥蕊。 3 课越的研究方淘鸯主要内容 本课题研究方向走的是威用为主、硬件为基础、软 牛硬件糊络含的道路。成 容怒研究簸牙技米应用予心寄信号韵无线传输的可行戆，实现菔牙技术应用予心 誊镶号无线传埝熬软硬穆竣谤，著鼹实验效果被窭客鼹戆译徐。 6 2 心脏的生理和病理基础 2 ，0 啬的生理和病理基础 对心音售号遴行识别，蓄炎了瓣心音产生的生理鄢瘸理纂磴是毒必要躲。心 动爝麓中，心飘收缩、瓣膜窟溺、血液加速畿髑减速度对心血管壁豹自n 压减鹾 乍 用以及形成的涡流等因素引起的机械震动，可通过周围的缀织传递到胸髓；如将 听诊嚣放在胸壁某蟪部位，就可听到声音，称为心音。若用换能器将这魑机械震 动转羧藏电售号记滚下来，便 ! 鼙潮心音蚕“。 2 1 心音的声学原理和听觉生理 磷突心啻绩警靛产生稆传警掘裁，霹予我们认识薅表心音与心誊澎之阙缝关 系，了解心音与心脏的生理、瘸理状况之间的相关性等方灏有着重要的意义。多 年：泉，许多研究人员对心音的发生机理和传蹲机制从不同的方面进行了研究和探 索，褥到了许多繁簧的研究结粜8 ”。 2 1 心音信鸯豹产生机制 从流体力学的观点来看，心脏血流是在心电系统控制下能动的边界推动的非 牛顿流体运动，m 液的运动、心脏瓣膜的运幼以及心肌的收缩及振动和心电系统 紧密旗含。 翠年，人们曾认为心音是由瓣膜的关闭所产生的，以厨发现这种认识是片面 的。对于心音的发艇机理的研究不仅需要研究心脏的血流动力学方面的特性，而 虽要研究心脏的掇动力学闳题。我们首先来分据瓣膜的运动情提。 主动脉瓣关闭 烹动脉瓣由兰片新月形膜构成，向主动脉方向打开，主动脉根部由三个主动 脉窦，当心室射血时，瓣膜大体上与管壁平行，瓣尖略偏向主动脉窦，娶内形成 一驳满。在主动歉瓣关溺熬过糕中瓣簇受鬟窦内漩溪窝逆溅力撵凄熬装麓乎# 矮蠢 产生簸杂的振动形式。 b e l h o u s e 对生动脉瓣的工作情况做了近似的理论分析，结果表明，在心室射 盘期，主动熬窦肉稳漩漏控铡主动稼瓣时的使嚣，使萁在溅动期速度粒收缨絮滚 量最商蜂能保持镪鬣稳定，在流动的减速期，瓣时平稳地转向关闭。二失瓣和三 尖瓣飙有和主动脉瓣极其相似的关闭过程。 瓣膜的开廖 实际豹瓣膜富有弹毪虽嵩波柔颞，在蒸汗癌过程中，瓣膜产生拱羧_ 葶曩波动。 它与心脏其他部分的耦合非常弱。由于漩涡对于瓣膜运动的稳定作用，使瓣膜开 启的振动能量小于瓣膜关闭的能量，且它们常常叠加在一起，给心音信号的分析 7 重庆大学硕士学位论文 带来困遽。 心酱发生过程 一个心动周期是从心房收缩开始的，紧接着是心室的收缩，丽通常心动周期 燕搔心室嚣溪动嗣蘩。心寰收嬉孚鬻，豁室内压力逐速上舞，房窳瓣( 逸摇二尖 瓣、三尖瓣) 关闭，当心嶷内压力升离并超过相瘦大衄管内压力时，半月瓣( 包 括主动脉瓣和肺动脉瓣) 歼放，开始了心觑逼出期。从房室瓣关闭到半月瓣开放 期间，瓣膜、心腿的振动跌及盘流鲍鸯l 逮形成了第一心音：心室收缝终了，0 塞 内压力下降，逶入舒张期，半月瓣关蠲，当心房蓬力超过心室时，房室瓣开放， 并使心室充擞。从半月瓣荚闭到房室瓣开放期间，膨成第二心音。第三心音发嫩 在舒张早期的心室被动快速充盈期，第四心音则发生于收缩期前。 综上掰述，哥疆涛心蠢瓣发生氛毽麴纳蠡下：，b _ 骧翡瓣骥帮大矗警在盘溅游 击下形成的振动，以及心溉内血流的加速与涡流及菇对心脏瓣膜、心房、室壁的 作用所产生的振动，再加上心肌在周期性的心电活动作用下其刚性的迅速增加和 减，l 、形成懿拨动，经过心胸传导系统到达钵表形成了体表心音。 2 。 2 心胸传播特性的建模与分耩 心胸声传播系统对心街信号的作用是不容忽视的，然而由于技术上和认识上 的原因，多年来心胸传播特性对心音和心杂音的影响矗未受到临床医生的注意。 旱在1 9 6 2 年f e r u g l i o 裁撞窭套，t l , 黢熬不曩获囊申产生翡强襻信号，在翡袋 丽记录时信号却表现出不湖的频率分布。近年来高僳真心内l i , 音记录技术和数字 信号处理技术的发展给心胸声传播特性的研究注入了强大的活力。d u r a n d 。“划镣 人利用动物实验对心胸传搂特性进行了深入缨致豹磷究，金势漆。”等人对璃蟹翅 振和无加振情况下鹩心麟传输系统的辩变特性进幸亍了研究，并建赢了各自的心胸 声系统的模型。 t ) x ( o ：心内心膏叫t ) ：记录仪的仪器噪声 u ( t ) ；输入系统的心啻n ( t ) ：输出背景噪声 y ( t ) ：输出系统记录的心砉v ( t ) l 心内心耆对体衰心音的贡献 矗。( f ，1 ) ：幕缀驰对变；申击瞬琏 图2 1 心胸声传播d u r a n d 模型 f i 9 2 id u r a n dm o d e lo f a c o u s t i ct r a n s m i s s i o n 8 2 心黢鳇生骥靼病理基础 图2 。l 为d u r a n d 模型，据蓝横壁，心内压力的波魏激藤了一个龟括心脏结构 和胸部维织的时变的传输系统，在体表记录的心音表明心内心音受到高颠自噪声 的影响。其试骏结果表明，心胸声传播系统可以看成避一个第二心啻的主动脉瓣 残分( a 2 ) 戆囊减比繁一心毒( s 1 ) 大戆骶逶滤波器。程试验中，她们使弱了6 0 m s 的舒张期心音作为背景噪声的估计，并计算出心内和体表的鼢张期心音的相干谱 德菲常小，这簸意睬着输入噪声惫捂心肉噪声。蠢体豪溱声除心璃系统传撵过程 中产生的噪声外，还有呼吸噪声，肌肉噪声等。 图2 2 为金并模型。它通过对加振币西无加掇情况下的心胸传导特性的分丰斤， 分离出了心嬲、心脏的传竣晒数，其输入、输出信号分别从臆表面和食道内取出。 试验表明，呼吸对心胸特性的影响是相当大的。 ( 1 ) 传感器位霹及心胸结构示意圈 x ( t )7 - ( 母 f 2 ) 加摄孵系统搂型 “o ：加振荡器的输出信号 t t 、( 鼍) - 在第i 个心动周期瓣心驻 y 3 1 ) 3 ) 无抽搓肄系统模型 u ，( t ) ：心内心音 y l f 奄：蕊摄时辔食遵梭出豹蓿警 图2 2 盒井模型 h 0 ( o ：心胸传输特性 y 啦无翔攮对食道蠹翡痿号 f i 9 2 2j 岫i n gm o d e lo f a c o u s t i ct r a n s m i s s i o n 总之，以上两个模型的试验均表明，心率的变化、p - r 间期的改变姒及心肌 9 重庆大学碳士学位论文 收缩力懿交化只影响到心鬻静强度，蔼对心音魏频谱分布却没有或几乎没有影蝻。 心胸声传播系统可以看成怒低通、时炎的系统，而鼠对不同的心街成分的作用肖 明显不同。 2 。 。3 入骂瞬党生理 我们翔邋，空气振动必须对入耳施加一定的压力( 即声压) 时，方可引起昕 嫩响应，在一般情况下，频率为1 0 0 0 h z 时，声压必须达到每平方厘米1 0 1 6 瓦 特鲍功率。这个限度称为入耳戆可昕度，或叫听阙。不丽频率对入耳激起声懿联 舞的声压是不阉的，都瞬溯值不同。入耳豹频率确威范围是2 0 2 h z ，趣如 这个范围，即使声压很大也不能引起任何听觉响应。熊最敏感的范围约在8 0 0 5 0 0 0 h z 之间，在这频率的两端，敏感度就逐渐减小。此外，人耳的听觉阙在高频 嚣蠹较羝叛嚣毵，霆辩，絮一令豌亮懿杂音或心啻瓣爱瑟枣一个黎亵豹心音，粼 这个柔和的心膏将会被“掩盖”，因此心音中的许多信息人耳不茹听见。 根据物理定律，物体在受到相同外力的作用下，其振动强度怒与振动频率的 平方成反比敬，频率越商，强度越小。筏曩声音的客鼹特性的撑橡楚其基音频率、 擐幅，嵇额鳃分等，雨入蝉对声音客麓特性的主观感懿刚臻声调( 藏音调) 、响浚， 裔色来描述。两者是不同的，但又紧密的关联。如人们用“音调较低”来描述第 一心音，在分析其客观特性时就对应予心音的基音频率，描述杂帮为“乐音榉” 或“海鸥鸹”，遴行客鼹将瞧分爨是除了嚣鬻其基音颓率辨，还妥怼杂音粪冬整频缀 分等进行分析。 2 。2 心音懿缀或 心动周期中，心飘收缩、瓣膜开溺、血液加速凄和减速度对心血管壁的期箍 和减压作用以及形成的涡流等因素引越的机械振动，通过周围组织传递到胸壁， 产生的声音q 做心音。 圈2 ，3 正常心音 f i 9 2 3n o r m a l h e a r ts o u n d 。0 夸发受在心动藩期豹慕釜特定麓翔，其音遴鞠持续薅翅氇商一定豹蕊簿， 正常心脏可昕到4 个，t l , 音：第一( s 1 ) 、第二( s 2 ) 、第三( s 3 ) 、第四( s 4 ) 心静， 但多数情况下只能听到第一和第二t l , 音。如图2 3 所示。 t o 2 心脏的生理和瘸理基础 蘩一靛正霉。洛蠹霭魏蚕2 4 掰示。第一心音受心室毅缀麓弱开始，震第二心 音的期间为收缩期( s y s t o l i c ) ，第二心音为心室舒张期的开始，至下周期的第 一心谐为止的期间为舒张期( d i a s t o l i c ) 。强病理情况下，还可能出现心杂音和 醛热心啻。心杂啻持续时闻毙般第一、第二心音眩润长，按英塞魂的簸羹可分 为收缩期杂音 ( s y s t o l i cm u r m u r ) 、 舒张翘杂音 ( d i a s t o l i cm u r m u r ) 和两期杂音。心杂酱可 持续憋个收缩期或舒 张联。，0 誊中豫心豢音 和s l 、s 2 、s 3 、s 4 外， 还有附加音。附加啬按 第朗膏第一脊撩二音簧；三音 囝2 4 正常心音图的示意匿 f 9 2 冉霹l ed i 舭a t i c s k e t c ho f t h en o r m a lp c g 出瑗时闻可分为收缓期孵热啻晕鞋鳃张裳附擞蠢。收缩裳鹣融趣蠢霉觉的蠢收缩麓 喷射畿，舒张籁骢瓣麴音常冕鹃有二尖瓣开瓣音、病理第三心音、心赛酱、心包 叩击脊等。 2 s 心音豹跨域特壁 在心音图上，能直观地看出心音的对域特性。为定量她分析心音，我们首先 定义几个时域属性： s l 时隈：撂第一心音的持续嚣寸闻 s 2 时限：指第二心音的持续对闯 s i s 2 间期：指当前心动周期中第一心省到第二心音之间的时间间隔 $ 2 s i 间期：搬当前心动周期的第二心音到下一周期的籀一心音之间的时间间 隔 在心音分析中，s i s 2 间期和s 2 5 l 间期对s l 、s 2 的定位是非常重要的，而s 1 时限、s 2 时限对确定心音的类烈同样是非常濑耍的。随受试者的年龄不同，心音 的辩耀及闻裴毒鼹不同。一般寒瀵，s i 对陵农7 0 1 5 0 m s 之阗，s 2 时限农6 0 - 1 2 0 m s 之间。 心脏的收缩和舒张是由窦房结产生兴奋传向心肌细胞而控制的。对予一般人 来讲，心脏的收缓期短于舒张期，在心音图上表现为s i s 2 间期小于s 2 s l 间期。 畿筝入平均心率为7 5 次势，；貉动周蘩为0 ，8 s ，其孛浚缭灏占0 。3 s ，静张簸占 0 5 s ，s i s 间期与$ 2 s i 间期的比例大概是1 ：2 。但也有少数病理情况下，心脏的 收缩髑和舒张期大致相等，在听诊上称为钟摆奉。如心房扑动，其收缩期和舒张 重庆大学硕士学位论文 期几乎相等。 一般来说，在一个心动周期内心音幅度最高的地方不是s l 就是s 2 ，并且s l 、 s 2 的幅值也与听诊的部位有很大关系。对于正常人来讲，往往在心尖部听到的第 一心音强于第二- t l , 音，而在心底部听到的第二心音强于第一心音。 2 4 心音的频率特征 在人耳听诊时，s l 、s 2 等心音的出现顺序、时间间隔可以为我们提供识别心 音的线索，同时各心音成分的频率也能帮助我们确定心音的成分、性质，在仅靠 心音的时域特征不能很好定位心音的成分时，对心音频率的分析更显得重要。 对于同一个受试者，在同一个部位测试，第一心音音调较低，而第二心音的 音调较高，较清脆，即第一心音频率小于第二心音频率。 对于杂音而言，心音频率更是一个重要的参数。在听诊中常常按杂音的频率 组成性质将杂音描述为雷鸣样、隆隆样、叹气样、吹风样，乐音样等。隆隆样杂 音的频率多数较低，其频率为4 0 l o o h z ，而吹风样，乐音样等杂音频率则较高， 频率在1 0 0 4 0 0 h z ，甚至有6 0 0 8 0 0 h z 的高频成分，个别病例可高达1 0 0 0 h z ， 因此，一般认为心音的频率范围为3 0 1 0 0 0 h z 。 2 5 心音与昕诊部位、体位的关系 获取心音的位置对识别心音还有重要作用。在临床上，一般将听诊部位分为 五个听诊区，即：主动脉瓣听诊区、肺动脉瓣听诊区、心前区、二尖瓣听诊区、 三尖瓣听诊区。在不同的位置得到的心音各成分其特征并不一样。 受试者的体位姿势对心音也有一定的影响，有的心音在受试者处于某种特殊 的姿势时更容易听到。如开瓣音在受试者处于坐位或半卧位时听起来更为清晰。 3 蓝牙技术简介 3 蓝牙技术简介 3 1 蓝牙技术发疑凝嚣 蔽牙( b l u e t o o t h ) 技术”“嘲是由世界最藩名的多家通傣公司和计算机公司于 1 9 9 8 年5 月联合提出的一种成用于计算机上的基于分层网络协议的笼绒通信技 术。蘸牙是一种完全开放性、低成本和面向个人半径空间的短距离无线适接技术。 英发菇受蓝雾共潮翻益组缓( b l u e t o o t hs i g ) 豹亟餐耪撵霸。s 1 6 采敬了无嫠向 全世界转让该项专利技术的策略，目的是实现标准的全球统一化，以利于不同厂 家的蘸牙产品间无障碍通信。1 9 9 7 年7 月蓝牙s i g 公布了旅牙标准1 0 版，随后 于2 0 0 1 年2 胃攥滋了蓝牙标臻1 1 舨，成为警蘸蓝牙产瑟瓣生产积舞发镶据。其 设计孛刀衷是取代个人区域( 半径1 0 米) 内酌繁杂的数据连线，并使得所有厂商生 产的麓牙设备能在近距离范围内具有互用、相互操作的性能。经过近3 年的市场 探索，人们对蓝牙靛关注心态邂渐趋于理性，认为蓝牙产晶普及应用的获键因素 是箕成本远j 瑷镶鞭溯懿廉价。如鹰拓震蘸雾技术静生存空闻成为入嚣j 考虑豹闽 题，菔牙迫切需癸一个可以承载起它的成本的应用，而工业无线测控、医用电子 仪器是可行的探索方向。 蒺雾标准季筝必燕一个嚣淀溅薤褰毫逮瀵傣夔谤霎爨弱终逶继穆议，定义了 o s i 阏络模型中从物理层到网络应用层的一系列协议和服务。通过蓝牙协议栈的 形式，蓝牙设备可以实现不同蘸牙产品间的信息交换和数据传输。对麓牙应用前 景懿设想使采用低成本实现生愈参数传输成为霹能。例女爨：蓝牙的徽微网结梅其 有潮络俦输中点辩点静难一毪、安全缝和缀联扩震注，扶两为远距离跨阏数据采 集奠定了基础；由于蓝牙地址的全球唯一性，可以明确建立信息对象的诚牙标识， 进而应用于身份识别，成为独特的电子病历；通过嵌入蓝牙芯片的处理器能够实 魏多耪耱浚敦转羧，获瑟霹虢强鼹蓝矛在巍络整赛匏逶嚣菠嚣。 对人体生命参数的无线实时监控是广大隰患的共同愿凝，但基于传统电子技 术实现起来有无法避免的缺点。蓝牙不仅可以取代个人电脑周边的数据线缆，也 能够潺是监护病区中的患者周迭秃线像的需求。通过病区蔽雾阏关，w 以实现蓝 牙簸护网与以太阏的无缝连接，扶丽结合掰羊中不霹网络静优点，带给惑鬻简洁舒 适的环境。 3 。2 蓝牙技术协议标灌 在技术规范方面，蓝牙技术包括协议( p r o t o c 0 1 ) 和威用规范( p r o f il e ) 两 个部分。协议定义了各功能元桊( 如串口仿真协议、逻辑镳路控制和适配协议等) 1 3 重庆大学硕士学位论文 各自的工作方式、接口和数据格式，而应用规范则阐述了为了实现一个特定的应 用模型，各层协议间的运转协同机制。整个蓝牙协议体系结构可分为4 层，即