基于MEMS电子听诊器的冠心病心音检测

发布时间：2021-10-09 02:02

　　设计了一台微电子机械系统（MEMS）电子听诊器,并应用于冠心病心音的检测中。首先,介绍了MEMS电子听诊器核心敏感单元微结构设计原理,并得出了ANSYS仿真环境中的应力和谐振频率均适用于检测心音信号的微结构尺寸;之后,对微结构进行加工制备和流固耦合封装,配合信号检测电路得到一台完整的MEMS电子听诊器用于检测冠心病心音信号。检测结果表明:所测冠心病心音时域波形的信噪比相比3M电子听诊器高8.2 dB。利用经验小波变换算法分解冠心病舒张期心音后得到三个模态频谱及对应频谱能量,经过数据统计对比发现,MEMS电子听诊器所测的冠心病不同舒张期心音的模态频谱能量较3M电子听诊器的具有更好的一致性和稳定性。 

【文章来源】：微纳电子技术. 2020,57(08)北大核心

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

鱼类侧线器官中的神经丘感觉器

图1 鱼类侧线器官中的神经丘感觉器如果直接把图2中的水听器仿鱼类侧线微结构作为检测心音信号的结构，那么动纤毛就是心音信号的主要接收区域。纤毛在体外声信号向悬臂梁压敏电阻传递中起着至关重要的作用，因此动纤毛表面积的大小决定了其接收信号能力的大小。心音信号传递到体表时已经比较微弱，为了增大心音信号的接收面积，在纤毛上增加一个由低密度材料制成的球体，目的是扩大心音信号的接收区域。此外，传感器只需对心音振动的单一方向敏感即可，因为心音从体表传递到敏感单元结构时只有一个方向，图2中的四根悬臂梁结构在检测心音方面似乎有些多余了，梁数的增加势必会减小每根梁的应力。因此，只需要在一个轴方向上留下两根悬臂梁来检测一维心音信号即可。因此，在水听器仿鱼类侧线微结构的基础上，提出了心音传感器的敏感单元微结构，如图3所示。

如果直接把图2中的水听器仿鱼类侧线微结构作为检测心音信号的结构，那么动纤毛就是心音信号的主要接收区域。纤毛在体外声信号向悬臂梁压敏电阻传递中起着至关重要的作用，因此动纤毛表面积的大小决定了其接收信号能力的大小。心音信号传递到体表时已经比较微弱，为了增大心音信号的接收面积，在纤毛上增加一个由低密度材料制成的球体，目的是扩大心音信号的接收区域。此外，传感器只需对心音振动的单一方向敏感即可，因为心音从体表传递到敏感单元结构时只有一个方向，图2中的四根悬臂梁结构在检测心音方面似乎有些多余了，梁数的增加势必会减小每根梁的应力。因此，只需要在一个轴方向上留下两根悬臂梁来检测一维心音信号即可。因此，在水听器仿鱼类侧线微结构的基础上，提出了心音传感器的敏感单元微结构，如图3所示。在ANSYS仿真环境中对提出的微结构进行了应力分析。设计的微结构两根悬臂梁刚好与AN-SYS仿真环境中的y轴重合，因此沿y轴方向对球体和纤毛施加了1 Pa的载荷，梁的两端都受到了充分的约束。提取ANSYS仿真中的应力分布曲线的结果，通过比较不同球体半径的应力大小，可知应力分布曲线随球体半径（R）的增加而增加，如图4所示。这意味着所提出的微结构设计可以大大提高心音传感器接收心音信号的灵敏度。


本文编号：3425414