胎心監測設備的制作方法
【專利摘要】本發明提供一種胎心監測設備，其特征在于，包括傳感節點和個人網關，其中，所述傳感節點不主動向胎兒發射超聲波，而是被動地采集孕婦腹部表面的聲音或振動以獲取胎心信號，并通過無線的方式發送給所述個人網關；所述個人網關，用于對所述傳感節點發送來的胎心信號進行處理，獲得胎心率。通過本設備，孕婦能夠自行在家中長時間無線監測胎兒的健康狀況，使用傳感器的被動式胎心音監測對胎兒不存在健康威脅，尤其適用于對高危孕婦的監測。
【專利說明】胎心監測設備
【技術領域】
[0001]本發明屬于電子設備以及數字信號處理領域，特別涉及一種能夠進行長時間被動式監測的胎心監測設備。
【背景技術】
[0002]在孕婦懷孕期間，尤其是懷孕中晚期，對胎兒的各項指標進行監護，能夠了解胎兒在子宮內的健康狀況，及早發現胎兒的異常。監測胎心主要是為了獲得胎兒的實時心率，胎兒心率是否正常，是判斷胎兒在母體內是否缺氧的重要指標。因此胎心監測是孕期檢查的
一個重要項目。
[0003]目前對胎兒進行胎心監測主要采用多普勒超聲監測。多普勒超聲監測的原理是使用能夠發射超聲波的探頭，向胎兒心臟的位置發射超聲波，當超聲波遇到運動的心臟而發生反射時，由于多普勒效應，回波的頻率會發生輕微的改變，對回波信號進行計算可以得到胎兒的心率。由于多普勒超聲監測主動發射超聲波進行探測，能夠有效探測胎兒微弱的心臟跳動，對胎兒的心率分析準確度高，因此在胎心監測中被廣泛采用。
[0004]但是，超聲波對人體組織有一定的熱效應和聲學效應，對胎兒的健康可能有潛在的危害，因此對胎兒進行超聲監測的時間應加以控制。如果希望對胎心實現長時間不間斷的監測，以實時獲取胎兒的健康信息，使用多普勒超聲不是一個理想的選擇。另外，目前醫院常規的胎心監護在20分鐘左右，懷孕30周以后每隔一到兩周需要到醫院進行一次。而對于高危孕婦，則需要更加頻繁的監護，甚至需要提前住院，給孕婦與家人帶來了較大的不便，不少孕婦希望能夠在家中隨時了解胎兒的健康狀況`。而目前常見的便攜式電子胎心監測儀均使用多普勒超聲監測，其中一些設備使用的超聲波劑量并沒有經過嚴格的測試和監管，有可能對胎兒健康造成不良影響。
[0005]在多普勒超聲胎心監護儀沒有普及之前，對胎心的監測常采用傳統的胎音聽診設備，包括木制的胎心聽筒和醫用聽診器。基于聽診的被動式探測方法對胎兒安全無損，但是由于無法對聲音信號進行放大和記錄，因此已經逐漸被多普勒超聲設備所取代。隨著傳感器技術的發展，如果能夠采用傳感器的被動式的探測方法，例如使用聲學傳感器收集母體腹部的聲音信號并采用信號處理的方法計算胎兒心率，就能夠實現對胎兒的長時間不間斷的監測,而且安全性高,成本低廉。
【發明內容】
[0006](一)所要解決的技術問題
[0007]本發明針對現有多普勒超聲胎心音監測可能存在的安全性問題，提出了一種無需采用超聲波的被動式胎心監測設備。
[0008](二)技術方案
[0009]本發明提供一種胎心監測設備，包括傳感節點和個人網關，其中，所述傳感節點，不主動向胎兒發射超聲波，而是被動地采集孕婦腹部表面的聲音或振動以獲取胎心信號，并通過無線的方式發送給所述個人網關；所述個人網關，用于對所述傳感節點發送來的胎心信號進行處理，獲得胎心率。
[0010]較優地，所述個人網關，進一步用于與廣域網相連接，將所述胎心率傳送給外部處
理設備。
[0011 ] 進一步的，所述傳感節點包括:傳感器和收發單元，其中，所述傳感器，用于采集所述胎心信號，并將所述胎心信號轉化為電信號，并將所述電信號發送給所述收發單元；所述收發單元，用于將從所述傳感器接收的電信號發送到所述個人網關。
[0012]較優地，所述傳感節點還進一步包括信號處理單元，所述傳感器，進一步用于采集所述胎心信號，并將所述胎心信號轉化為電信號，并將所述電信號發送給所述信號處理單元；所述信號處理單元，用于對所述電信號進行初步處理，這里的處理包括濾波、去噪、心率計算，并將處理后的電信號發送給所述收發單元；所述收發單元，進一步用于將從所述信號處理單元接收的電信號發送到所述個人網關。
[0013]較優地，所述信號處理單元為單片機或DSP。
[0014]較優地，所述傳感器為聲學傳感器。
[0015]較優地，所述傳感器為壓電式傳感器。
[0016]較優地，所述傳感器進一步包括模數轉換單元，用于將所述胎心信號轉化為數字電信號。
[0017]較優地，所述收發單元為藍牙模塊；所述個人網關為智能手機。
·[0018](三)有益效果
[0019]本發明提出的監測設備，采用傳感器的被動式的探測方法，具有安全性高、便攜性強等特點。使用本設備，孕婦在家中便可以對胎兒進行有效的長時間被動式監測，并且能通過網絡將胎心率數據傳送給外部設備，從而能夠得到醫生的遠程協助，為胎兒的健康成長提供了強有力的保障。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]圖1是本發明實施例中提供的胎心監測設備圖；
[0021]圖2是本發明實施例中提供的胎心監測設備的傳感節點的框圖；
[0022]圖3是本發明實施例中傳感節點與作為個人網關的智能手機傳遞數據并與廣域網互聯的示意圖；
[0023]圖4是本發明實施例中傳感節點與加裝第一收發單元電路板的智能手機傳遞數據并與廣域網互聯的示意圖；
[0024]圖5是本發明實施例中傳感節點與個人網關設備傳遞數據并與廣域網互聯的示意圖；
[0025]圖6是本發明實施例中胎心率獲取方法的流程圖；
[0026]圖7是本發明實施例提供的一種胎兒心跳模式的示意圖；
[0027]圖8是本發明實施例提供的對胎心信號進行模式匹配的效果圖；
【具體實施方式】
[0028]下面結合附圖和實施例，對本發明的【具體實施方式】作進一步詳細描述。[0029]本發明提供一種胎心監測系統，包括傳感節點和個人網關。
[0030]胎心音監測傳感節點的結構框圖如圖2所示，傳感節點包括傳感器、收發單元。其中，傳感器，用于將胎心信號轉化為電信號，任何能夠將聲音信號或振動信號轉化成電信號，且具有足夠靈敏度的傳感器均可用于實施本方案。
[0031]較優地，本發明可以采用聲學傳感器，如使用高靈敏度麥克風。高靈敏度麥克風主要由錐形諧振腔和駐極體麥克風構成。錐形諧振腔中心為空腔結構，能夠有效采集微弱的胎心音信號。在錐形諧振腔的底端中心處嵌入一個高靈敏度的駐極體麥克風，該麥克風能夠將聲音信號轉化為電信號輸出。
[0032]較優地，本發明也可采用壓電式薄膜傳感器，將壓電式傳感器緊貼于孕婦腹部表面的皮膚，胎兒心臟跳動傳到孕婦腹部表面時，會引起振動，壓電式薄膜可以感知振動引起的壓力變化，并將該壓力信號轉化為電信號輸出。
[0033]使用本發明的胎心監測設備時，由于胎兒在子宮內會有一定的運動，因此在母體腹部，胎兒心臟跳動最強的位置也不是固定的，孕婦可以通過調整傳感器的位置獲得最佳的監測效果。
[0034]較優地，傳感器進一步含有模數轉換單元，用于將傳感器輸出的胎心信號轉化為數字電信號，利于后端的信號處理電路對胎心音信號進行處理。
[0035]收發單元，用于將采集到的數據傳輸到個人網關，以便用戶保存數據，用于進一步的醫學分析處理。較優地，所述收發單元采用無線方式將采集到的數據傳輸到所述個人網關。
[0036]較優地，傳感節點除了傳感器和收發單元，還可以進一步設置信號處理單元，用于對胎心信號進行處理，并提取出胎心率。信號處理單元可采用單片機或者DSP，對胎心音信號進行初步的處理，這里的處理可包括濾波、去噪、心率計算等，但不局限于以上方面，然后通過收發單元傳遞到個人網關，其中，DSP為數字信號處理器。也可以將未經過處理的胎心音信號直接傳遞到個人網關，由個人網關進行胎心信號處理，提取出胎心率。
[0037]傳感節點的收發單元與個人網關之間的數據傳遞可以有多種實現方式，在此提供三種實例:
[0038]第一種方案如圖3所示，傳感節點的收發單元采用藍牙模塊，以智能手機作為個人網關，兩者之間通過藍牙協議進行無線通信。通過與智能手機之間的無線通信，傳感節點能夠將胎心數據以及胎兒的實時心率發送到智能手機上并保存下來，孕婦和家人可以在智能手機上看到胎兒的實時心率曲線。同時，孕婦可以通過網絡，將手機上保存的胎心率數據傳遞給醫生或者傳送到醫院的終端設備中。醫生可以根據胎兒的心率數據變化曲線判斷胎兒是否出現異常。
[0039]第二種方案如圖4所示，本方案中傳感節點的無線收發單元采用無線收發模塊，在智能手機背后加裝第一收發單元電路板作為個人網關，第一收發單元電路板包括無線收發單元、MCU和USB接頭，其中，MCU為單片機；所述智能手機與所述的第一收發單元電路板通過USB接頭連接。無線收發模塊與智能手機兩者之間進行無線通信，數據進一步傳輸給外部的處理設備由智能手機通過網絡進行，與第一種方案相同。
[0040]第三種方案如圖5所示，傳感節點的無線收發單元采用無線收發模塊，個人網關采用包含無線收發單元、存儲單元、MCU、功耗管理模塊以及與廣域網進行交互的通用接口的設備，傳感節點與個人網關兩者通過無線方式進行通信。個人網關將胎心率數據通過廣域網傳送給外部處理設備。通過這種方案，用戶不再需要使用智能手機進行數據傳遞，擴展了該胎心監測設備的適用性。
[0041]本設備可以用下面的胎心率獲取方法來獲得胎心率，但獲得胎心率的信號處理方法并不局限于此，如圖6所示，為一種胎心率獲得方法的流程圖。
[0042]S1、對胎心信號的頻域特性進行分析。
[0043]S2、抑制不在胎心信號有效頻帶內的噪聲。胎心信號的有效頻帶在20~130Hz之間，通過抑制噪聲，可提高信噪比。
[0044]S3、計算信號在一個預定的時間窗口內的能量。對于原始的心音信號,每一拍的心音會持續一段時間長度，表現在時域上是在零值附近反復震蕩的波形，一般存在多個波峰和波谷，使確定心音節拍的準確位置存在困難。計算信號在一個預定的時間窗口內的能量的瞬時能量，有助于確定心音節拍的準確位置。此步驟中用一個預定時間窗口內信號平方的平均值表示信號的瞬時能量。
[0045]S4、確定瞬時能量信號的波峰。瞬時能量信號的波峰處即為胎心音強度最大的時亥IJ，以此作為心跳節拍的位置。
[0046]S5、通過模式匹配獲取初始心率，確定胎兒大致的心率范圍。胎兒的心跳一般遵循一個固定的模式，如圖7所示，即一個心跳周期主要由兩聲心跳構成，它們分別是第一心音和第二心音。一般第一心音到第二心音的間隔小于第二心音到下一個心跳周期的第一心音的間隔。通過參數掃描的方法，確定當前心音信號的最佳心跳模式，再依據該最佳心跳模式對含有噪聲的心音信號進行處理，識別符合該最佳心跳模式的心音信號，篩除噪聲干擾，其實施效果如圖8所示。再根據模式匹配的結果計算出胎兒的平均心率。
[0047]S6、基于前一步獲取的平均心率和心跳模式，對后繼胎心信號進行模式匹配。基于前一步獲取的平均心率和心跳模式`，可以對后繼4個心跳周期內的胎心信號繼續進行模式匹配。由于心率在4個心跳周期內的變化很小，因此可以直接采用上一步得到的平均心率和心跳模式。匹配結束之后基于當前4個心跳周期的數據更新平均心率和心跳模式，再用于接下來4個心跳周期的模式匹配。
[0048]S7、計算胎兒的實時心率。計算胎兒實時心率的方法是求出相隔一個心跳周期的正常匹配波峰之間的距離，即可得到心跳周期的時間長度。一分鐘內的心跳周期個數即為實時心率。
[0049]以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和替換，這些改進和替換也應視為本發明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種胎心監測設備，其特征在于，包括傳感節點和個人網關，其中， 所述傳感節點，不主動向胎兒發射超聲波，而是被動地采集孕婦腹部表面的聲音或振動以獲取胎心信號，并通過無線的方式發送給所述個人網關； 所述個人網關，用于對所述傳感節點發送來的胎心信號進行處理，獲得胎心率。
2.如權利要求1所述的胎心監測設備，其特征在于，所述個人網關，進一步用于與廣域網相連接，將所述胎心率傳送給外部處理設備。
3.如權利要求1所述的胎心監測設備，其特征在于，所述傳感節點包括:傳感器和收發單元，其中， 所述傳感器，用于采集所述胎心信號，并將所述胎心信號轉化為電信號，并將所述電信號發送給所述收發單元； 所述收發單元，用于將從所述傳感器接收的電信號發送到所述個人網關。
4.如權利要求3所述的胎心監測設備，其特征在于，所述傳感節點還進一步包括信號處理單元， 所述傳感器，進一步用于采集所述胎心信號，并將所述胎心信號轉化為電信號，并將所述電信號發送給所述信號處理單元； 所述信號處理單元，用于對所述電信號進行初步處理，這里的處理包括濾波、去噪、心率計算，并將處理后的電信號發送給所述收發單元； 所述收發單元，進一步用于將從所述信號處理單元接收的電信號發送到所述個人網 關。
5.如權利要求4所述的胎心監測設備，其特征在于，所述信號處理單元為單片機或DSP。
6.如權利要求3~5中任一項所述的胎心監測設備，其特征在于，所述傳感器為聲學傳感器。
7.如權利要求3~5中任一項所述的胎心監測設備，其特征在于，所述傳感器為壓電式傳感器。
8.如權利要求3所述的胎心監測設備，其特征在于，所述傳感器進一步包括模數轉換單元，用于將所述胎心信號轉化為數字電信號。
9.如權利要求3所述的胎心監測設備，其特征在于，所述收發單元為藍牙模塊；所述個人網關為智能手機。
【文檔編號】A61B5/0245GK103705270SQ201210370905
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2012年9月28日 優先權日:2012年9月28日
【發明者】楊開, 姜漢鈞, 張春, 王志華 申請人:清華大學