趙佳 昝程 李立 李玉紅

摘要：心肺聽診是臨床醫(yī)生和醫(yī)學(xué)相關(guān)專業(yè)學(xué)生必須掌握的基本實(shí)踐技能。傳統(tǒng)的描述講授法，不夠直觀。各高?；蜥t(yī)院引入的模擬聽診教具，使用起來有局限性、易損壞且價(jià)格昂貴。針對(duì)以上問題，本文設(shè)計(jì)并開發(fā)出基于RFID的模擬聽診系統(tǒng)，使用單片機(jī)和射頻識(shí)別傳感器，結(jié)合程序設(shè)計(jì)，對(duì)聽診過程進(jìn)行仿真，將臨床聽診技術(shù)教學(xué)模式，向虛擬仿真教學(xué)模式轉(zhuǎn)變。

關(guān)鍵詞：聽診;51單片機(jī);RFID

中圖分類號(hào)：TP391.44 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2020）07-0143-03

0 引言

心肺聽診是醫(yī)學(xué)相關(guān)專業(yè)學(xué)生的必修內(nèi)容，也是臨床大夫的必備技能。在醫(yī)學(xué)院校的診斷學(xué)課程中，心臟檢查和心臟聽診是教學(xué)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)[1]，關(guān)于聽診教學(xué)，如果教師授課時(shí)僅通過語(yǔ)言來描述聽診音，有可能存在一系列問題，教師語(yǔ)言描述不夠直觀、學(xué)生訓(xùn)練機(jī)會(huì)較少、師生不能同步進(jìn)行等[2]。采用電子聽診器輔助教學(xué)可提高學(xué)生成績(jī)，縮短床旁示教時(shí)間[3]，但是聲音信號(hào)的真實(shí)性還有待提高。為了提高教學(xué)質(zhì)量，教學(xué)部門會(huì)購(gòu)置心肺聽診相關(guān)教具，如電腦模擬人系統(tǒng)，學(xué)生可用電磁聽診器進(jìn)行聽診[4]，提高了學(xué)生自學(xué)和練習(xí)的積極性。而且電腦模擬人系統(tǒng)還可提供陽(yáng)性特征，此體征在臨床中不常見到，這樣提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣[5-6]，但是電腦模擬人系統(tǒng)的心肺聽診部份聲音信號(hào)有失真現(xiàn)象[7]，且功能有限，價(jià)格昂貴，故難以廣泛應(yīng)用。

針對(duì)以上問題，本文使用單片機(jī)、射頻識(shí)別（Radio Frequency Identification，RFID）傳感器、MP3、SD卡（Secure Digital Memory Card，安全數(shù)字存儲(chǔ)卡）和IC卡（Integrated Circuit Card，集成電路卡），結(jié)合c語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)，開發(fā)了一種模擬聽診系統(tǒng)。在醫(yī)學(xué)高等院校的臨床技能實(shí)踐教學(xué)中[8]，使用本系統(tǒng)，可以使學(xué)生直觀的感受到聽診的過程，還可反復(fù)訓(xùn)練，從而掌握聽診這項(xiàng)技能。

基于RFID的模擬聽診系統(tǒng)是在橡膠模擬人身體的聽診區(qū)部分（如肺動(dòng)脈瓣聽診區(qū)）安裝不同編號(hào)的芯片，在聽診系統(tǒng)的傳導(dǎo)部分裝入MP3模塊和單片機(jī)，在聽診系統(tǒng)的拾音部分裝入RFID傳感器，在聽診系統(tǒng)的聽音部分裝入音頻信號(hào)，通過程序來控制各模塊之間的通信。使用此系統(tǒng)聽診時(shí)，當(dāng)系統(tǒng)的拾音部分靠近模擬人身體的聽診區(qū)時(shí)，在聽音部分可以聽到相應(yīng)的音頻信號(hào)，使用者根據(jù)所學(xué)的理論知識(shí)，對(duì)剛才的聽診過程進(jìn)行判斷，從而得出結(jié)論，完成治療過程。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于RFID的模擬聽診系統(tǒng)主要由四部分組成，分別是主機(jī)單元、感知單元、應(yīng)用單元和擴(kuò)展單元。其中主機(jī)單元為51單片機(jī)，感知單元為RFID模塊，應(yīng)用單元包括MP3模塊，SD卡（Secure Digital Memory Card，安全數(shù)字存儲(chǔ)卡）和IC卡（Integrated Circuit Card，集成電路卡），擴(kuò)展單元為電源模塊。

系統(tǒng)中的51單片機(jī)模塊采用+5v電源供電，使用異步串行通訊模式，通過TXD腳向RFID模塊發(fā)送消息，通過RXD引腳接收來自RFID模塊的信息，通過通用輸入輸出端口（I/0端口）的電平值的變化來改變與MP3模塊相連的直接觸發(fā)端口的電平值。

RFID模塊采用+5v電源供電，通過TXD引腳和RXD引腳和單片機(jī)進(jìn)行通信，設(shè)定為自動(dòng)尋卡，讀卡范圍在6cm左右，當(dāng)卡片接近到天線區(qū)，SIGN引腳會(huì)呈現(xiàn)低電平。

MP3模塊采用+5v電源供電，喇叭參數(shù)為0-2瓦4-8歐（音量可調(diào)），支持最大內(nèi)存為16G。此模塊的A1-A9這9根排針是9個(gè)直接觸發(fā)端口。模塊有單鍵觸發(fā)和編碼觸發(fā)兩種觸發(fā)模式，在單鍵觸發(fā)模式下，9個(gè)端口同時(shí)對(duì)應(yīng)9個(gè)音頻新號(hào)，先放入SD卡的為第一個(gè)，接下來放入的是第二個(gè)，以此類推。模塊觸發(fā)方式為，只要向觸發(fā)端口提供1個(gè)低電平，即播放該端口對(duì)應(yīng)的音頻新號(hào)，例如A1口，如果向A1口輸入1個(gè)低電平，則MP3立刻播放第一個(gè)放入的音頻新號(hào)。在編碼觸發(fā)模式可觸發(fā)31個(gè)音頻新號(hào)。具體觸發(fā)方式為：在給模塊上電之前，先把A10接地，這樣在上電后就切換為編碼模式。其中A1-A5為編碼端口，為二進(jìn)制編碼方式，A1為第一位。例如當(dāng)A1A2A3A4A5對(duì)應(yīng)電平為01111時(shí)，播放第一個(gè)音頻新號(hào)。本系統(tǒng)中采用單鍵觸發(fā)模式。

主機(jī)單元的51單片機(jī)是通過感知單元RFID模塊來判斷IC卡的接近情況。若有IC卡接近，RFID模塊SIGN引腳的電平值會(huì)發(fā)生變化，然后RFID模塊讀取IC卡的編號(hào)，并通過TXD引腳向單片機(jī)發(fā)送消息，通過RXD引腳將接收單片機(jī)發(fā)來的信息。單片機(jī)收到RFID模塊發(fā)送的消息后，改變I/0端口的電平值，由于I/0端口與MP3模塊相連，則MP3模塊接收到單片機(jī)傳遞的數(shù)據(jù)，按照MP3模塊之前設(shè)定的觸發(fā)方式，播放安裝在MP3模塊中的SD卡指定的音頻信號(hào)。各模塊的通信及數(shù)據(jù)傳輸由軟件程序完成。

2 系統(tǒng)實(shí)施

基于RFID的模擬聽診系統(tǒng)，單片機(jī)、RFID模塊和MP3模塊連接如圖1所示。

單片機(jī)首先進(jìn)行初始化，設(shè)置波特率、通信模式等參數(shù)，開啟總中斷，并將與MP3模塊相連的各引腳設(shè)為高電平。然后通過監(jiān)測(cè)與RFID模塊相連的P0.0引腳的值，來感知是否有卡接近，若無卡接近，繼續(xù)監(jiān)測(cè)，若有卡接近，則SIGN引腳出現(xiàn)低電平，告知單片機(jī)IC卡的存在，并將IC卡的內(nèi)容發(fā)送給單片機(jī)，單片機(jī)判斷此IC卡的編號(hào)，并通過I/0端口給MP3模塊的對(duì)應(yīng)觸發(fā)端口提供一個(gè)低電平，MP3模塊根據(jù)單片機(jī)提供的電平信號(hào)和設(shè)定好的觸發(fā)方式，判斷需要播放音頻的編號(hào)，并播放SD卡中的指定編號(hào)的音頻。

系統(tǒng)測(cè)試：我們?cè)贛P3模塊的SD卡中存入若干個(gè)心音和心臟雜音的信號(hào)，如第一個(gè)是正常心音，第二個(gè)是竇性心律不齊。然后準(zhǔn)備兩張IC卡，第一張編號(hào)為1，對(duì)應(yīng)正常心音信號(hào)，第二張編號(hào)為2，對(duì)應(yīng)竇性心律不齊信號(hào)。接下來開始系統(tǒng)測(cè)試，拿第一張卡接近RFID模塊，則在聽音部分能聽到正常心音。IC卡移出RFID的讀卡范圍后，聲音信號(hào)消失。用第二張卡接近RFID模塊時(shí)，在聽音部分能聽到竇性心律不齊的信號(hào)。IC卡移走，聲音信號(hào)消失。此時(shí)證明系統(tǒng)基本功能實(shí)現(xiàn)。

3 結(jié)語(yǔ)

基于RFID的模擬聽診系統(tǒng)能夠模擬基本的心肺聽診過程，實(shí)施起來簡(jiǎn)單直接，可應(yīng)用于醫(yī)學(xué)高等院校的臨床技能實(shí)踐教學(xué)中，不僅解決了傳統(tǒng)教學(xué)模式中出現(xiàn)的語(yǔ)言描述不直觀、學(xué)生訓(xùn)練機(jī)會(huì)少等問題，還解決了通用教具使用的局限性問題，將臨床聽診技術(shù)教學(xué)模式，向虛擬仿真教學(xué)模式轉(zhuǎn)變。此系統(tǒng)應(yīng)用于教學(xué)時(shí)，既可用于平時(shí)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)，方便學(xué)生直觀體驗(yàn)聽診過程，也可用于階段測(cè)試，判斷學(xué)生能否根據(jù)所學(xué)得出正確結(jié)論。系統(tǒng)成本較低，可減少教學(xué)部門采購(gòu)支出，也可讓學(xué)生反復(fù)訓(xùn)練，通過重復(fù)性操作加深理解，從而掌握聽診這項(xiàng)技能。

本系統(tǒng)只是將通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)與醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)合的一個(gè)小想法，目前還不成熟，有很多不足之處，今后還會(huì)繼續(xù)完善，后續(xù)會(huì)考慮縮小RFID和IC卡體積，擴(kuò)充心音和雜音信號(hào)種類，提高信號(hào)的真實(shí)性，解決不同部位信號(hào)不同等問題。希望能為相關(guān)科研工作者拋磚引玉，助力醫(yī)學(xué)科技創(chuàng)新，推進(jìn)健康中國(guó)建設(shè)。

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