专利名称：一种胎心信号采集的方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及医用监护领域，具体是胎儿监护技术领域，尤其涉及一种胎心信号采集的方法及装置。
背景技术：
现在广泛应用于产科临床的超声多普勒胎儿监护仪，利用了声音的一个的特性——多普勒原理，即是指声音遇到运动物体反射的回声会发生频率偏移，偏移量与运动物体的速度成比例。设超声换能器发射的超声波为む,=Acosiwr/ +為)，运动物体的速度为
v(|) , -是运动物体与超声之间的夹角，与角频率％对应的频率A = 运动产生的多普勒频移公式为Aj =+2Jqv￡)cos^
C
其中
力超声波的频率；
V 为界面的速度，I为时间；
卢为界面与超声之间的夹角；
C为超声波在器官内的传播速度；
44为多普勒效应产生的频率偏移量；
“+”表示运动物体朝向声源运动使得频率增加，而表示运动物体背向声源运动使得频率降低。普通的超声多普勒胎儿监护仪一般具有信号发生单元，超声发射单元，超声接收単元、移相単元、解调单元、増益控制单元、过零检测单元控制计算单元等等部分，普通的超声多普勒胎儿监护仪工作时一般采用如下步骤
启动装置，由信号发生单元产生一定频率/d的正弦波信号CW =為幻，其中為
为信号幅度，角频率( = 2^0,1为时间，并通过超声发射单元发射到孕妇腹部；
超声接收单元再接收胎儿心脏反射回的含频率偏移的超声回波信号为r =為+ ，其中4为信号幅度频率偏移量为與^)；
然后在解调单元中将回波信号Kめ与发射信号做乘法运算，由三角函数积化和差公式可得两种频率的信号，ー种是频率为2倍 D附近的信号(一般为几兆赫兹)，一种是频
率为偏移量的信号(一般为几百赫兹)，两者频率相差很大。所述三角函数积化和差公式如下Vi3 (i) = r(i)c(t) = A1 cos{mniJtg^￡))Al cos(^)
=—[cos(的))+ cos(2 叫 + 與X))]
再由低通滤波器将高频信号co<2叫+典;f))滤除掉，得到频率偏移信号 ￠)
Vj(￡) = ililcos(_))
由于胎儿心脏跳动对应的心壁、瓣膜速度在一定范围内，控制计算单元对上述的信号经过增益控制单元、过零检测单元的放大、滤波能够辨认出由胎心反射的回声，控制计算单元得到包络信号，胎儿监护仪还利用这个回声周期，进行分析和处理为医生提供中间处理參考数据。一次心跳是由心壁和瓣膜活动时产生的一系列运动组成的，监护仪有可能接收到所有这些运动器官的回声信号。但是，胎心跳动的形态在某些特殊情况下会造成监护仪的 胎儿心率采集错误，比如当胎心率升高到180次每分钟或更高时，心脏运动逐渐变得很密集，两次心跳所产生的回波信号在幅度和形态上都非常接近，类似一次心跳的收缩和舒张，以致超声监护仪有可能对信号处理出错，将两次単独心跳的心脏运动采集成一次心跳，这样监护出来的胎心率就是实际胎心率的一半，表现为心动过速时胎心率基线的突然大幅降落，接近为原数值的一半；而当胎心率降低到90次每分钟或者以下时，心脏收缩和舒张间隔逐渐变得很长，而且收缩和舒张所产生的回波信号在幅度和形态上都非常接近，以致超声监护仪有可能对信号处理出错，将一次心跳的收缩和舒张两次心脏运动采集成两次单独的心跳，这样监护出来的胎心率就是实际胎心率的两倍，称为翻倍，表现为胎儿心率基线的突然变化、剧烈减速或心搏徐缓时心率的大跳跃(如说明书附7所示)。这在产科胎心监护业界内被称为超声多普勒胎儿监护仪的原理性缺陷。
发明内容
为克服上述缺陷，本发明的目的即在于一种胎心信号准确采集的方法及装置。本发明的目的是通过以下技术方案来实现的
本发明ー种胎心信号采集的方法，包括如下步骤
步骤1，启动装置，产生一定频车的正弦波发射信号“0 =為COS(CV)，并发射到孕妇
腹部，其中角频率》0 = 2私；
步骤2，接收胎儿心脏反射回的含频率偏移的超声回波信号KCi，该超声回波信号为
r(i) = 4 eos(_ + _))，其频率偏移量为軸；
步骤3，然后将所述超声回波信号与发射的正弦波信号做乘法运算，通过如下三角函数积化和差公式运算
Vi3 {￡) = r(t)c(i) = A cosi^t + 抑))為 cos(,0t)
=ム1J A [cos(的))+ cos(2+ 的))]得到两种频率的信号，ー种是频率为2倍42jQ的信号，一种是频率为偏移量^p(X)的イM
号;
再通过低通滤波器将其中的高频信号+辦>))滤除掉，得到第一频率偏移信号Vj(り:
V/ =^^C0S(fl5(￡))；
步骤4，将步骤I所述发射信号做90度相位偏移，以得到另外一路比较信号Kが，所述比较信号为作y =為m(叫)；本方法中步骤2与步骤4并没有严格的先后次序逻辑关系。步骤5，将所述超声回波信号〃 与所述比较信号4が进行乘法运算，通过如下三角函数积化和差公式运算
Vtf (ty = r 的c(ty =為 CosO0I + 蝴)4 sir<
=^-[sm(柳)+— ^))]
同样得到两种频率的信号，ー种是频率为2倍％的信号,一种是频率为偏移量汉1)的信号,同样再将该高频信号-(- m滤除掉以后，得到第二频率偏移信号％の,
该第二频率偏移信号具体为vfi(l') = ,sm(9<f))
所述第一、第二频率偏移信号Vz(Z)和的频率偏移量相同，相位相差90 ；
步骤6，获取任意时刻频率偏移量摊)= 当所述频率偏移量￠=(0 < 0时，即负频率偏移的情况下，所述第一、第二频率偏移信号为
V/(l) = Aficos(_^)}
VfiCO = sm( _)) = C0S(-_ + 吾)
此时可判断得知，胎心壁与超声探头相背运动，胎儿心壁收缩，第二频率偏移信号vS^-)相位超如第一频率偏移信号V7(I)相位90，
频率的偏移量祆€) > 0时，即正频率偏移的情况下，所述第一、第二频率偏移信号为
4 Ar,
V1(I) = -5-^- Cos(Ml))
Vg(f) = sm( _)) = cos神)--)
此时可判断得知，胎心壁与超声探头相向运动，胎儿心壁舒张，第二频率偏移信号Vり相位滞后第一频率偏移信号V7(I)相位90° ;
步骤7，分别采集胎儿心壁收缩和/或胎儿心壁舒张信号，分别得出收缩和/或舒张信号的包络曲线。进ー步的，所述的胎心信号采集的方法还包括，设置在所述步骤3与步骤6以及步骤5与步骤6之间的步骤8 :将所述第一、第二频率偏移信号和分别进行滤波和增益控制处理，降低噪音放大有用信号。更进一歩的，所述的步骤6为将所述第一、第二频率偏移信号V7(I)和经过过零检测，做信号整形，得到第一、第二数字信号10)和Q0)，如图6所示；
设置双触发器，该双触发器中的第一触发器以第一数字信号1(d)作为数据输入，以第ニ信号Q(d)作为时钟、清零端输入信号；第二触发器以第一数字信号1(d)作为时钟、清零 端输入信号，以第二信号Qけ)作为数据输入；将该第一、第二数字信号10)和Q(d)输入到双触发器中做方向分离处理，
若胎儿心壁舒张(即负频率偏移的情况下，如图4所示)，由所述第一触发器输出；
若胎儿心壁收缩，(即正频率偏移的情况下，如图5所示)信号，由触发器2输出。再进ー步的，所述的步骤6为对所述第一、第二频率偏移信号V/(f)和V5(X)分别
进行模拟数字转化，转换为第一、第二频率偏移信号数字信号和Vfi(H),
对上述信号进行傅立叶变换运算，所述傅立叶变换运算公式如下
Xめ=1聯产\ Xめ=z 4(か>，分别对应获得频域下的信号功率谱密
度；
正值即对应胎儿心壁舒张信号，负值对应胎儿心壁收缩信号；
分别提取正负信号的最大频移点，并记录下来；然后从左往右依次描记最大频移点。作为另外一种改进的，所述的步骤6为对所述第一、第二频率偏移信号、⑷和
分别进行模拟数字转化，转换为第一、第二频率偏移信号数字信号V1(H)和vfi(n),
比较某ー时刻的第一、第二频率偏移信号数字信号V1(H)和Vfi(H)的相位，
若所述第二频率偏移信号数字信号％(n)相位滞后述第一频率偏移信号数字信号
V7Cfi) 90°，则判定胎心壁与超声探头相向运动，方向记录为正，输出信号保留正半周信号;
若所述第二频率偏移信号数字信号1相位超前述第一频率偏移信号数字信号V7Cn) 90°，则判定胎心壁与超声探头相背运动，方向记录为负，输出信号保留第一频率偏移信号数字信号V1(Ii)负半周信号。本发明ー种实现上述胎心信号采集方法的胎心采集装置，主要包括
信号发生单元，用于产生一定频率的正弦波信号，输出到超声发射单元；超声发射单元，用于所述正弦波信号将放大、滤波、整形，通过换能器其中的转化为超声波信号输出到孕妇腹部，达到胎儿心脏；
超声接收单元，用于接收胎儿心脏反射超声波信号，根据多普勒原理，该回波信号已发生频率偏移；
解调单元，用于解调出所述回波信号中的频率偏移信号；
移相単元，用于将所述信号发生单元产生一定频率的正弦波信号做相位偏移；
方向识别单元，用于获取解调出所述回波信号中的频率偏移信号的方向特征；
控制采集単元，根据正向和/或负向的信号，分别计算胎儿心壁收缩和/或胎儿心壁舒张信号，进而分别得出收缩和/或舒张信号的包络曲线并完成采集。
进ー步的，还包括滤波单元和增益控制单元，
用于将经过解调単元解调的频率偏移信号中的有效信号基尼险那个保留和放大。进ー步的，还包括过零检测单元，用于对经过解调単元解调的频率偏移信号做过零检测，进行信号整形。更进一歩的，所述解调単元包括第一、第二解调单元，
所述的信号发生单元产生一定频率的正弦波信号，经所述解调单元解出回波信号中的第一频率偏移信号V1W ；
信号发生单元产生一定频率的正弦波信号，经所述移相単元做相位偏移后，经所述解调单元解出回波信号中的第二频率偏移信号;
所述方向识别单元根据第一、第二频率偏移信号V#)和Ve(X)整形后的信号，获取频率
偏移信号的方向特征；
所述滤波単元、増益控制单元、过零检测单元分别设有对应第一、第二频率偏移信号
Vバり和Vfi(I)的第一、第二滤波单元，第一、第二増益控制单元，第一、第二过零检测单元。本发明ー种医用设备，包括主机和胎心采集装置，所述胎心采集装置采用上述结构。本发明提供的技术方案，根据多普勒原理，从收缩和舒张分别产生的回波信号中识别出心壁的方向特征，就可以完全区分出心脏收缩和舒张，从而彻底解决超声多普勒胎儿监护仪的原理性缺陷，提升信号采集的准确性；采用该种方法的胎心采集装置同样具有上述优点。
为了易于说明，本发明由下述的较佳实施例及附图作以详细描述。图I是本发明所述方法的第一具体实施方式
的工作流程 图2是本发明所述装置的具体实施方式
的组成框 图3是做正负向信号方向分离、方向识别的双D触发器 图4是正向信号分离出的逻辑示意 图5是负向信号分离出的逻辑示意 图6是过零检测示意图；图7是传统超声多普勒胎儿监护仪方法采集的胎儿心音包络信号；
图8是本发明所述方法采集的胎儿心音包络信号。
具体实施例方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进ー步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。如图I所示，本发明ー种胎心信号采集的方法具体步骤描述如下
本发明ー种胎心信号采集的方法，包括如下步骤
步骤1，启动装置，产生一定频率A的正弦波发射信号=為COS(AI)，并发射到孕妇
腹部，其中角频率％ = 2#0 ；
步骤2，接收胎儿心脏反射回的含频率偏移的超声回波信号，该超声回波信号为
r ￠)=為cos(^ + _))，其频率偏移量为軸；
步骤3，然后将所述超声回波信号与发射的正弦波信号做乘法运算，通过如下三角函数积化和差公式运算
(I)= r(￡)c(￡)=為 cos(qj￡ + 抑))為 cos(a^t)
令。s_)伽(寧綱
得到两种频率的信号，ー种是频率为2倍％的信号，一种是频率为偏移量與X)的イM
号;
再通过低通滤波器将其中的高频信号coS(2 y + ^=(l))滤除掉，得到第一频率偏移信号V/0)
V1CO= cos(^(￡));
步骤4，将步骤I所述发射信号“り做90度相位偏移，以得到另外一路比较信号，所述比较信号Cf/)1为C(ty = A1 sm(00￡)；
步骤5，将所述超声回波信号KO与所述比较信号"び进行乘法运算，通过如下三角函数积化和差公式运算
ル(i)1 = r(￡)c(t)' = 4 cos(m0t + _)) J1 sin( ay)
=........——[sin(抑))+ sinf 2<Skt — ￠￠))]
2'I
同样得到两种频率的信号，一种是频率为2倍 。的信号，一种是频率为偏移量￠3 的信号，同样再将该高频信号sm(2 y-我I))滤除掉以后，得到第二频率偏移信号化 ，该第二频率偏移信号具体为
权利要求
1.一种胎心信号采集方法，其特征在于，包括， 步骤1，启动装置，产生正弦波发射信号·^的发射到孕妇腹部； 步骤2，接收胎儿心脏反射回的含频率偏移的超声回波信号Ki)，其频率偏移量为； 步骤3，然后将所述超声回波信号KO与所述发射的正弦波信号·=⑷做乘法算，通过三角函数积化和差公式运算，再通过低通滤波器将其中的高频信号《42%￡ +我1))滤除棹，得到第一频率偏移信号 ( )； 步骤4，将步骤I的所述发射信号做90度相位偏移，以得到另外一路比较信号，所述比较信号￠(ゲ为cCl)f=4smt>0i)； 步骤5，将所述超声回波信号Κ 与所述比较信号4び进行乘法运算，通过如下三角函数积化和差公式运算
2.根据权利要求I所述的ー种胎心信号采集方法，其特征在于，所述的胎心信号采集的方法还包括，设置在所述步骤3与步骤6、以及步骤5与步骤6之间的步骤8，所述步骤8为将所述第一、第二频率偏移信号ν7( )和分别进行滤波和增益控制处理，降低噪音放大有用信号。
3.根据权利要求I所述的ー种胎心信号采集方法，其特征在于，所述的步骤6为将所述第一、第二频率偏移信号V/(i)和％(￡)经过过零检测，做信号整形，得到第一、第二数字信号1(d)和Q(d),然后设置双触发器，该双触发器中的第一触发器以第一数字信号1(d)作为数据输入，以第二信号Q(め作为时钟、清零端输入信号；第二触发器以第一数字信号1(d)作为时钟、清零端输入信号，以第二信号Q(d)作为数据输入；将该第一、第二数字信号10)和Q(d)输入到所述双触发器中做方向分离处理，即 若胎儿心壁舒张，由所述第一触发器输出； 若胎儿心壁收缩信号，由所述第二触发器输出。
4.根据权利要求I所述的ー种胎心信号采集方法，其特征在于，所述的步骤6为对所述第一、第二频率偏移信号 ￠)和％ 分别进行模拟数字转化，转换为第一、第二频率偏移信号数字信号V 和、⑷， 对上述信号进行傅立叶变换运算，分别对应获得频域下的信号功率谱密度； 正值即对应胎儿心壁舒张信号，负值对应胎儿心壁收缩信号； 分别提取正负信号的最大频移点，并记录下来；然后从左往右依次描记最大频移点。
5.根据权利要求I所述的ー种胎心信号采集方法，其特征在于，所述的步骤6为对所述第一、第二频率偏移信号たな)和％(1)分别进行模拟数字转化，转换为第一、第二频率偏移信号数字信号VJ (η)和Vj0(H), 比较某ー时刻的第一、第二频率偏移信号数字信号Vi(H)和Vfi(Ii)的相位， 若所述第二频率偏移信号数字信号相位滞后述第一频率偏移信号数字信号Vi(H) 90°，则判定胎心壁与超声探头相向运动，方向记录为正，输出信号保留Vj(H)正半周信号； 若所述第二频率偏移信号数字信号νβ(η)相位超前述第一频率偏移信号数字信号V.Cn) 90°，则判定胎心壁与超声探头相背运动，方向记录为负，输出信号保留第一频率偏移信号数字信号V1(H)负半周信号。
6.一种实现上述胎心信号采集方法的胎心采集装置，其特征在于，主要包括 信号发生单元，用于产生一定频率的正弦波信号，输出到超声发射单元； 超声发射单元，用于所述正弦波信号将放大、滤波、整形，通过换能器其中的转化为超声波信号输出到孕妇腹部，达到胎儿心脏；超声接收单元，用于接收胎儿心脏反射超声波信号，根据多普勒原理，该回波信号已发生频率偏移； 解调单元，用于解调出所述回波信号中的频率偏移信号； 移相単元，用于将所述信号发生单元产生一定频率的正弦波信号做相位偏移； 方向识别单元，用于获取解调出所述回波信号中的频率偏移信号的方向特征； 控制计算单元，根据正向和/或负向的信号，分别计算胎儿心壁收缩和/或胎儿心壁舒张信号，进而分别得出收缩和/或舒张信号的包络曲线并完成采集。
7.如权利要求6所述的胎心信号采集设备，其特征在于，还包括滤波单元和增益控制单元， 用于将经过解调単元解调的频率偏移信号中的有效信号保留和放大。
8.如权利要求7所述的胎心信号采集设备，其特征在于，还包括过零检测单元，用于对经过解调单元解调的频率偏移信号做过零检测，进行信号整形。
9.如权利要求8所述的胎心信号采集设备，其特征在于，所述解调単元包括第一、第二解调单元， 所述的信号发生单元产生一定频率的正弦波信号，经所述解调单元解出回波信号中的第一频率偏移信号V1CO ； 信号发生单元产生一定频率的正弦波信号，经所述移相単元做相位偏移后，经所述解调单元解出回波信号中的第二频率偏移信号； 所述方向识别单元根据第一、第二频率偏移信号ν/( )和整形后的信号，获取频率偏移信号的方向特征； 所述滤波単元、増益控制单元、过零检测单元分别设有对应第一、第二频率偏移信号ViCi)和％( )的第一、第二滤波单元，第一、第二増益控制单元，第一、第二过零检测单元。
10.ー种医用设备，包括主机和胎心采集装置，其特征在干，所述胎心采集装置采用如权利要求6-9任意ー项结构。
全文摘要
本发明涉及医用胎儿监护技术领域，具体涉及一种胎心信号采集的方法及装置。本发明提供的技术方案，在医用设备使用过程中，对胎心信号进行了方向性识别和计算，提高系统测量的可靠性。
文档编号A61B8/00GK102860843SQ20121037006
公开日2013年1月9日 申请日期2012年9月29日 优先权日2012年9月29日
发明者陈德伟, 尹新, 饶箭 申请人:深圳市理邦精密仪器股份有限公司