基于mems聲傳感器的可視化電子式聽診器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種生物醫療器件，具體是一種基于MEMS聲傳感器的可視化電子式聽診器。
【背景技術】
[0002]心音和呼吸音是人體兩個重要的生理信號:心音是心臟及心血管系統機械運動中所產生聲音的總稱，包含著心臟各個部分本身及相互之間作用的生理和病理信息；呼吸音是呼吸系統在換氣運動中所產生聲音的總稱，包含著肺部生理和病理信息；目前在臨床上對心腦血管和呼吸系統疾病的主要診斷手段仍然是對心音和呼吸音的聽診。
[0003]聽診器最早由法國醫生雷納克發明，并不斷改良形成了現在普遍使用的傳統聲學聽診器，傳統的聽診器由共振片、聲音共振腔和傳導聲音的導管組成，雖然傳統的聽診器被廣泛使用，但是在使用過程中發現了一些問題:1)心音信號、呼吸音等聲音信號及其微弱，難以捕捉，易受環境干擾，準確性差；2)聲音波形復雜，在傳遞過程中會出現失真的情況，聽診器膠管越長，越可能出現失真，且會受到人耳聽覺上的先天限制；3)同一時間只能為一名醫生所聽診，不利于病情的綜合會診；4)醫生在聽診時常常需要計算心率，所以必須借助手表或其他計時工具來完成。上述這些缺點最終導致醫生有些情況下無法及時作出正確的判斷。
[0004]目前聽診器為入耳式設計，在聽診時會出現聽診器效應，影響醫生的判斷，降低聽診的準確性。
[0005]為了解決上述問題，電子聽診器應運而生。電子聽診器利用特殊的聲學傳感器作為接收聲信號的敏感元件，通過使用硬件濾波器和運算放大器，使聽到的心肺音信號更準確。現在更高檔的數字化電子式聽診器也已誕生，其能實時顯示心率，能將聽到的心肺音資料進行錄音、存儲、無線傳輸等功能，使得聽診診斷更準確、方便和有效。
【發明內容】
[0006]本發明的目的就是為了提供一種全新的電子聽診器，具體是一種基于MEMS聲傳感器的可視化電子式聽診器，它是將利用MEMS技術制造出的聲學微結構傳感器作為敏感裝置運用在聽診器聽診頭上，通過信號采集和后端信號處理電路的配合實現對心肺音信號的采集和波形顯示。
[0007]本發明是通過如下技術方案實現的:
一種基于MEMS聲傳感器的可視化電子式聽診器，包括聚氨酯透聲帽、殼體和蓋體；聚氨酯透聲帽的敞口端扣在殼體的殼口上并用聚氨酯膠密封固定；殼體的內腔中固定有MEMS聲傳感器微結構，殼體的殼底上開設有注油孔和引線孔，殼體的殼底外表面上設有信號處理電路板倉和鋰電池倉；蓋體固定于殼體的底部，且蓋體的蓋面上設有液晶顯示屏和若干功能選擇按鍵;MEMS聲傳感器微結構的加工材料為SOI硅圓片，采用MEMS半導體微加工技術加工而成，具體是在硅襯底上利用ICP等離子刻蝕技術刻蝕出中心質量塊、支撐邊框以及兩根對稱的用于連接中心質量塊和支撐邊框的懸臂梁，在每根懸臂梁的兩端分別利用等離子注入技術注入硼離子形成壓敏電阻，四個壓敏電阻的阻值相等且之間通過金屬引線連接成一個檢測心肺聲信號的惠斯通全橋差動電路；信號處理電路板倉內安裝有信號處理電路板，信號處理電路板上設有依次連接的電源供壓模塊、可調穩壓電源模塊、高通濾波模塊、二級差分放大模塊、低通濾波器模塊、轉換模塊、儲存模塊和單片機處理模塊，儲存模塊上還連接有藍牙傳輸模塊，單片機處理模塊與液晶顯示屏連接，MEMS聲傳感器微結構的輸出端導線通過引線孔引出后與高通濾波模塊連接，并且將引線孔密封；鋰電池倉內安裝有鋰電池，鋰電池為信號處理電路板上的各模塊以及MEMS聲傳感器微結構供電；通過注油孔向聚氨酯透聲帽和殼體內部形成的密封腔體內灌滿起同振作用的絕緣硅油，然后將注油孔密封。
[0008]所述聚氨酯透聲帽具有良好的透聲性能、機械性能，聚氨酯透聲帽與內部耦合液絕緣硅油、涂抹于皮膚表面的耦合劑、臟器器官特性阻抗相匹配，具有較高的透聲系數，構成多層傳聲介質，從而能很好地將心音、呼吸音等臟器聲信號傳遞至MEMS聲傳感器微結構，達到檢測和診斷目的。
[0009]所述MEMS聲傳感器微結構是采用SOI硅圓片通過MEMS半導體微加工技術加工而成的，其上的四個壓敏電阻連接成一個檢測心肺聲信號的惠斯通全橋差動電路，當不同強度的心肺音振動信號傳遞到微結構時，微結構上不同位置壓敏電阻的阻值將相應發生變化，帶動差動電路的輸出電壓值也會同步發生變化，從而達到分辨的不同聲信號的目的。根據采集時間和該時間對應的輸出電壓值，就能繪制出心肺音振動信號的波形圖。
[0010]所述的信號處理電路板上的各模塊中，電源供壓模塊、可調穩壓電源模塊、高通濾波模塊、二級差分放大模塊、低通濾波器模塊組成信號提取系統，如圖5所示，其中，電源供壓模塊是通過鋰電池給聲傳感器供電，可調穩壓電源模塊是將直流電壓信號穩定在固定的一個幅值，高通濾波模塊是濾去產生偏置的直流信號，二級差分放大模塊是對傳感器微結構感應產生的電壓信號進行放大，低通濾波模塊的作用是濾去高頻噪聲，最后將放大后的信號輸出。轉換模塊、儲存模塊、單片機處理模塊、藍牙傳輸模塊、液晶顯示屏組成信號數據處理與顯示系統，如圖6所示，其中，轉換模塊是將經過放大的模擬信號轉化成數字信號，然后將數字信號數據存儲在存儲模塊中，一方面可以經單片機處理模塊數據處理后，計算出待測病人的心率并在液晶顯示屏上顯示心率數據，并周期性更新；另一方面，藍牙傳輸模塊通過單片機處理模塊控制藍牙芯片，與電腦端軟件配對，可以將經過存儲的數據通過藍牙模塊實時的發送傳輸到電腦端，經過DAC轉換成模擬信號(心音波形圖)在電腦端顯示。
[0011]本發明聽診器具有體積小、可視化、檢測靈敏、低成本、可批量加工，無線傳輸到電腦端顯示波形的優點，比傳統聽診器檢測心率更準確、更直觀、更方便。具體表現如下:1)基于MEMS聲傳感器，MEMS技術具有微型化、智能化、多功能、高集成度和適于大批量生產的優勢，信號感應靈敏，信號采集真實有效，并且體積小，使用方便，可適用于此外一類的利用MEMS聲傳感器檢測聲信號的裝置；2)心率能實時且準確顯示在液晶屏幕上，免去臨床上醫生在使用傳統聽診器讀秒計算心率不方便、效率低且有誤差的困擾；3)該電子聽診器通過信號處理過濾掉雜