基于现代通信技术的模拟听诊系统的设计

赵佳　昝程　许士奇　辛思源

摘要：听诊器的学习和使用是医学生和临床医生的必修知识。传统的教学方法一般采用描述法对听诊音进行讲解，学生无法在课堂上感受临床中典型的杂音。各高校或医院引入教具模拟心肺听诊系统，但是其功能不完善、易损坏且价格昂贵。针对以上问题，结合现代通信技术与电子技术，本文拟开发出一种能够完全模拟临床听诊，应用于大学生临床技能实践教学和住院医师岗前培训的模拟听诊系统。通过分析现有心肺听诊系统的功能，使用单片机和射频识别传感器，建立模拟听诊系统模型，结合软件程序设计，对听诊过程进行仿真。此模拟听诊系统可涉及多种医学知识，不仅解决了传统教学单调、抽象等问题，还解决了模拟心肺听诊系统使用的局限性，将临床听诊技术教学模式，向数字化、虚拟化、仿真教学模式转变。

关键词：听诊器 单片机 射频识别传感器 程序

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：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

听诊器是内外妇儿医师最常用的诊断用具，是医师的标志，所以听诊器的学习和使用是医学生和临床医生的必修知识。传统的教学方法一般采用描述法对胸部听诊音进行讲解，学生无法在课堂上感受临床中典型的杂音。为了使学生在实习之前就听到真实的声音，各高校或医院引入各种模拟心肺听诊系统，但是由于其功能不完善、易损坏且价格昂贵，每台基本在5000—10000元，使其在临床上被广泛应用受到限制。

针对以上问题，本文结合现代通信技术与电子技术，拟开发出一种能够完全模拟临床听诊，应用于大学生临床技能实践教学和住院医师岗前培训的模拟听诊系统。通过分析现有心肺听诊系统的功能，使用单片机和射频识别传感器，建立模拟听诊系统模型，结合软件程序设计，对听诊过程进行仿真。

本系统的设计思路是：以橡胶模拟人作为“虚拟病人”，在“虚拟病人”身体不同部位安装不同的芯片，在听诊系统的拾音部分即听诊头中装入射频识别传感器，将单片机和MP3模块封装在传导部分即胶管中，从MP3模块引出音频信号到听音部分即耳件中，通过软件程序来控制单片机和各模块的通信。学生利用此系统为“虚拟病人”听诊时，当听诊头接近“虚拟病人”身体特定部位（如二尖瓣听诊区、肺动脉瓣听诊区、主动脉瓣听诊区等），耳件中可听到对应的音频信号，学生可根据相关医学知识，对此音频信号做出判断，从而诊断病人病情，完成治疗过程。

本文设计的基于现代通信技术的模拟听诊系统，可用在医学相关院校的平时学习和测验中，打破传统听诊器的学习方式，让学生直观的感受病人的心跳、脉搏等信息，并根据信息进行治疗。本系统可以设计成学习模式、考试模式。分为临床实习前学生应用、临床实习后学生应用、住院医师岗前培训应用以及各阶段考试系统。还可以设计成考试闯关模式，提高学生的学习兴趣。

2 科学意义

诊断学是临床专业的重要学科，是基础医学向临床医学过渡的桥梁。在诊断学教学中，心脏检查一直都是教学的重点，而心脏听诊又是其中的重点和难点[1]， 通过正确的听诊可以获得重要信息，并作为诊断依据，因此心脏听诊是医学生和临床医生必须掌握的基本实践技能。

传统的教学方法一般采用描述法对胸部听诊音进行讲解，老师用语言描述肺部听诊音的特点，如：呼吸音是否清晰或粗糙、音调高低及强弱、吸呼时相在呼吸周期所占比例等，由于不能直观的向学生展示听诊音，只能由学生自己体会，每个学生的能力不同，有可能造成偏差，并且这种方法不够形象，初学者也不易掌握；同时，教学效果也受师资力量强弱的影响，尤其在临床医师（带教老师）听诊基本功普遍下降的情况下[2]，也很难保证教学达到预期效果。总之，传统的教学方法在胸部听诊教学存在一定的局限性，如：教学方法陈旧，不够直观、训练机会较少、床边教学有难度、师资力量良莠不齐、师生不能同步进行等诸多问题[3]。

如何让学生在实习之前就能听到真实的临床病人声音，提高学生对听诊学习的教学效果，是许多医学院校都在考虑的问题。针对以上问题，本文拟开发出一种能够完全模拟临床听诊，应用于大学生临床技能实践教学和住院医师岗前培训的模拟听诊系统。通过分析心肺听诊系统的功能，使用单片机和射频识别传感器，建立模拟听诊系统模型，结合软件程序设计，对听诊过程进行仿真。学生通过此系统，可以在理论学习中直观的感受到听诊的过程，掌握听诊这项技能。

此模拟听诊系统可涉及多种医学知识，不仅解决了传统教学单调、抽象等问题，增加学生直观的临床诊断经验，还解决了模拟心肺听诊系统使用的局限性，实施起来也简单直接，综合性强，适用于全国医学院校的学生和住院医师岗前培训，将临床听诊技术教学模式，向数字化、虚拟化、仿真教学模式转变。此项研究如果成功，每台虚拟仿真系统价格成本将大大降低，会减少相关单位的临床技能教学仪器采购支出。

3 国内外研究现状分析

电子听诊器是在20世纪80年代问世[4]，与传统听诊器相比，具有可以存储、同步外放、音量和回放速率可调节的优势，另外，存储的音频数据还能显示音波图形。有研究显示，与传统教学方法和利用传统听诊器教学相比，采用电子听诊器辅助胸部教学可显著提高学生成绩，显著缩短床旁示教时间，并且提高患者的满意度[5]。但是电子听诊器的声音信号是经过电子合成出来的信号，其真实性与传统听诊器相比略有差别；而且价格比较昂贵，以上都使电子听诊器在临床上被广泛应用受到限制。

心肺模拟听诊系统由心肺听诊模拟仪（模拟人）和微机组成。在模拟人上身外皮下的若干个听诊部位，安装有小型扬声器，听诊时用鼠标点击应用程序表单上要听诊的病例项，电脑屏幕就播放人体相关部位的动画片或视频，学生就可以在模拟人身上用电磁听诊器进行听诊[6]。

电脑模拟人系统教学克服了传统教学单调、抽象的问题，提高了学生自学和练习的积极性，还可以提供临床不易见到的阳性体征，提高了大家的学习兴趣[7-8]，但是模型存在的体征只能模拟局部、单一的体征，不能反应整体疾病特点，如多个瓣膜损伤情况；心肺听诊部份体征有失真现象，特别是部份心脏杂音有失真现象[9]，且堂上考核测试题库较少，题型简单单一[10]，加之价格比较昂贵，且体积较大，不易移动，以上都使模拟心肺听诊系统在临床上被广泛应用受到限制。

4 系统设计

本文拟开发出一套基于现代通信技术的模拟听诊系统。系统主要由主机单元单片机、感知单元RFID（Radio Frequency Identification，射频识别）模块、应用单元MP3模块组成，连同电源模块、SD卡（Secure Digital Memory Card，安全数字存储卡）和芯片比如IC卡（Integrated Circuit Card，集成电路卡），来共同实现模拟听诊的功能。

系统的设计思路为：以橡胶模拟人作为“虚拟病人”，在“虚拟病人”身体不同部位可安装不同的芯片，在听诊系统的拾音部分即听诊头中装入RFID传感器，将单片机和MP3模块封装在传导部分即胶管中，从MP3模块引出音频信号到听音部分即耳件中，通过软件程序来控制单片机和各模块的通信。学生利用此系统为“虚拟病人”听诊时，当听诊头接近“虚拟病人”身体特定部位（如二尖瓣听诊区、肺动脉瓣听诊区、主动脉瓣听诊区等部分），耳件中可听到对应的音频信号，学生可根据相关医学知识，对此音频信号做出判断，从而诊断病人病情，完成治疗过程。

模拟听诊系统的工作原理为：单片机通过感知RFID模块SIGN引脚电平值的变化来判断是否有芯片接近。假如RFID模块感知到芯片的存在，读取其编号，并通过TXD引脚和RXD引脚和单片机通信，将编号发送给单片机。单片机收到消息后，按照软件设计程序中约定好的规则，改变与MP3模块相连的I/0端口的电平值。MP3模块的触发端口接收到单片机传递的电平值后，按照模块设定的触发方式，播放SD卡中的指定音频。

5 特色与创新之处

5.1 改善了现有听诊教具的功能缺陷问题

现有模拟心肺听诊系统只能模拟局部、单一的体征，不能反应整体疾病特点，且堂上考核测试题库较少，题型简单单一，价格比较昂贵，每台基本在5000—10000元，体积较大，易损坏，而此模拟听诊系统，由于音频信息由不同芯片控制，因此只要在MP3模块的SD卡中存储心肺听诊音频大全，即可让学生接触到几乎是所有的临床中可能出现的情况，而且是手持听诊系统为病人进行听诊，直观的感受听诊过程，为以后的临床实践打下良好基础。每台系统价格成本也将降低，会大大减少临床技能教学仪器采购支出。

5.2 改变了RFID技术的常规使用方式

日常生活中，应用RFID技术的产品有很多，其中较早较成熟的产品有公交卡、食堂餐卡、银行卡、宾馆门禁卡、二代身份证等，但是以上产品都是将RFID阅读器固定在某一位置，标签是移动的。而模拟听诊系统反其道而行之，将标签固定，而阅读器是可移动的，打破了RFID常规使用方式，推动了RFID技术在物联网时代的应用普及。

5.3 将电子技术创新与医学实验相结合

对应用本系统的医学院校来说，本系统不仅解决了听诊对象局限性的问题，还可以使学生直观的接触各种可能的病症信号，且实施起来较为方便和安全，为医学相关专业的教学改革提供了有利条件，也为教师或其他相关的科研工作者提供了科研思路，推动我国实现数字化医疗的发展。

6 结语

此文设计的模拟听诊器，具有直接的使用价值及潜在的研究价值。我国医学院校众多，对于临床等相关医学专业的学生来说，学会正确使用听诊器并且能利用听诊器进行临床诊断是必不可少的技能，若此项目的产品成熟，可直接面向高校推广。目前线上在售的类似产品报价都在万元左右，而本系统的原始成本较低，实现起来也比较容易，且没有安全隐患，所以本系统具有很大的发展空间，其成熟产品对医学院校或者医院具有很大的吸引力，可带来一定的经济效益。

本系统只是将通信技术和电子技术与医学实验结合的一个小产品，但是为通信技术和电子技术在医学应用的研究打开了思路，相关科研工作者也发散思维，提出新的技术或者应用，推动我国科研的进步，从而带来一定的社会效益。

参考文献

[1]杨鹏.如何提高临床医学专业心脏听诊的教学[C].临床心身疾病杂志学术研讨会综合刊，2014.

[2]Alam U，Asghar O，Khan SQ，et al.Cardiac auscultation： anessential clinical skill in dechne [J].Br J Cardiol，2010，17（1）：8-10.

[3]王贵松，高炜.心脏听诊教学中存在的问题及对策[J].中华医学教育杂志，2012，32（5）： 757-759.

[4]崔瑷.电子听诊器在胸部听诊教学中的应用[J].中国病案，2015，（08）.

[5]马艳良，高占成，谭星宇，等.电子听诊器在肺部听诊教学中的作用[J].中华医学教育杂志，2014，32（2）：258-260.

[6]孟祥顺.微型机控制的心肺听诊模拟仪[J].信息技术，2011，（3）：162-164.

[7]张雅丽，李卫萍.电脑模拟人在心肺听诊教学中作用的探索与评价[J].中国医药指南，2014，（8）：234-235.

[8]古赛，冯梅，王丕龙.采用电脑模拟人以促进诊断学教学改革[J].医学教育探索，2009，（6）：703-705.

[9]余国龙，杨天伦，张冬梅，等.心肺、腹电脑模拟人在诊断学教学中的优势与不足[J].中国高等医学教育，2007，（10）：92-96.

[10]叶桃春，李强，张丹，等.心肺模拟听诊在中医院校诊断学教学中的作用[J].中国中医药现代远程教育，2014，11（22）：97-98.