基于STM32和Android的综合听力检测系统的设计

摘要

耳声发射(otoacoustic Emission，OAE)和听觉脑干反应(auditory brainstemresponse，ABR)是临床常用的客观听力检测方法。OAE是由耳蜗中产生，通过听骨链和鼓膜传导释放在外耳道的音频信号。OAE提供了一种客观且无创的耳蜗检查方法，因此OAE被广泛应用于临床新生儿听力筛查、耳蜗病变诊断等。ABR是人听觉神经受到声刺激后，在额头及乳突之间测量得到的生物脑电信号。ABR可以反映人体听觉神经通路的健康状况，在临床常用于新生儿听力筛查、鉴别蜗后病变等。单一的OAE检测或ABR检测只能判断人听觉系统耳蜗或听觉神经功能，因此临床上需要结合两种方法做听力检测。OAE和ABR的检测方法都是通过声刺激人体听觉系统后采集诱发信号，信号测量方法存在共性。然而目前临床常用的OAE检测系统和ABR检测系统大部分由不同的仪器独立完成，且该类设备为国外厂商垄断，价格昂贵。另外传统听力检测设备都以电脑作为数据处理、数据呈现和人机交互平台，但电脑体积大不便携带，且功耗大、线缆多信号易受干扰。随着移动互联网发展和移动智能设备的出现，将传统医疗设备与之结合产生的移动医疗设备逐渐兴起。但目前国内市场尚无基于移动医疗设备设计原理的OAE和ABR综合检测仪器。
　　基于以上原因本文设计了一款基于STM32单片机和安卓(Android)手机的、具备检测OAE和ABR功能的便携式听力检测系统。该系统主要包含一个以STM32单片机为核心的下位机，以及一台安卓智能手机作为上位机。系统通过安卓智能手机控制下位机产生刺激声，传感器采集数据后在下位机分析处理，并将检测结果通过无线蓝牙传输到手机，手机进行检测结果数据的呈现和存储等。本文详述听力检测系统的硬件设计、软件设计等。听力检测系统硬件设计以高集成度和低噪声为原则。系统硬件包括电源电路、STM32单片机电路、刺激声产生电路、OAE预处理电路、ABR预处理和驱动电路、ADC和信号隔离电路、阻抗测量和信号隔离电路、蓝牙模块电路等。系统软件包括STM32单片机固件程序和安卓应用程序。固件程序包含控制部分和信号处理部分，其中控制部分用于控制刺激声播放以及OAE和ABR信号采集、阻抗测量、信号传输等;信号处理部分用于OAE和ABR信号处理。安卓应用程序包含人机交互模块、蓝牙通信以及数据存储模块等。
　　本文最后通过实验验证听力检测系统设计的可行性和有效性，分别进行了噪声测试、刺激声播放和阻抗测量测试、同步性测试、OAE测试以及ABR测试。通过实验结果证明设计的听力检测系统可以进行OAE和ABR检测。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 ABR和OAE检测仪器

1．2．2 移动医疗设备

1．3 本文研究内容

1．4 本文结构

第二章 OAE和ABR检测原理

2．1 OAE的产生机制

2．2 OAE分类和基本特性

2．3 TEOAE检测方法

2．4 TEOAE信号处理

2．4．1 TEOAE信号抑噪和去伪迹

2．4．2 TEOAE信号评价

2．5 DPOAE检测方法

2．6 DPOAE信号处理

2．6．1 DPOAE信号抑噪

2．6．2 DP图

2．7 ABR产生机制

2．8 ABR基本特性

2．9 ABR检测方法

2．10 ABR信号处理

第三章 听力检测仪硬件系统设计

3．1 硬件系统总体框架

3．2 电源电路

3．3 STM32单片机电路

3．4 刺激声产生电路

3．5 OAE预处理电路

3．6 ABR预处理和驱动电路

3．7 ADC和信号隔离电路

3．8 阻抗测量和信号隔离电路

3．9 蓝牙通信模块电路

第四章 听力检测仪软件系统设计

4．1 固件程序设计方法

4．2 固件程序控制部分设计

4．2．1 刺激声测试和阻抗测量设计

4．2．2 刺激采集同步方法设计

4．2．3 通信传输模块设计

4．3 固件程序信号处理部分设计

4．3．1 数据转换序列计算

4．3．2 滤波器设计

4．4 安卓应用程序设计

4．4．1 人机交互模块设计

4．4．2 通信传输和数据存储模块

第五章 实验和分析

5．1 系统噪声测量

5．2 刺激声播放和阻抗测量测试

5．3 刺激采集同步性测试

5．4 TEOAE检测和分析

5．5 DPOAE检测和分析

5．6 ABR检测和分析

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

攻读硕士期间成果

致谢

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