专利名称：在胎儿心脏监测期间的母亲贡献检测的制作方法
在胎儿心脏监测期间的母亲贡献检测相关专利申请的交叉引用
本申请涉及 Serguei Kabakov、Steven M.Falk 和 Bradley Fox 于 2011 年 12 月 20 日提交的、名称为“FETAL HEART MONITORING RANGE (胎儿心脏监测范围)”的共同未决的序列号为N0.13/331，197 (律师案号N0.254759)的美国专利申请，该申请的全部公开通过引用而结合在本文中。
背景技术：
胎儿心脏监测采用超声换能器来测量未出生的孩子的心脏的生理学参数。在一些情形中，腹部脂肪可增加超声换能器和被监测的胎儿心脏之间距离。增加超声脉冲的穿透深度来适应这个较大的距离可降低信号噪声比，并且可不合需要地导致超声换能器从母亲腹部脉管中拾取来自胎儿心率的信号之外的信号或者取代来自胎儿心率的信号的信号。
图1示意性地示出了胎儿心脏监测系统的一个示例；
图2是示出了用于由图1的胎儿心脏监测系统执行的示例方法的流程图3是示出了用于使用来自换能器的信号来识别胎儿心脏窗口的示例方法的图示；
图4是示出了用于使用来自换能器的信号来识别胎儿心脏窗口的示例方法的流程图； 图5是示出了用于识别母亲信号的存在的示例消除方法的流程 图6是示出了在图5的方法期间的示例数据流的数据流程图；` 图7是用于使用用以识别母亲信号的影响的相关模式来进行胎儿心脏监测的示例方法的控制流程 图8是示意性地示出了用于执行图7的方法的图1的胎儿心脏监测系统的示例实现的图示；
图9是用以识别胎儿心脏窗口的扫描的示例方法的控制流程 图9A是示出了在不同的腹部深度处在不同的通道上交替发送和接收超声信号的示例时序 图10是示意性地示出了在相关模式期间采用的图8的胎儿心脏监测系统的那些构件的图示；
图1OA是示出了在胎儿心脏监测期间发送和接收关于胎儿心脏窗口的超声信号的示例时序 图11是用于使用消除模式以识别母亲信号的影响来进行胎儿心脏监测的另一个示例方法的控制流程 图12是示意性地示出了在消除模式期间采用的图8的胎儿心脏监测系统的那些构件的图示；
图13是用于识别母亲信号的影响的示例方法的流程图。
具体实施例方式图1示意性地示出了示例胎儿心脏监测系统20。如将在下文中描述的那样，胎儿心脏监测系统20在胎儿心脏周围限定窗口，该窗口随后用于集中的胎儿心脏监测。在超声换能器正在对胎儿心脏进行监测的期间，胎儿心脏监测系统20使用基准胎儿心脏信号来确定接收自超声换能器的信号是否受到通过母亲腹部脉管的血流的脉动的影响。因此，信号噪声比得到保持，并且胎儿心脏监测的可靠性增强。胎儿心脏监测系统20包括超声换能器24、带式记录仪26、显示器28、扬声器30、处理器32和存储器34。超声换能器24 (示意性地示出)包括一个或多个超声换能器，各个换能器包括发射器和接收器。各个换能器24配置成安装或支承在紧邻子宫40 (其容纳未出生的孩子42)的腹部38附近。在一个实施例中，可提供超声换能器作为超声探测器的一部分。各个换能器24配置成产生指向未出生的孩子或胎儿42的超声波或超声束，其中，波或束从胎儿42反射，并且弹回到换能器24。由于心脏移动的原因，返回的超声回波或超声信号携带由多普勒频移获得的信息。包含在这样的反射波或束中的信息由处理器32用来确定胎儿42的心率。带式记录仪26、显示器28和扬声器30 (能用作警报)包括可视地或可听地对护理员输出信息的通知机构。带式记录仪26包括配置成打印基于接收自换能器24的信号而确定的生理学参数(诸如心率)的装置。显示器28包括监测器、屏幕，或者心率信息通过其可视地呈现给护理员的其它装置。扬声器30包括配置成输出可听信息(诸如由换能器24检测到的心跳声音)的装置。在一个实现中，扬声器30和/或显示器28可用来提供可听或可视的通知、警告或警报，从而提醒护理员注意有必要担心的心率特性或感测到的特性。在一些实现中，胎儿心脏监测系统20可省略这样的输出装置26、28和30中的一个或多个，或者可包括额外的或备选的输出装置。
处理器32包括一个或多个处理单元，处理单元配置成:产生引导使用换能器24来发射和接收超声信号的控制信号，以处理和分析接收自换能器24的信号；以及基于这种分析的结果而产生弓I导对输出装置26、28和30中的一个或多个的输出的控制信号。在一些实现中，处理器32另外可将这样的信号存储在存储器34中，以在以后进行分析，以及可将分析结果存储在存储器34中。为了本申请的目的，术语“处理单元”应表示目前开发或将来开发的、执行包含在存储器34中的指令序列的处理单元的意思。执行指令序列会使处理单元执行诸如产生控制信号的步骤。指令可从只读存储器(ROM)、大容量存储装置或一些其它持久存储加载到随机存取存储器(RAM)中，以由处理单元执行。在其它实施例中，可用硬接线电路代替软件指令，或者可将硬接线电路与软件指令结合起来使用，以实现所描述的功能。例如，处理器30和存储器34的一部分可体现为一个或多个特定用途集成电路(ASIC)的一部分。除非另有说明，处理器32不限于硬件电路和软件的任何特定组合，也不限于由处理单元执行的指令的任何特定的源。存储器34包括存储换能器定位搜索模块50、胎儿心脏窗口识别模块52、胎儿心脏监测模块54、信号质量比较模块56、型式比较模块58、消除比较模块60和数据部分62的非暂时性的计算机可读介质。虽然将存储器34示为单个存储器结构，但在其它实现中，数据部分62的不同的模块或不同的部分可存储在不同的存储器位置处。例如，存储在存储器34中的一些项目可存储在本地，而其它项目可存储在远处，能够通过网络访问。模块50、52、54、56、58和60各自包括存储在存储器34中且配置成引导处理器32执行图2中示出的过程或方法100的非暂时性的计算机可读程序或代码。如由步骤102指示的那样，遵从包含在换能器定位搜索模块50中的指令的处理器32在换能器位置搜索模式期间引导或指示处理器32。在这个模式期间，换能器24被护理员移过腹部38，同时发射和接收超声信号，以识别换能器24在腹部38上的产生反射自胎儿22的心脏的最强信号的位置。在一个实现中，在换能器定位搜索模式期间，随着护理员手动地将换能器24重新定位在腹部38上的不同位置处，处理器32引导换能器24在换能器24的全部范围(名义上为3 cm至30 cm)内发送和接收超声束。处理器32可引导显示器28或带式记录仪26提供由换能器24接收的超声信号的视觉表示。处理器32可进一步放大超声信号，以及产生待由扬声器30输出的对应于心跳的可听输出。因此，护理员可使用可听输出来识别换能器24在腹部28上的位置，在此位置上，来自扬声器30的输出是胎儿心脏跳动的特性，并且是最强或最响的。如由图2中的步骤104指示的那样，一旦换能器24已经恰当地位于腹部38上，遵从包含在胎儿心脏FH窗口识别模块52中的指令的处理器32识别和限定包含胎儿42的心脏的窗口或容积。在识别窗口时，处理器32利用接收到的超声信号来确定超声换能器24和胎儿心脏之间的近似距离。基于这个近似距离，处理器32识别包含胎儿心脏且包括与换能器24的最大和最小距离的范围或窗口。在一个实现中，处理器32限定范围或窗口，使得这个范围或窗口的边界与胎儿心脏的估计周界隔开预先确定的距离。因此，无论胎儿22如何移动，或者无论母亲如何移动，胎儿心脏将保持在识别范围或窗口内的可能性提高。在一个实现中，这个范围的边界与胎儿心脏的估计周界隔开至少3 cm。在一个实现中，范围具有3 cm宽的中心部分，这大于I至2 cm大小的胎儿心脏，以及离中心部分的各边的3 cm缓冲。在其它示例中，范围或窗口可与胎儿心脏的周界隔开不同的距离。在其它示例中，范围可包括与换能器24的最小距离或最大距离中的仅一个。在一个实现中，窗口是二维的，其包含在矢状平面中。在另一个实现中，由处理器32限定的窗口可为三维的，从而在胎儿心脏周围限定一容积。图3和4示出了遵从由模块52提供的指令的处理器32可用来识别胎儿心脏窗口的一种方法。图3示出了定位成抵靠着腹部38且定位成感测胎儿心脏150的胎儿心率的换能器24。图4是用于识别胎儿心脏150周围的窗口 152 (在图3中示出)的方法200的流程图。如由图4中的步骤202指示的那样，当在扫描模式中运行时，遵从由模块52提供的指令的处理器32产生使换能器感测重叠腹部深度区156 (在图3中标为A-H)的控制信号。具体而言，处理器32产生使换能器发射超声束和接收在各个深度区处反射的超声信号的控制信号。在一个示例中，处理器32使换能器24发射信号和接收来自以下重叠的6 cm的深度区的信号:3-9 c m、6-12 cm、9_15 cm、12_18 cm、15_21 cm、18_24 cm、21_27 cm 和24-30 cm。在其它实现中，各个重叠深度区的宽度以及这样的区彼此重叠的程度可具有其它值，或者可随区的不同而改变。例如，在胎儿心脏预计所位于的距离处，这样的区可具有较小的宽度(区的起点和终点之间的距离)，从而导致在预计包含胎儿心脏的区域中区的密度较大。在一个实现中，照管者可选择区的分布，从而影响远离换能器24的区的密度。因此，可提高在胎儿心脏150被识别的位置处的精确度。在一个实现中，处理器32弓丨导换能器24扫描通过腹部深度区156的整个范围。在另一个实现中，处理器32提示照管者输入(通过用户输入)胎儿心脏150的估计深度(与换能器24的距离)，或者关于母亲的其它生理学信息(诸如母亲的重量、高度等)，或者关于胎儿的信息(诸如胎儿的年龄、重量、方位等)，或者关于出生阶段的信息，其中，处理器32使用这种信息来估计胎儿心脏150的位置。基于胎儿心脏150的估计位置，处理器32消除界外区156，从而仅扫描更可能包含胎儿心脏150的那些区156。因此，可更快速地定位胎儿心脏150的位置。在从各个区156中的换能器24中接收到超声信号之后，处理器32评价或测量两个特性:来自特定的区的超声信号的强度，以及来自特定的区的心率和来自一组区的检测到的心率之间的一致性程度。在一个实现中，处理器32产生导致换能器24在感测到各个单独的区的同时或者几乎同时，在多个区156上或在所有区156上发射和接收超声束的控制信号。例如，在使用单个换能器24的一个实现中，处理器32可利用单个换能器24来交替地感测(A)所有区156或整个腹部区域(在以上示例中，3 cm-30 cm)和(B)单独的区156(使用时分多址接入(TDMA))。在这种实现中，处理器32还评价单独的区156中的心率与从一组区或整个腹部区域(在以上示例中，3 cm-30 cm)中感测到的心率的符合或匹配的一致性或程度。如由图4中的步骤204指示的那样，在感测和收集来自各个区156的信号强度和心率一致性之后，处理器32识别具有最强信号强度和最高心率一致性的一对相邻区156。例如，在一些情形中，两组相邻区可展现较强的超声信号。在这种情形中，处理器32在比较在两组相邻区中的各个中出现的信号的心率与接收自整个范围(在以上示例中，3 cm至30cm)的超声信号的心率。具有与来自整个范围的回波信号的心率的心率一致程度最高的超声回波信号的一对相邻区被处理器32识别为应当用作窗口 152的基础的一组相邻区。如由图3中的步骤206指示的那样，处理器32利用选择的两个相邻区的距离边界来限定胎儿心脏窗口 152。 在一个实现中，处理器32将两个相邻区的重叠部分识别为窗口152的中心部分。正是在窗口的这个中心部分中，必定包含整个胎儿心脏。例如，如果具有最高强度和心率一致程度的区是区9-15 cm和12-18 cm，则这样的区的重叠部分出现在12cm至15 cm的深度处。正在是这个重叠部分必定包含胎儿心脏。通过使用这个信息，处理器32然后形成包括间隔或缓冲的窗口。处理器32将窗口 152限定为具有加上/减去离相邻区的重叠部分预先限定的距离的近边界和远边界(相对于换能器24)。在示出的示例中，处理器32将两个重叠区的近边界和远边界用作窗口 152的内边界和外边界，从而在区的重叠部分的任一侧对窗口 152提供间隔或缓冲。例如，基于9至15 cm和12至18 cm的重叠区的窗口将具有9 cm的近边界和18 cm的远边界，其中，胎儿心脏位于12至15 cm的重叠部分内。一旦限定，胎儿心脏150的位置和窗口 152的边界就被处理器32存储在存储器34中的数据存储部分62的窗口位置(WL)部分66中。在其它实现中，其它距离或其它缓冲可用来建立窗口 152的内边界和外边界。虽然方法200识别相邻区，并且基于信号强度和心率一致性来限定胎儿心脏窗口152，在其它实现中，可利用这些因素中的仅一个来识别用作限定窗口 152的基础的相邻区156。在其它实现中，额外的感测因素或输入准则可用来识别用于限定窗口 152的基础的相邻区156。在又一些其它实现中，诸如，其中，在一区域中的区密度较高(区的宽度较小)，处理器32可利用不止两个区来估计胎儿心脏150的位置和限定窗口 152。在限定窗口 152之后，如由图2中的步骤106指示的那样，处理器32提示照管者进行输入或选择两个可用的母亲脉冲(MP)识别模式108和110中的一个。如后面将描述的那样，模式108定期比较超声回波信号的监测型式与超声回波信号的初始存储的基准型式之间的相关程度，以识别母亲脉冲的存在或影响。在一个实现中，比较存储的超声回波信号的基准频谱与监测超声回波信号的频谱。相反，模式110通过以数学的方式从复合监测信号中消除胎儿心脏信号，来确定初始定位的窗口 152内的任何母亲脉冲的存在。如果确定在消除之后剩余的信号包括母亲脉冲，则通知照管者，并且重新定位换能器。在一个实现中，重复这个过程，直到不再在窗口152中检测到母亲脉冲的存在为止。一旦换能器24定位成使得窗口 152未展现母亲脉冲，则监测继续，而后面不测试母亲对信号的贡献，因为母亲的主动脉不像胎儿心脏那样受移动的影响。但是 ，由于胎儿移动而造成的差或弱的信号，可重新定位换能器24。换能器24的这种重新定位可证明识别新的胎儿心脏窗口 152是合理的，并且再一次执行模式110的方法，以确保新的胎儿心脏窗口不会覆盖母亲腹部脉管，母亲腹部脉管与腹部主动脉成一排，并且影响超声结果。在其它实现中，胎儿心脏监测系统20可提供相关模式108和消除模式110这两个中的仅一个。如由步骤112指示的那样，如果选择了模式108，则处理器32存储接收自选择的窗口 152的基准超声回波信号的初始型式。在一个实现中，基准超声回波信号的型式(即，基准型式)被处理器32存储在存储器34的数据存储部分62的基准型式RP存储部分68中(在图1中示出)。如由步骤114指示的那样，一旦存储了基准超声回波信号的型式，遵从由胎儿心脏监测模块54提供的指令的处理器32产生引导换能器24发射和接收集中在图3中显示的胎儿心脏窗口 152处的超声信号的控制信号。如由步骤116指示的那样，随着处理器32接收来自换能器24的表示反射的超声信号的信号(“监测信号” S)，通过比较监测信号的型式与存储在基准型式存储部分68中的基准信号的型式RS，遵从包含在型式比较模块58中的指令的处理器32评价监测信号的型式。如果监测信号的型式充分地与基准信号的型式相关，不输出警报，并且继续监测胎儿心脏窗口 152。但是，如由步骤118指示的那样，如果监测信号的型式不充分地与基准信号的对应的型式相关，则处理器32确定接收自换能器24的信号的至少一部分可为换能器24感测通过母亲腹部脉管的血流(母亲脉冲)的结果。因此，处理器32产生导致通过使用输出26、28和30中的至少一个将警报呈现给照管者的控制信号。在一个实现中，扬声器30响应于来自处理器32的这样的控制信号而产生可听警报，从而指示其中接收自换能器24、显示在显示器28上且被带式记录仪26压印的超声信号可至少部分地受母亲腹部脉管影响的状况。在受到这种状况提醒之后，照管者可采取补救行动，诸如重新定位或调节换能器24的位置或换能器24感测的腹部深度。照管者还可核实胎儿42的状况或健康(在图1中示出)。在一个实现中，为了确定监测信号的型式是否充分地对应于基准信号的型式，处理器32评价与存储在存储器34的数据存储部分62的相关阈值TH部分70 (在图1中示出)中的预先限定的匹配阈值的比较。阈值具有选择的值，使得阈值足够低而即使监测的超声回波信号仅由于胎儿心脏角定向变化而发生变化也被超过，从而避免错误警报。同时，阈值具有足够高的值，以便在监测超声回波信号由于胎儿状况恶化或由于使换能器24不合需要地锁定于不必要的母亲腹部脉管上的母亲或胎儿移动的影响而改变时不被超过。
在一个示例中，将胎儿心跳的平均幅度谱用作基准信号的型式，比较基准信号的型式与监测信号的平均幅度谱。在一个实现中，将相关系数用作监测信号的型式和基准信号的型式之间的相似性的度量。在一个示例中，以每隔10秒的间隔以2 ksps的取样速率从监测信号中获得平均幅度谱。相关系数是基准信号和监测信号之间的皮尔森(Pearson)相关系数。如果系数低于阈值，则照管者被通知或者呈现指示失去胎儿心脏信号和可能锁定于母亲腹部脉管上的警报。在其它示例中，可使用其它型式、其它取样速率和其它相关系数来作出基准信号和监测信号之间的相关或匹配。如由步骤119指示的那样，如果选择了消除模式110，遵从由胎儿心脏监测模块54提供的指令的处理器32产生引导换能器24发射和接收集中在图2中显示的胎儿心脏窗口152上的超声信号的控制信号。在一个实现中，在预先限定的时段里接收超声回波信号的样本。在一个实现中，在预先限定的时段10秒里接收超声回波信号。然后在步骤120-126中，遵从包含在消除比较模块60中的指令的处理器32利用超声回波信号的这个样本来确定母亲脉冲在胎儿心脏窗口 152内的存在。如由步骤120指示的那样，处理器32识别在预先限定的时段期间接收到的样本超声回波信号的胎儿信号部分M (胎儿心脏信号贡献)。胎儿心脏信号贡献是由于胎儿心脏的脉动而引起的超声多普勒回波信号的分量。如由步骤122指示的那样，处理器32然后从复合监测超声回波信号中减去识别的胎儿信号部分M。然后超声回波信号SI的剩余部分由处理器32用来确定在换能器24目前定位在腹部38上的情况下(在图1中示出)，在窗口 152中是否检测到母亲脉冲(母亲贡献，如果有的话)。母亲贡献是由于母亲腹部肌肉中的血的脉动而引起的超声多普勒回波信号的分量。如由步骤124指示的那样，遵从包含在消除比较模块60中的指令的处理器32评价剩下的或剩余的信号或值SI。如果不存在剩余的准周期信号SI，则不提供警报，如由步骤125指示的那样，使得可开始连续地监测胎儿心脏。备选地，如由步骤126指示的那样，如果存在剩余的准周期信号SI，则处理器32比较在剩余信号SI上获得或检测到的心率HRl与初始心率HR (在消除之前，根据复合监测超声回波信号而计算出的心率)，以确定剩余信号SI的心率是否与初始心率HR (即，在复合监测回波信号上获得的心率)一致。如果剩余信号SI的心率HRl与初始心率HR—致，则不提供警报，如由步骤127指示的那样，使得可开始连续地监测胎儿心脏。但是，如由步骤128指示的那样，如果剩余信号SI的心率HRl不满足预先确定与初始心率HR的一致性的程度或阈值，则处理器32确定接收自换能器24的信号的至少一部分是换能器24感测通过母亲腹部脉管的血流(母亲脉冲)的结果。因此，处理器32产生导致使用输出26、28和30中的至少一个将警报呈现给照管者的控制信号。在一个实现中，扬声器30响应于来自处理器32的这样的控制信号而产生可听警报，从而指示其中接收自换能器24、显示在显示器28上且由带式记录仪26压印的超声信号可至少部分地受母亲腹部脉管影响的状况。在受到这种状况提醒之后，照管者可采取补救行动，诸如重新定位或调节换能器24的位置或换能器24感测的腹部深度。照管者还可核实胎儿42的状况或健康(在图1中示出)。
图5示出了方法300、即模式110的一个示例实现。图6示出了方法300的一个示例数据流程图。如上面提到的那样，按照步骤119，在一个实现中，在10秒周期里接收样本超声回波信号S。在图6中示出了取自窗口 152 (在图3中示出)的示例超声回波信号S350。如由图6示出的那样，信号S 350包括多个胎儿心跳组352，各组352包括第一跳动I和第二跳动2。样本信号S 350可进一步包括母亲信号3。步骤302-312用来通过抑制来自原始的或未加工的信号S 350的任何母亲贡献来识别来自复合超声回波信号350的胎儿信号部分M。如由步骤302指示的那样，处理器32对信号S 350执行自相关，以产生图6中示出的胎儿心脏跳动峰值356 (基于第一胎儿心跳)。如由步骤304指示的那样，处理器32确定或获得这样的胎儿心脏跳动峰值之间的周期。如由图6示出的那样，相邻峰值356之间的距离组成周期HP[n]，其中，η=Ρ..Ν。如由图5中的步骤306指示的那样，通过使用计算的周期，处理器32识别最小胎儿心跳周期HPmin。如由图5中的步骤308指示的那样，处理器32使用这个确定的HPmin来切断信号S 350中的节段。在示出的示例中，这样的节段具有HPmin的长度，并且与各组心跳352的第一胎儿心跳(FHB1)—致。在图6中示出了示例复合信号节段S[n]，其中η=Ρ..Ν。如由步骤310指示的那样，对于在自相关峰值356处开始且具有HPmin持续时间的各个复合信号节段S[η]，处理器32通过将节段除以相关联的节段S[n]中的胎儿信号的第一跳动的幅度A[n]来使节段规格化，如由数据流部分362示出的那样。如由步骤312指示和图6中的框364指示的那样，处理器32确定规格化节段信号S[n]的平均值，其中n=l...N。这个平均值组成胎儿信号的规格化模型M (胎儿心脏信号贡献)。如由步骤314指示的那样，为了确定母亲信号贡献，然后从原始的未加工信号S中消除胎儿心脏信号贡献(模型M)，其中，这个消除的结果用来确定是否应当输出警报。在示出的示例中，如由步骤314指示的那样，处理器32从各个复合节段S[n]中减去去规格化(denormalized)模型M,以识别剩余信 号SI [η]。具体而言,如由图6示出的数据流线366那样，对于各个节段S[η]，用相关联的节段S[η]中的胎儿信号的第一跳动的幅度Α[η]乘以模型M来使模型M去规格化。在图6中示出的示例中，这样的减法会使母亲脉冲信号3 (在图6中的线366上)可能存在于剩余信号SI [η]366中。如由步骤316指示的那样，处理器32还检测信号S上的心率HR (其为胎儿心率)和信号SI上的心率HR1，信号SI是在胎儿信号消除之后的复合信号。胎儿心率HR如公式HR[n]=60000/HP[n] (η=Ρ..Ν)限定的那样以每分钟跳动为单位，其中，HP [η]是图6的线356上的相关峰值之间的、以微秒为单位的距离。在胎儿信号消除之后剩下的信号SI的心率HRl由HRl[i]=60000/HPl[i]，i=l…I限定，其中，HP [i]是图6的线366上示出的SI的自相关函数(未显示)的相关峰值之间的、以毫秒为单位的距离。如由步骤318指示的那样，处理器32确定剩余信号SI的任何心率HRl在这种减法之后是否存在。如果不存在剩余信号SI的心率HR1，则如步骤320指示的那样不提供警报。备选地，如果存在剩余信号SI的心率HR1，则处理器32确定剩余信号的心率HRl是否与在信号S上获得的胎儿心率HR—致。如由步骤322指示的那样，如果剩余信号SI的心率HRl满足预先确定或预先限定的与胎儿信号的胎儿心率HR的一致程度，则如步骤324指示的那样不提供警报。备选地，如果剩余信号SI的心率HRl与胎儿心率HR不一致，则处理器32如步骤320指示的那样使警报产生。在一个实现中，预先确定的一致程度由每分钟5次跳动的阈值建立，其中，如果HRl和HR的差异超过这个阈值，则在步骤324中输出警报。在其它实现中，可利用其它预先确定的一致程度或其它阈值。如上面提到的那样，处理器32产生导致使用输出26、28和30中的至少一个来对照管者呈现警报的控制信号。在一个实现中，扬声器30响应于来自处理器32的这样的控制信号而产生可听警报，从而指示其中接收自换能器24、被显示在显示器28上且由带式记录仪26压印的超声信号可至少部分地受母亲腹部脉管影响的状况。在受到这种状况提醒之后，照管者可采取补救行动，诸如重新定位或调节换能器24的位置或换能器24感测的腹部深度。一旦换能器已经重新定位，就可再一次执行方法300。可重复这个过程，直到这样的重新定位不会提供警报为止，从而指示换能器24在腹部38上定位成使得窗口 152不受任何母亲脉冲影响。在这一点上，胎儿心率的正常连续监测可由胎儿心脏监测系统20执行。图7是示出了用于监测单个胎儿的示例方法400的控制流程图。图8是示意性地示出了示例胎儿心脏监测系统520的各部分、即可用来执行方法400的各部分的胎儿心脏监测系统20的一个实现的框图。图8示出了系统520的、用来限定或识别胎儿心脏窗口(诸如图3中示出的胎儿心脏窗口 152)的那些构件。图8进一步示出了系统520的、用来初始地将换能器24定位在腹部38上的构件。如由图8示出的那样，胎儿心脏监测系统520包括换能器524和模拟构件:数字逻辑526、发送信号放大器528、接收回波放大器和窄带滤波器530 (例如大约I MHz的中心频率)、解调器532，胎儿心脏监测系统520接收选通脉冲开关534、采样和保持电容器I和2 (536)、带通滤波器I和2 (538)、多路复用器540、放大器542、扬声器544、自动增益控制器I和2 (546)、包络检测器I和2 (548)和模数转换器550。在其它实现中，这样的模拟构件可备选地由数字构件提供，或者在处理器的软件中实现。如由图8进一步示出的那样，胎儿心脏监测系统520还包括在软件中实现的后端系统。这样的后端构件包括胎儿心率检测器I和2(554)、显示器556、带状图表记录仪或打印机557、信号质量检测器I和2 (558)、信号质量比较器560、心脏跳动一致性检测器562、窗口选择器(也称为时序图(TD)选择器)564、存储器566、胎儿心脏型式检测器568、键盘570和扫描调度器572。`如由图7的控制流程图示出的那样，换能器524 (在图8中示出)首先位于母亲腹部的表面上。如图7中示出的那样，照管者(操作者或护士)打开胎儿心脏监测系统520，并且通过键盘570 (在图8中示出)对扫描调度器572输入命令，以进入换能器位置搜索模式。响应于这个命令，数字逻辑526 (包括现场可编程门阵列(FPGA)、复杂的可编程逻辑装置(CPLD)或处理器)产生超声发送单音信号(tone signal)TRANS (名义上具有大约I MHz的特征频率)，超声发送单音信号TRANS被放大器528放大，并且被换能器524引导向胎儿42(在图1中示出)。在示出的示例中，在这个搜索模式期间，在照管者重新定位换能器524以通过扬声器544看或听具有胎儿心脏跳动的特性的最强回波信号时，换能器524感测3cm至30 cm的整个范围。对应于具有对应于胎儿心脏收缩的速度的频率的反射脉冲的回波信号由换能器524接收，并且被接收回波放大器530放大。在被放大之后，回波信号经受信号处理。在示出的实现中，信号被解调器532解调，发送穿过通道1，包括:采样和保持电容器一保持I(HOLD 1)536、带通滤波器538(滤波器I)、自动增益控制AGCl 546和包络检测器EDl 548。在示出的示例中，各个带通滤波器I和2 (538)过滤掉具有低于IOOHz和300Hz的频率的信号，以移除外来信号。如由箭头576指示的那样，滤波器I的信号发送到多路复用器540，并且被放大器542放大，以通过扬声器544得到可听输出。如由箭头578进一步指示的那样，滤波器I的信号进一步传送通过自动增益控制器I (546)，自动增益控制器I (546)对这样的信号提供稳定的幅度，从而消除与胎儿心脏和换能器524之间的不同距离相关联的可变性。在这样的信号经历包络检测器I (548)的包络检测之后，这样的信号发送到模数转换器550，以进行为胎儿心脏监测系统520的后端数字构件部分使用的数字转换。如上面提到的那样，在一些实现中，这样模拟构件主要代替数字构件部分。在换能器定位搜索模式中，利用仅一个通道(通道I)。来自模数转换器的信号发送到胎儿心率检测器I (554)，胎儿心率检测器I (554)识别胎儿心率，并且将估计胎儿心率输出到显示器556和带式记录仪557。通过主要使用来自扬声器544的可听输出以及显示器556或打印机557中的任一个上的视觉输出，照管者可不断地将换能器24重新定位在腹部38上，直到在扬声器544上听见以及/或者在显示器556和/或打印机557的输出上看见胎儿心跳的最强信号特性为止。一旦照管者已经将换能器544在初始监测位置处定位在腹部上，照管者就通过键盘570输入离开换能器位置搜索模式的命令。因此，或者自动地或者响应于由照管者使用键盘570输入的命令，扫描调度器572使监测系统520启动扫描模式SM (在图7中示出)。在扫描模式SM中，执行方法200 (在图4中示出)。图9是示出了系统520在扫描模式期间的运行的控制流程图和相关联的表。如由图9中的线660和662指示的那样，在特定的胎儿心脏监测系统示例520中，数字逻辑526产生超声发送单音信号TRANS(名义上具有大约I MHz的载波频率)，超声发送单音信号TRANS被放大器528放大，并且被换能器524引导向胎儿42 (在图1中示出)。在示出的示例中，在这个扫描模式期间，数字逻辑526产生超声发送单音信号，超声发送单音信号被放大器528放大，使得换能器524备选地发射超声信号，以及接收来自(A) 3 cm至30 cm的整个范围(图9中的线660)和(B)各个深度区(图9中的线662)的超声回 波信号。在一个示例中，数字逻辑526使换能器524以交替的方式(时分多址接入(TDMA))发射超声信号，以及接收来自(A)3 cm至30 cm的整个范围和(B)以下重叠的6 cm深度区的回波信号:3-9 cm、6-12 cm、9_15 cm、12_18 cm、15_21 cm、18_24 cm、21_27 cm 和 24-30cm，使得来自整个范围3-30 cm的回波信号在通道I (保持I至滤波器I至AGC I至ED I)中被处理，同时来自当前深度区的回波信号在通道2 (保持2至滤波器2至AGC 2至ED 2)中被处理。图9A是示出了这种交替的超声穿透范围扫描的一个示例的时序图和相关联的时序表。如由图9示出的那样，数字逻辑526和放大器528使发送单音信号600被换能器524发射，其中，这种发射的发送单音信号600在导向3 cm至30 cm的整个范围的单音和导向重叠的范围子集3-9 cm、6_12 cm、9_15 cm、12-18 cm、15-21 cm、18-24 cm、21_27 cm和24-30cm中的一个的单音之间交替。例如，在扫描模式的第一个12秒期间，单音tl-t2、t5-t6等中的各个导向整个范围，而单音t3-t4、t7-t8等则导向3 cm至9 cm的范围子集。然后在下一个12秒期间，单音tl-t2、t5-t6等中的各个导向整个范围，而单音t3-t4、t7-t8等则导向6-12 cm的范围子集。最后，在扫描模式的最后一个12秒期间，单音tl-t2、t5-t6等中的各个导向整个范围，而单音t3-t4、t7-t8等则导向24-30 cm的范围子集。如由图9A中的解调单音信号线DETQ 602示出的那样，以及通过控制信号线CHl604和CH2 606 (其通过开关534交替地将解调器532连接到处理电路(或者SW，如果在SW中实现前端的话)的通道I或通道2中的任一个上)示出的那样，换能器524以类似的方式交替地接收回波信号。例如，在扫描模式的第一个12秒期间，换能器524在间隔rl-r2、r5-r6内接收来自整个范围的回波信号，而在间隔r3_r4、r7_r8等内接收来自3_9 cm的范围子集的回波信号。然后在扫描模式下一个12秒期间，换能器524在间隔rl-r2、r5-r6等内接收来自整个范围的回波信号，而在间隔r3-r4、r7-r8等内接收来自6_12 cm的范围子集的回波信号。最后，在扫描模式的最后一个12秒期间，换能器524在间隔rl-r2、r5-r6等内接收来自整个范围的回波信号，而在间隔r3-r4、r7_r8等内接收来自24_30cm的范围子集的回波信号。接收到的回波信号被放大器530放大，并且被解调器532解调。如由图9A中的通道I线604和通道2线606示出的那样，这样的接收到的回波信号在通道I和通道2中被处理，其中，通道I处理导向整个范围的回波信号，并且通道2处理导向重叠范围(3-9 cm、6-12 cm等，其中，范围循环地(例如，各个循环有12秒持续时间)改变)的回波信号。循环地通过范围子集而发送穿过通道I和2的各个信号分别经受信号处理。在示出的示例实现中，各个信号发送穿过通道1，并且对应于由采样和保持电容器(保持I) 536存储且由带通滤波器538 (滤波器I)过滤的整个深度范围。在示出的示例中，带通滤波器I过滤掉具有低于100 Hz且高于300 Hz的频率的信号，以移除外来噪声。如由箭头576指示的那样，这些经过滤的信号发送到多路复用器540，并且被放大器542放大，以通过扬声器544得到可听输出。如由箭头577指示的那样，这些经过滤的信号直接通过单独的胎儿心脏型式通道(FHPch)发送到模数转换器550，以便随后发送到胎儿心脏型式检测器568。如由箭头578进一步指示的那样，经过滤的信号进一步传送通过自动增益控制器I (546)，自动增益控制器I (546)对这样的信号提供稳定的幅度，从而消除可变性。在这样的信号经历包络检测器I (548)的包络检测之后，这样的信号发送到模数转换器550，以进行为胎儿心脏监测系统520的后端数字构件部分使用的数字转换。如上面提到的那样，在一些实现中，这样的模拟构件可由数字构件部分或软件代替。发送穿过通道2且对应于循环通过的深度范围子集的信号以类似的方式经受信号处理。具体而言，发送穿过通道2的这样的信号由采样和保持电容器2 (保持2) 536存储，并且被带通滤波器538 (滤波器2)过滤。在示出的示例中，带通滤波器2过滤掉具有低于100 Hz且高于300 Hz的频率的信号，以移除外来噪声。如由箭头584指示的那样，这些经过滤的信号直接通过单独的信号质量检测器通道(SQDch)发送到模数转换器550，以在随后发送到信号质量检测器2 (558)。如由箭头586进一步指示的那样，经过滤的信号2进一步传送通过自动增益控制器2 (546)，自动增益控制器2 (546)对这样的信号提供稳定的幅度，从而消除可变性。在这样的信号经受包络检测 器2 (548)的包络检测之后，这样的信号发送到模数转换器550，以进行为胎儿心脏监测系统520的后端数字构件部分使用的数字转换。如上面提到的那样，在一些实现中，这种模拟构件部分的功能可交替地执行，或者由软件或数字构件部分执行。如由图8的下半部示出和由图9中的线664指示的那样，来自胎儿心率通道I(FHRlch)的信号从模数转换器550发送到胎儿心率检测器FHRl (554)和SQDl 558。胎儿心率检测器FHRl (554)从这样的信号中检测胎儿心率，并且将检测到的胎儿心率输出到显示器556和带式记录仪557，如由图9中的线666指示的那样。信号质量检测器I (558)检测信号质量。如由箭头588指示的那样，检测到的信号质量发送到信号质量比较器560，信号质量比较器560通过比较功率与预先确定阈值，对信号的功率执行实时评价。信号质量度量发送到显示器556。如由箭头590指示的那样，如果信号质量差(如由值相对于预先确定的阈值所确定的那样)，信号损失警报就发送到多路复用器540，由此使用放大器542和扬声器544来发送可听警报。如由箭头592指示的那样，来自FHRl检测器554的信号进一步发送到心跳一致性检测器562。如由箭头596指示的那样，源自滤波器I 538的信号发送穿过胎儿心脏型式通道(FHPch)到达胎儿心脏型式检测器568，胎儿心脏型式检测器568将检测到的胎儿心脏型式作为基准FH型式存储在存储器566中。这个基准FH型式随后用于确定型式相关。如由图8中的箭头598和图9中的线668指示的那样，源自滤波器2 538的信号发送穿过信号质量检测通道(SQDch)到达信号质量检测器2 (558)，信号质量检测器2 (558)测量或评价这样的信号的质量(强度等)。评价的结果发送到深度或区选择器564 (也称为用于选择用于随后的胎儿心脏监测的深度范围子集的TD (时序图)选择器)。如由图8中的箭头600和图9中的线670指示的那样，源自ED2 548的信号进一步发送穿过胎儿心率2通道(FHR2ch)到达胎儿心率2检测器(554)。胎儿心率2检测器(554)检测各个特定的深度子范围或子集的胎儿心率。如由图9中的线674指示的那样，检测到的胎儿心率发送到 :(1)信号质量检测器2 (558)，以用于评价来自特定的深度范围或子集的信号质量；以及(2) HBC检测器562，以用于评价通道I中的胎儿心率和通道2中的心率之间的一致性。如由图9中的线672指示的那样，信号质量检测器2评价信号质量。在一个示例中，信号质量检测器2对信号质量作以下评价:
O评价SQDch上的信号的节段的功率SPx。节段对准节段HR2_x (对于特定的深度范围子集而检测到的胎儿心率)
2) SQD2_x = SPx * g (TDx)，其中 x=39、612、915、1218、1521、1824、2127、2430 (39 是3 cm至9 cm的缩写,612是6 cm至12 cm的缩写等),并且g (TDx)由下面的表I限定来补偿声衰减。表I
权利要求
1.一种方法，包括: 从超声换能器获取来自胎儿心脏的超声信号； 通过抑制来自所述超声回波信号的任何母亲贡献来确定对所述超声信号的胎儿心脏信号贡献，其中，所述胎儿心脏信号贡献是由胎儿心脏的脉动引起的超声多普勒回波信号的分量，以及其中，母亲贡献是由母亲腹部肌肉中的血的脉动引起的超声多普勒回波信号的分量； 从所述超声信号中消除所述胎儿心脏信号贡献，其中，基于所述消除的结果，输出警报。
2.根据权利要求1所述的方法，所述方法进一步包括: 确定在所述消除之后的任何剩余信号上检测到的第一心率的存在；以及评价所述第一心率与在所述超声信号上检测到的第二心率的一致性，其中，如果所述第一心率存在，并且不满足与所述第二心率的预先确定的一致性程度，则输出警报。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，通过以下方式获取所述超声信号: 确定超声换能器和所述胎儿心脏之间的近似距离；以及 使用所述超声换能器，感测与所述超声换 能器的距离的范围，所述范围具有基于所述近似距离的最小距离。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述范围具有基于所述近似距离的最大距离。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述范围的所述最小距离与所述近似距离隔开间距。
6.根据权利要求4所述的方法，其中，所述范围的所述最小距离和所述范围的所述最大距离形成封闭所述胎儿心脏且与所述胎儿心脏隔开的窗口。
7.根据权利要求4所述的方法，其中，确定所述近似距离包括感测重叠深度区，其中，基于回波信号的强度在此处最高的两个相邻深度区的重叠部分来确定所述近似距离。
8.根据权利要求7所述的方法，所述方法进一步包括基于从所述多对相邻深度区中的各对反射的超声信号的心率与从所有所述多对相邻深度区的整个范围反射的超声信号的胎儿心率的一致性，从多对相邻深度区中选择所述两个相邻深度区。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，确定对所述超声信号的胎儿心脏信号贡献以及从所述超声信号中消除所述胎儿心脏贡献包括: 对所述超声信号进行自相关； 获得第一胎儿心跳之间的周期； 识别所述周期的最小值； 切断所述超声信号的节段，其中，各个节段具有对应于所述最小值的长度，并且对准所述第一胎儿心跳； 通过所述节段中的所述第一胎儿心跳的幅度，使各个节段规格化； 确定所述规格化节段的平均值；以及 从各个节段中减去去规格化的平均节段。
10.一种胎儿心脏监测系统，包括: 超声换能器； 控制器，其配置成产生引导所述超声换能器的运行以及接收来自所述超声换能器的回波信号的控制信号，所述控制器配置成: 从超声换能器获取来自胎儿心脏的超声信号；以及 通过抑制来自所述超声信号的任何母亲贡献来确定对所述超声信号的胎儿心脏信号贡献，其中，所述胎儿心脏信号贡献是由胎儿心脏的脉动引起的超声多普勒回波信号的分量，以及其中，母亲贡献是由母亲腹部肌肉中的血的脉动引起的超声多普勒回波信号的分量；以及 从所述超声信号中消除所述胎儿心脏信号贡献，其中，基于所述消除的结果，输出警报。
11.根据权利要求10所述的胎儿心脏监测系统，其中，所述控制器配置成: 确定在所述消除之后的剩余信号的存在；以及 评价任何剩余信号的心率与所述超 声信号的胎儿心率的一致性，其中，如果所述剩余信号存在，并且与所述超声信号的心率不一致，则输出警报。
12.根据权利要求10所述的胎儿心脏监测系统，其中，通过以下方式获取所述基准超声回波信号: 确定超声换能器和所述胎儿心脏之间的近似距离；以及 使用所述超声换能器来感测与所述超声换能器的距离的范围，所述范围具有基于所述近似距离的最小距离。
13.根据权利要求10所述的胎儿心脏监测系统，其中，所述控制器配置成通过以下方式抑制来自所述超声信号的所述母亲贡献: 对所述超声信号进行自相关； 获得第一胎儿心跳之间的周期； 识别所述周期的最小值； 切断所述超声信号的节段，其中，各个节段具有对应于所述最小值的长度，并且对准所述第一胎儿心跳； 通过所述节段中的所述第一胎儿心跳的幅度，使各个节段规格化； 确定所述规格化节段的平均值；以及 从各个节段中减去去规格化的平均节段。
14.一种装置，包括: 非暂时性计算机可读介质，其包含引导处理器进行以下步骤的计算机可读代码: 从超声换能器中获取来自胎儿心脏的超声信号； 通过抑制来自所述超声信号的任何母亲贡献，确定对所述超声信号的胎儿心脏信号贡献，其中，所述胎儿心脏信号贡献是由胎儿心脏的脉动引起的超声多普勒回波信号的分量，以及其中，母亲贡献是由母亲腹部肌肉中的血的脉动引起的超声多普勒回波信号的分量；以及 从所述超声信号中消除所述胎儿心脏信号贡献；以及 基于所述消除的结果，输出警报。
15.根据权利要求14所述的装置，其中，所述非暂时性的计算机可读介质包含引导所述处理器进行以下步骤的计算机可读代码:确定在所述消除之后的任何剩余信号上检测到的第一心率的存在；以及评价所述第一心率与在所述超声信号上检测到的第二心率的一致性，其中，如果所述第一心率存在，并且不满足与所述第二心率的预先确定的一致性程度，则输出警报。
16.根据权利要求14所述的装置，其中，所述非暂时性的计算机可读介质包含引导处理器进行以下步骤的计算机可读代码: 确定超声换能器和所述胎儿心脏之间的近似距离； 使用所述超声换能器来感测与所述超声换能器的距离的范围，所述范围具有基于所述近似距离的最小距离；以及 使用来自所述范围的超声回波信号，监测所述胎儿心脏的心率。
17.根据权利要求16所述的装置，其中，所述计算机可读代码配置成引导所述处理器通过感测重叠深度区来确定所述近似距离，其中，基于回波信号的强度在此处最高的两个相邻深度区的重叠部分来确定所述近似距离。
18.根据权利要求17所述的装置，其中，所述计算机可读代码进一步配置成引导所述处理器基于从所述多对相邻深度区中的各对反射的超声信号的心率与从所有所述多对相邻深度区的整个范围反射的超声信号的胎儿心率的一致性，从多对相邻深度区中选择所述两个相邻深度区。
19.根据权利要求14所述的装置，其中，所述计算机可读代码配置成引导所述处理器通过以下方式从所述超声信号中消除所述胎儿心脏信号贡献: 对所述超声信号进行自相关； 获得第一胎儿心跳之间的 周期； 识别所述周期的最小值； 切断所述超声信号的节段，其中，各个节段具有对应于所述最小值的长度，并且对准所述第一胎儿心跳； 通过所述节段中的所述第一胎儿心跳的幅度，使各个节段规格化； 确定所述规格化节段的平均值；以及 从各个节段中减去去规格化的平均节段。
20.根据权利要求14所述的装置，其中，所述计算机可读代码进一步配置成引导所述处理器识别围绕所述胎儿心脏的窗口，以及获取仅来自所述窗口内的所述超声信号。
全文摘要
本发明的名称为“在胎儿心脏监测期间的母亲贡献检测”。通过抑制来自超声信号的任何母亲贡献而根据超声信号确定胎儿心脏信号贡献。从超声信号中消除或减去胎儿心脏信号贡献。基于消除的结果，输出警报。
文档编号A61B8/00GK103169498SQ201210557780
公开日2013年6月26日 申请日期2012年12月20日 优先权日2011年12月20日
发明者S.卡巴科夫, S.M.法尔克, B.C.富克斯 申请人:通用电气公司