本應用筆記概述了數字聽診器的基本操作和設計考慮因素。解釋了數字聽診器和聲學聽診器（老一代樂器）之間的相似之處。然后，本文概述了較新的數字設計的更復雜的功能，包括錄音和播放。在討論數字聽診器的設計考慮因素時，它詳細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。本文還介紹了系統的子功能，包括數據存儲和傳輸、顯示和背光、電源管理和電池管理。

概述

聽診器，無論是聲學還是數字聽診器，主要用于聆聽體內的心聲和肺音，以輔助診斷。聽診或聽診已經用聲學聽診器進行了近兩百年的歷史;最近，開發了電子數字聽診器。

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

音頻信號路徑

數字聽診器的基本元件是聲音換能器、音頻編解碼器電子設備和揚聲器。將聲音轉換為模擬電壓的聲音換能器是鏈中最關鍵的部分。它決定了數字聽診器的診斷質量，并確保習慣于聲學聽診器的人熟悉的用戶體驗。

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

數字聽診器的功能框圖。

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

耳機或揚聲器放大器在輸出到揚聲器之前調節音頻信號。在聽診器管分叉的地方下方可以使用單個揚聲器，放大的聲音通過雙耳管傳播到耳朵?；蛘?，可以使用兩個揚聲器，每個聽筒末端有一個揚聲器。揚聲器的頻率響應與低音揚聲器的頻率響應相似，因為需要產生低頻聲音。根據實現方式，使用一個或兩個揚聲器放大器。

聽診器必須對 20Hz 至 400Hz 范圍內的心音和 100Hz 至 1200Hz 范圍內的肺音最敏感。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。

數據存儲和傳輸

一旦捕獲的聲音轉換為模擬電壓，就可以通過音頻插孔發送出去，并在計算機上或通過數字聽診器播放。捕獲的聲音也可以以數字方式操作。它可以使用內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聲器播放;或者可以將其傳輸到計算機進行進一步分析。添加實時時鐘 （RTC） 有助于使用時間和日期標記記錄。聲音通常通過有線接口（如 USB）或無線接口（如藍牙?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，因為手術過程中的環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驅動器控制的白光發光二極管（WLED）或由EL驅動器控制的電致發光（EL）面板。大多數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

大多數數字聽診器使用一個或兩個 AAA 1.5V 原電池。這種設計需要一個升壓或升壓開關穩壓器，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，開關穩壓器可能會一直導通，因此低靜態電流是延長電池壽命的關鍵因素。電池壽命越長，數字聽診器使用起來就越方便，體驗就越接近聲學聽診器。

當使用兩節串聯的1.5V電池時，開關穩壓器可以一直保持開啟狀態，或者在不使用時關閉。如果電路工作在3.6V至1.8V，則可能不需要開關穩壓器。成本將降低并節省空間。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Li+電池。如果使用可充電電池，則需要在數字聽診器或充電座中使用電池充電器。電量計是準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，則還需要進行身份驗證以進行安全和售后管理。

審核編輯：郭婷