基于現(xiàn)代通信技術(shù)的模擬聽(tīng)診系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

趙佳　昝程　許士奇　辛思源

摘要：聽(tīng)診器的學(xué)習(xí)和使用是醫(yī)學(xué)生和臨床醫(yī)生的必修知識(shí)。傳統(tǒng)的教學(xué)方法一般采用描述法對(duì)聽(tīng)診音進(jìn)行講解，學(xué)生無(wú)法在課堂上感受臨床中典型的雜音。各高校或醫(yī)院引入教具模擬心肺聽(tīng)診系統(tǒng)，但是其功能不完善、易損壞且價(jià)格昂貴。針對(duì)以上問(wèn)題，結(jié)合現(xiàn)代通信技術(shù)與電子技術(shù)，本文擬開(kāi)發(fā)出一種能夠完全模擬臨床聽(tīng)診，應(yīng)用于大學(xué)生臨床技能實(shí)踐教學(xué)和住院醫(yī)師崗前培訓(xùn)的模擬聽(tīng)診系統(tǒng)。通過(guò)分析現(xiàn)有心肺聽(tīng)診系統(tǒng)的功能，使用單片機(jī)和射頻識(shí)別傳感器，建立模擬聽(tīng)診系統(tǒng)模型，結(jié)合軟件程序設(shè)計(jì)，對(duì)聽(tīng)診過(guò)程進(jìn)行仿真。此模擬聽(tīng)診系統(tǒng)可涉及多種醫(yī)學(xué)知識(shí)，不僅解決了傳統(tǒng)教學(xué)單調(diào)、抽象等問(wèn)題，還解決了模擬心肺聽(tīng)診系統(tǒng)使用的局限性，將臨床聽(tīng)診技術(shù)教學(xué)模式，向數(shù)字化、虛擬化、仿真教學(xué)模式轉(zhuǎn)變。

關(guān)鍵詞：聽(tīng)診器 單片機(jī) 射頻識(shí)別傳感器 程序

中圖分類(lèi)號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2016）09-0171-02

Abstract：The learning and use of the stethoscope is required knowledge of medical students and clinicians. The traditional teaching method is to explain by description， students in class cannot feel clinical typical noise. Part colleges and universities or hospitals begin to use cardiopulmonary auscultation system， but its function is not perfect， not only that， but also it is fragile and expensive. To solve the above problems， combined with the modern communication technology and electronic technology， this paper intends to develop auscultation simulation system， which can be used in college students clinical skills practice teaching and inpatient physician pre job training. Through the analysis function of the existing heart and lung auscultation system， using single chip microcomputer and radio frequency identification sensor， the paper establish auscultation simulation system model， combined with the software program， to simulate the process of auscultation. This auscultation simulation system may be involved in a variety of medical knowledge， not only improve the disadvantages of traditional teaching， but also solve the limitations of using simulation of heart and lung auscultation system. The traditional teaching mode will be changed by digital， virtual and simulation teaching model.

Key Words：Stethoscope； Single Chip Microcomputer； Radio Frequency Identification； Program

1 引言

聽(tīng)診器是內(nèi)外婦兒醫(yī)師最常用的診斷用具，是醫(yī)師的標(biāo)志，所以聽(tīng)診器的學(xué)習(xí)和使用是醫(yī)學(xué)生和臨床醫(yī)生的必修知識(shí)。傳統(tǒng)的教學(xué)方法一般采用描述法對(duì)胸部聽(tīng)診音進(jìn)行講解，學(xué)生無(wú)法在課堂上感受臨床中典型的雜音。為了使學(xué)生在實(shí)習(xí)之前就聽(tīng)到真實(shí)的聲音，各高?；蜥t(yī)院引入各種模擬心肺聽(tīng)診系統(tǒng)，但是由于其功能不完善、易損壞且價(jià)格昂貴，每臺(tái)基本在5000—10000元，使其在臨床上被廣泛應(yīng)用受到限制。

針對(duì)以上問(wèn)題，本文結(jié)合現(xiàn)代通信技術(shù)與電子技術(shù)，擬開(kāi)發(fā)出一種能夠完全模擬臨床聽(tīng)診，應(yīng)用于大學(xué)生臨床技能實(shí)踐教學(xué)和住院醫(yī)師崗前培訓(xùn)的模擬聽(tīng)診系統(tǒng)。通過(guò)分析現(xiàn)有心肺聽(tīng)診系統(tǒng)的功能，使用單片機(jī)和射頻識(shí)別傳感器，建立模擬聽(tīng)診系統(tǒng)模型，結(jié)合軟件程序設(shè)計(jì)，對(duì)聽(tīng)診過(guò)程進(jìn)行仿真。

本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路是：以橡膠模擬人作為“虛擬病人”，在“虛擬病人”身體不同部位安裝不同的芯片，在聽(tīng)診系統(tǒng)的拾音部分即聽(tīng)診頭中裝入射頻識(shí)別傳感器，將單片機(jī)和MP3模塊封裝在傳導(dǎo)部分即膠管中，從MP3模塊引出音頻信號(hào)到聽(tīng)音部分即耳件中，通過(guò)軟件程序來(lái)控制單片機(jī)和各模塊的通信。學(xué)生利用此系統(tǒng)為“虛擬病人”聽(tīng)診時(shí)，當(dāng)聽(tīng)診頭接近“虛擬病人”身體特定部位（如二尖瓣聽(tīng)診區(qū)、肺動(dòng)脈瓣聽(tīng)診區(qū)、主動(dòng)脈瓣聽(tīng)診區(qū)等），耳件中可聽(tīng)到對(duì)應(yīng)的音頻信號(hào)，學(xué)生可根據(jù)相關(guān)醫(yī)學(xué)知識(shí)，對(duì)此音頻信號(hào)做出判斷，從而診斷病人病情，完成治療過(guò)程。

本文設(shè)計(jì)的基于現(xiàn)代通信技術(shù)的模擬聽(tīng)診系統(tǒng)，可用在醫(yī)學(xué)相關(guān)院校的平時(shí)學(xué)習(xí)和測(cè)驗(yàn)中，打破傳統(tǒng)聽(tīng)診器的學(xué)習(xí)方式，讓學(xué)生直觀的感受病人的心跳、脈搏等信息，并根據(jù)信息進(jìn)行治療。本系統(tǒng)可以設(shè)計(jì)成學(xué)習(xí)模式、考試模式。分為臨床實(shí)習(xí)前學(xué)生應(yīng)用、臨床實(shí)習(xí)后學(xué)生應(yīng)用、住院醫(yī)師崗前培訓(xùn)應(yīng)用以及各階段考試系統(tǒng)。還可以設(shè)計(jì)成考試闖關(guān)模式，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

2 科學(xué)意義

診斷學(xué)是臨床專(zhuān)業(yè)的重要學(xué)科，是基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)向臨床醫(yī)學(xué)過(guò)渡的橋梁。在診斷學(xué)教學(xué)中，心臟檢查一直都是教學(xué)的重點(diǎn)，而心臟聽(tīng)診又是其中的重點(diǎn)和難點(diǎn)[1]， 通過(guò)正確的聽(tīng)診可以獲得重要信息，并作為診斷依據(jù)，因此心臟聽(tīng)診是醫(yī)學(xué)生和臨床醫(yī)生必須掌握的基本實(shí)踐技能。

傳統(tǒng)的教學(xué)方法一般采用描述法對(duì)胸部聽(tīng)診音進(jìn)行講解，老師用語(yǔ)言描述肺部聽(tīng)診音的特點(diǎn)，如：呼吸音是否清晰或粗糙、音調(diào)高低及強(qiáng)弱、吸呼時(shí)相在呼吸周期所占比例等，由于不能直觀的向?qū)W生展示聽(tīng)診音，只能由學(xué)生自己體會(huì)，每個(gè)學(xué)生的能力不同，有可能造成偏差，并且這種方法不夠形象，初學(xué)者也不易掌握；同時(shí)，教學(xué)效果也受師資力量強(qiáng)弱的影響，尤其在臨床醫(yī)師（帶教老師）聽(tīng)診基本功普遍下降的情況下[2]，也很難保證教學(xué)達(dá)到預(yù)期效果。總之，傳統(tǒng)的教學(xué)方法在胸部聽(tīng)診教學(xué)存在一定的局限性，如：教學(xué)方法陳舊，不夠直觀、訓(xùn)練機(jī)會(huì)較少、床邊教學(xué)有難度、師資力量良莠不齊、師生不能同步進(jìn)行等諸多問(wèn)題[3]。

如何讓學(xué)生在實(shí)習(xí)之前就能聽(tīng)到真實(shí)的臨床病人聲音，提高學(xué)生對(duì)聽(tīng)診學(xué)習(xí)的教學(xué)效果，是許多醫(yī)學(xué)院校都在考慮的問(wèn)題。針對(duì)以上問(wèn)題，本文擬開(kāi)發(fā)出一種能夠完全模擬臨床聽(tīng)診，應(yīng)用于大學(xué)生臨床技能實(shí)踐教學(xué)和住院醫(yī)師崗前培訓(xùn)的模擬聽(tīng)診系統(tǒng)。通過(guò)分析心肺聽(tīng)診系統(tǒng)的功能，使用單片機(jī)和射頻識(shí)別傳感器，建立模擬聽(tīng)診系統(tǒng)模型，結(jié)合軟件程序設(shè)計(jì)，對(duì)聽(tīng)診過(guò)程進(jìn)行仿真。學(xué)生通過(guò)此系統(tǒng)，可以在理論學(xué)習(xí)中直觀的感受到聽(tīng)診的過(guò)程，掌握聽(tīng)診這項(xiàng)技能。

此模擬聽(tīng)診系統(tǒng)可涉及多種醫(yī)學(xué)知識(shí)，不僅解決了傳統(tǒng)教學(xué)單調(diào)、抽象等問(wèn)題，增加學(xué)生直觀的臨床診斷經(jīng)驗(yàn)，還解決了模擬心肺聽(tīng)診系統(tǒng)使用的局限性，實(shí)施起來(lái)也簡(jiǎn)單直接，綜合性強(qiáng)，適用于全國(guó)醫(yī)學(xué)院校的學(xué)生和住院醫(yī)師崗前培訓(xùn)，將臨床聽(tīng)診技術(shù)教學(xué)模式，向數(shù)字化、虛擬化、仿真教學(xué)模式轉(zhuǎn)變。此項(xiàng)研究如果成功，每臺(tái)虛擬仿真系統(tǒng)價(jià)格成本將大大降低，會(huì)減少相關(guān)單位的臨床技能教學(xué)儀器采購(gòu)支出。

3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析

電子聽(tīng)診器是在20世紀(jì)80年代問(wèn)世[4]，與傳統(tǒng)聽(tīng)診器相比，具有可以存儲(chǔ)、同步外放、音量和回放速率可調(diào)節(jié)的優(yōu)勢(shì)，另外，存儲(chǔ)的音頻數(shù)據(jù)還能顯示音波圖形。有研究顯示，與傳統(tǒng)教學(xué)方法和利用傳統(tǒng)聽(tīng)診器教學(xué)相比，采用電子聽(tīng)診器輔助胸部教學(xué)可顯著提高學(xué)生成績(jī)，顯著縮短床旁示教時(shí)間，并且提高患者的滿意度[5]。但是電子聽(tīng)診器的聲音信號(hào)是經(jīng)過(guò)電子合成出來(lái)的信號(hào)，其真實(shí)性與傳統(tǒng)聽(tīng)診器相比略有差別；而且價(jià)格比較昂貴，以上都使電子聽(tīng)診器在臨床上被廣泛應(yīng)用受到限制。

心肺模擬聽(tīng)診系統(tǒng)由心肺聽(tīng)診模擬儀（模擬人）和微機(jī)組成。在模擬人上身外皮下的若干個(gè)聽(tīng)診部位，安裝有小型揚(yáng)聲器，聽(tīng)診時(shí)用鼠標(biāo)點(diǎn)擊應(yīng)用程序表單上要聽(tīng)診的病例項(xiàng)，電腦屏幕就播放人體相關(guān)部位的動(dòng)畫(huà)片或視頻，學(xué)生就可以在模擬人身上用電磁聽(tīng)診器進(jìn)行聽(tīng)診[6]。

電腦模擬人系統(tǒng)教學(xué)克服了傳統(tǒng)教學(xué)單調(diào)、抽象的問(wèn)題，提高了學(xué)生自學(xué)和練習(xí)的積極性，還可以提供臨床不易見(jiàn)到的陽(yáng)性體征，提高了大家的學(xué)習(xí)興趣[7-8]，但是模型存在的體征只能模擬局部、單一的體征，不能反應(yīng)整體疾病特點(diǎn)，如多個(gè)瓣膜損傷情況；心肺聽(tīng)診部份體征有失真現(xiàn)象，特別是部份心臟雜音有失真現(xiàn)象[9]，且堂上考核測(cè)試題庫(kù)較少，題型簡(jiǎn)單單一[10]，加之價(jià)格比較昂貴，且體積較大，不易移動(dòng)，以上都使模擬心肺聽(tīng)診系統(tǒng)在臨床上被廣泛應(yīng)用受到限制。

4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本文擬開(kāi)發(fā)出一套基于現(xiàn)代通信技術(shù)的模擬聽(tīng)診系統(tǒng)。系統(tǒng)主要由主機(jī)單元單片機(jī)、感知單元RFID（Radio Frequency Identification，射頻識(shí)別）模塊、應(yīng)用單元MP3模塊組成，連同電源模塊、SD卡（Secure Digital Memory Card，安全數(shù)字存儲(chǔ)卡）和芯片比如IC卡（Integrated Circuit Card，集成電路卡），來(lái)共同實(shí)現(xiàn)模擬聽(tīng)診的功能。

系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路為：以橡膠模擬人作為“虛擬病人”，在“虛擬病人”身體不同部位可安裝不同的芯片，在聽(tīng)診系統(tǒng)的拾音部分即聽(tīng)診頭中裝入RFID傳感器，將單片機(jī)和MP3模塊封裝在傳導(dǎo)部分即膠管中，從MP3模塊引出音頻信號(hào)到聽(tīng)音部分即耳件中，通過(guò)軟件程序來(lái)控制單片機(jī)和各模塊的通信。學(xué)生利用此系統(tǒng)為“虛擬病人”聽(tīng)診時(shí)，當(dāng)聽(tīng)診頭接近“虛擬病人”身體特定部位（如二尖瓣聽(tīng)診區(qū)、肺動(dòng)脈瓣聽(tīng)診區(qū)、主動(dòng)脈瓣聽(tīng)診區(qū)等部分），耳件中可聽(tīng)到對(duì)應(yīng)的音頻信號(hào)，學(xué)生可根據(jù)相關(guān)醫(yī)學(xué)知識(shí)，對(duì)此音頻信號(hào)做出判斷，從而診斷病人病情，完成治療過(guò)程。

模擬聽(tīng)診系統(tǒng)的工作原理為：?jiǎn)纹瑱C(jī)通過(guò)感知RFID模塊SIGN引腳電平值的變化來(lái)判斷是否有芯片接近。假如RFID模塊感知到芯片的存在，讀取其編號(hào)，并通過(guò)TXD引腳和RXD引腳和單片機(jī)通信，將編號(hào)發(fā)送給單片機(jī)。單片機(jī)收到消息后，按照軟件設(shè)計(jì)程序中約定好的規(guī)則，改變與MP3模塊相連的I/0端口的電平值。MP3模塊的觸發(fā)端口接收到單片機(jī)傳遞的電平值后，按照模塊設(shè)定的觸發(fā)方式，播放SD卡中的指定音頻。

5 特色與創(chuàng)新之處

5.1 改善了現(xiàn)有聽(tīng)診教具的功能缺陷問(wèn)題

現(xiàn)有模擬心肺聽(tīng)診系統(tǒng)只能模擬局部、單一的體征，不能反應(yīng)整體疾病特點(diǎn)，且堂上考核測(cè)試題庫(kù)較少，題型簡(jiǎn)單單一，價(jià)格比較昂貴，每臺(tái)基本在5000—10000元，體積較大，易損壞，而此模擬聽(tīng)診系統(tǒng)，由于音頻信息由不同芯片控制，因此只要在MP3模塊的SD卡中存儲(chǔ)心肺聽(tīng)診音頻大全，即可讓學(xué)生接觸到幾乎是所有的臨床中可能出現(xiàn)的情況，而且是手持聽(tīng)診系統(tǒng)為病人進(jìn)行聽(tīng)診，直觀的感受聽(tīng)診過(guò)程，為以后的臨床實(shí)踐打下良好基礎(chǔ)。每臺(tái)系統(tǒng)價(jià)格成本也將降低，會(huì)大大減少臨床技能教學(xué)儀器采購(gòu)支出。

5.2 改變了RFID技術(shù)的常規(guī)使用方式

日常生活中，應(yīng)用RFID技術(shù)的產(chǎn)品有很多，其中較早較成熟的產(chǎn)品有公交卡、食堂餐卡、銀行卡、賓館門(mén)禁卡、二代身份證等，但是以上產(chǎn)品都是將RFID閱讀器固定在某一位置，標(biāo)簽是移動(dòng)的。而模擬聽(tīng)診系統(tǒng)反其道而行之，將標(biāo)簽固定，而閱讀器是可移動(dòng)的，打破了RFID常規(guī)使用方式，推動(dòng)了RFID技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的應(yīng)用普及。

5.3 將電子技術(shù)創(chuàng)新與醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合

對(duì)應(yīng)用本系統(tǒng)的醫(yī)學(xué)院校來(lái)說(shuō)，本系統(tǒng)不僅解決了聽(tīng)診對(duì)象局限性的問(wèn)題，還可以使學(xué)生直觀的接觸各種可能的病癥信號(hào)，且實(shí)施起來(lái)較為方便和安全，為醫(yī)學(xué)相關(guān)專(zhuān)業(yè)的教學(xué)改革提供了有利條件，也為教師或其他相關(guān)的科研工作者提供了科研思路，推動(dòng)我國(guó)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化醫(yī)療的發(fā)展。

6 結(jié)語(yǔ)

此文設(shè)計(jì)的模擬聽(tīng)診器，具有直接的使用價(jià)值及潛在的研究?jī)r(jià)值。我國(guó)醫(yī)學(xué)院校眾多，對(duì)于臨床等相關(guān)醫(yī)學(xué)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生來(lái)說(shuō)，學(xué)會(huì)正確使用聽(tīng)診器并且能利用聽(tīng)診器進(jìn)行臨床診斷是必不可少的技能，若此項(xiàng)目的產(chǎn)品成熟，可直接面向高校推廣。目前線上在售的類(lèi)似產(chǎn)品報(bào)價(jià)都在萬(wàn)元左右，而本系統(tǒng)的原始成本較低，實(shí)現(xiàn)起來(lái)也比較容易，且沒(méi)有安全隱患，所以本系統(tǒng)具有很大的發(fā)展空間，其成熟產(chǎn)品對(duì)醫(yī)學(xué)院?；蛘哚t(yī)院具有很大的吸引力，可帶來(lái)一定的經(jīng)濟(jì)效益。

本系統(tǒng)只是將通信技術(shù)和電子技術(shù)與醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)合的一個(gè)小產(chǎn)品，但是為通信技術(shù)和電子技術(shù)在醫(yī)學(xué)應(yīng)用的研究打開(kāi)了思路，相關(guān)科研工作者也發(fā)散思維，提出新的技術(shù)或者應(yīng)用，推動(dòng)我國(guó)科研的進(jìn)步，從而帶來(lái)一定的社會(huì)效益。

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