一种基于智能手机的可穿戴式胎儿心电监护系统及方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于智能手机的可穿戴式胎儿心电监护系统，包括信号采集器、信号处理器、胎儿心电数据无线传输装置、带有用户端胎儿心电监护模块的智能手机、带有医生端胎儿心电监护模块的智能手机、电源管理模块，所述信号采集器的信号输出端与所述信号处理器的输入端相连，所述信号处理器的输出端与所述胎儿心电数据无线传输装置相连，所述电源管理模块分别与所述信号采集器、信号处理器、胎儿心电数据无线传输装置。本发明一种基于智能手机的可穿戴式胎儿心电监护系统采用模拟集成前端器件，显著减少元器件数量，集成度高，功耗显著降低，该装置轻便，不会给孕妇佩戴带来不适感，适合长程动态的监护。
【专利说明】—种基于智能手机的可穿戴式胎儿心电监护系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种胎儿心电监护系统及方法，具体涉及一种基于智能手机的可穿戴式胎儿心电监护系统及方法。
【背景技术】
[0002]怀孕期间孕妇腹部心电图记录是反映母亲和胎儿心搏活动是否正常的重要指标。从孕妇腹部心电图中提取出胎儿的心电图是评价胎儿宫内健康状况的重要依据，作为胎儿监护的常规方法，胎心监护在判断胎儿是否窘迫、预防和降低围产儿发病率和死亡率上发挥了重要作用。
[0003]目前胎儿生长发育的临床监护多采用多普勒超声胎儿心音监护，由于多普勒超声胎心监护的超声传感器和探测器件比较笨重，孕妇佩带，特别是活动时有不舒适感，不适于长程动态监护。临床上往往由于监测时间与胎儿活动时间不一致，使得监测结果不理想，如果多次监测结果不理想必然会对孕妇造成比较大的心理影响。另外2MHz超声信号长时间作用于孕妇腹部，对胎儿的健康发育会有一定影响。相比于多普勒超声，通过几个轻便的金属电极和信号的采集与处理装置提取腹部心电信号的方式具有操作简单、佩带方便等特点，作为一种非侵入式的检测方法，适用于日常生活环境下对胎儿心电信号进行长程动态的监测。而且胎儿异常时，胎儿心电图的变化比心音、心动等发生的更早、更敏感。通过对胎儿心电波形的记录和分析，结合临床观察，可及时发现胎儿缺氧、脐带缠绕等妊娠期或分娩期的病理情况，以便及时采取措施，保证胎儿健康安全。
[0004]虽然通过电极提取 胎儿心电图是临床胎儿生长发育监护最理想的方法，但是由于胎儿所处环境的影响，胎儿心电信号淹没在大量的噪声信号中，其中主要包括母亲心电信号、工频干扰、母亲肌电干扰、呼吸运动干扰，如图I所示；胎儿心电信号的频段分布在
O.5Hz — IOOHz范围内，它极易受到50Hz工频噪声干扰和直流漂移的影响。另外从孕妇腹部记录的心电信号中既包含胎儿心电信号，又含有母亲自身的心电信号，母亲心电信号的QRS复波的幅度大约为IOOuV — 150uV，而胎儿心电信号的QRS复波的最大幅度仅约为60uV，后者信号的能量估计还不到整个腹部心电信号能力的四分之一。此外，这两种信号在频谱分布上相互重叠，使用传统的频段选择滤波器来对这两种信号进行分离几乎是无法实现的。而且母亲的肌肉收缩、呼吸、肌电以及体表子宫电信号都是胎儿心电检测的重要干扰源，如果伴随有子宫收缩，还会对胎儿心电信号造成严重的破坏。由于电极的置放位置没有统一的标准，胎儿信号的提取还会受电极的置放部位，以及胎儿的实际孕周和胎儿在子宫内的位置的影响。正因为有了上述各种约束条件的限制，对于胎儿心电信号的实时提取是一项非常困难的任务。
[0005]临床使用的胎儿监护设备一般需要医生或医护人员操作，而且数量有限，无法满足孕妇日常生活下对胎儿监护的需求。
【发明内容】
[0006]本发明所要解决的技术问题是提供一种基于智能手机的可穿戴式胎儿心电监护系统及方法，能可靠、安全地检测出胎儿心电信号，并可佩戴在孕妇身上，使用方便，同时也可以得到远程医生的监护。
[0007]本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种基于智能手机的可穿戴式胎儿心电监护系统，包括信号采集器、信号处理器、胎儿心电数据无线传输装置、带有用户端胎儿心电监护模块的智能手机、带有医生端胎儿心电监护模块的智能手机、电源管理模块，所述信号采集器的信号输出端与所述信号处理器的输入端相连，所述信号处理器的输出端与所述胎儿心电数据无线传输装置的输入端相连，所述胎儿心电数据无线传输装置的输出端通过无线信号与所述带有用户端胎儿心电监护模块的智能手机互联，所述带有用户端胎儿心电监护模块的智能手机通过移动通信网络与所述带有医生端胎儿心电监护模块的智能手机互联，所述电源管理模块分别与所述信号采集器、信号处理器、胎儿心电数据无线传输装置相连，
[0008]所述信号采集器为集成模拟前端器件，所述信号采集器上设有四个电极，所述信号采集器用于采集孕妇腹部心电信号，并将孕妇腹部心电信号传递给信号处理模块；
[0009]所述信号处理器用于将从孕妇腹部提取的混合心电信号进行数字滤波处理并分离胎儿心电信号；
[0010]所述胎儿心电数据传输装置用于将经过信号处理模块处理后的孕妇心电信号发送至带有用户端胎儿心电监护模块的智能手机上；
[0011]所述带有用户端胎儿心电监护模块的智能手机用于以无线方式接收胎儿心电信号数据，并在带有用户端胎儿心电监护模块的智能手机显示屏上显示胎儿心电信号波形；
[0012]带有医生端胎儿心电监护模块的智能手机用于通过移动通信网络从所述用户的智能手机中获得胎儿心电信号；
`[0013]所述电源管理模块用于向信号采集器、信号处理器、胎儿心电数据无线传输装置供电。
[0014]在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
[0015]进一步，所述胎儿心电数据无线传输装置为蓝牙无线通信装置。
[0016]进一步,所述蓝牙无线通讯装置为蓝牙4. O器件nRF8001。
[0017]进一步，所述信号采集器为集成脑电/心电模拟前端器件ADS1298。
[0018]进一步，所述信号处理器为数字信号处理器0MAP3530。
[0019]进一步，所述数字信号处理器0MAP3530将从孕妇腹部提取的混合心电信号进行数字滤波处理并分离胎儿心电信号的过程为，用截止频率为O. 5Hz高通滤波器对混合心电信号处理，以抑制基线漂移；用截止频率为IOOHz低通滤波器对抑制基线漂移后的信号进行进一步处理，以抑制肌电干扰；采用盲源分离方法从三路经过数字滤波后的混合心电信号中分离出胎儿心电信号。
[0020]进一步，所述信号处理器中设有显示接口、外部存储接口，所述显示接口与外部显示器相连，所述外部存储接口与外部SD卡存储器相连。
[0021]进一步，所述电源管理模块为可充电锂电池。
[0022]本发明一种基于智能手机的可穿戴式胎儿心电监护系统的有益效果是：发明一种基于智能手机的可穿戴式胎儿心电监护系统采用模拟集成前端器件，显著减少元器件数量，集成度高，功耗显著降低，该装置轻便，不会给孕妇佩戴带来不适感，适合长程动态的监护，能随时随地监护胎儿心电信号，满足孕妇日常生活下对胎儿监护的需求；同时设有有效的数字信号处理，采用高性能数字信号处理器对混合心电信号进行处理，对信号中的噪声和基线漂移进行可靠的抑制，采用盲源信号分离方法，从混合信号中自动提取胎儿心电信号。
[0023]基于上述一种基于智能手机的可穿戴式胎儿心电监护系统，本发明还提供一种基于智能手机的可穿戴式胎儿心电监护的方法，该方法包括以下步骤：
[0024]S100，信号采集模块的集成脑电/心电模拟前端器件ADS1298获取孕妇腹部心电
信号;
[0025]S200，信号处理模块的数字信号处理器0MAP3530将从孕妇腹部提取的混合心电信号进行数字滤波处理并分离胎儿心电信号；
[0026]S300，将得到的胎儿心电信号通过蓝牙4. O器件nRFSOOl传输到带有用户端胎儿心电监护模块的智能手机上；
[0027]S400，所述带有用户端胎儿心电监护模块的智能手机通过移动通信网络，将胎儿心电信号传送至带有 医生端胎儿心电监护模块的智能手机上。
[0028]在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
[0029]进一步，在进 行胎儿心电监护时，基于智能手机的可穿戴式胎儿心电监护系统直接佩戴在孕妇身上。
[0030]进一步，集成脑电/心电模拟前端器件ADS1298获取孕妇腹部心电信号时，将集成脑电/心电模拟前端器件ADS1298的放大器输入端口的四个电极以孕妇肚脐为中心呈菱形排列，其中肚脐下方的一个电极为参考电极。
[0031]进一步，所述数字信号处理器0MAP3530将从孕妇腹部提取的混合心电信号进行数字滤波处理并分离胎儿心电信号的方法为，
[0032]S201，用截止频率为O. 5Hz高通滤波器对混合心电信号处理，以抑制基线漂移；
[0033]S202，用截止频率为IOOHz低通滤波器对抑制基线漂移后的信号进行进一步处理，以抑制肌电干扰；
[0034]S203，采用盲源分离方法从三路经过数字滤波后的混合心电信号中分离出胎儿心电信号。
【专利附图】
【附图说明】
[0035]图I为孕妇腹部心电信号示意图；
[0036]图2为本发明一种基于智能手机的可穿戴式胎儿心电监护系统的结构框图；
[0037]图3为本发明一种基于智能手机的可穿戴式胎儿心电监护系统中自动提取胎儿心电信号流程图；
[0038]图4为本发明一种基于智能手机的可穿戴式胎儿心电监护系统分离得到的胎儿心电信号和母亲心电信号对比图。
【具体实施方式】
[0039]以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
[0040]如图2所示，一种基于智能手机的可穿戴式胎儿心电监护系统，包括信号采集器、信号处理器、胎儿心电数据无线传输装置、带有用户端胎儿心电监护模块的智能手机、带有医生端胎儿心电监护模块的智能手机、电源管理模块，所述信号采集器的信号输出端与所述信号处理器的输入端相连，所述信号处理器的输出端与所述胎儿心电数据无线传输装置的输入端相连，所述胎儿心电数据无线传输装置的输出端通过无线信号与所述带有用户端胎儿心电监护模块的智能手机互联，所述带有用户端胎儿心电监护模块的智能手机通过移动通信网络与所述带有医生端胎儿心电监护模块的智能手机互联，所述电源管理模块分别与所述信号采集器、信号处理器、胎儿心电数据无线传输装置相连。所述信号采集器为集成模拟前端器件，所述信号采集器为集成脑电/心电模拟前端器件ADS1298，所述信号采集器上设有四个电极，所述信号采集器用于采集孕妇腹部心电信号，并将孕妇腹部心电信号传递给信号处理模块。所述信号处理器为数字信号处理器0MAP3530，所述信号处理器用于将从孕妇腹部提取的混合心电信号进行数字滤波处理并分离胎儿心电信号，其过程为，首先用截止频率为O. 5Hz高通滤波器对混合心电信号处理，以抑制基线漂移，然后用截止频率为IOOHz低通滤波器对抑制基线漂移后的信号进行进一步处理，以抑制肌电干扰，最后采用盲源分离方法从三路经过数字滤波后的混合心电信号中分离出胎儿心电信号，其自动提取胎儿心电信号的流程如图3所示，其分离得到的胎儿心电信号和母亲心电信号效果如图4所示；所述信号处理器中还设有显示接口、外部存储接口，所述显示接口与外部显示器相连，所述外部存储接口与外部SD卡存储器相连，可以本地存储和显示胎儿心电信号。所述胎儿心电数据无线传输装置为蓝牙无线通信装置，所述蓝牙无线通讯装置为低功耗蓝牙
4.O器件nRFSOOl，所述胎儿心电数据传输装置用于将经过信号处理模块处理后的孕妇心电信号发送至带有用户端胎儿心电监护模块的智能手机上。所述带有用户端胎儿心电监护模块的智能手机用于以无线方式接收胎儿心电信号数据，并在带有用户端胎儿心电监护模块的智能手机显示屏上显示胎儿心电信号波形。所述带有医生端胎儿心电监护模块的智能手机用于通过移动通信网络从所述用户的智能手机中获得胎儿心电信号，医生可以查看来自用户端的胎儿心电信号波形，可提供远程的医护和服务。所述电源管理模块为可充电锂电池，所述电源管理模块用于`向信号采集器、信号处理器、胎儿心电数据无线传输装置供电，所述锂电池采用大容量锂电池，对系统供电；所述锂电池可重复充电使用，输出电压为
3.8V，容量为 2000mAh。
[0041]基于上述一种基于上述一种基于智能手机的可穿戴式胎儿心电监护系统，本发明还提供一种基于智能手机的可穿戴式胎儿心电监护的方法，在进行胎儿心电监护时，基于智能手机的可穿戴式胎儿心电监护系统直接佩戴在孕妇身上。
[0042]首先以孕妇腹部的肚脐为中心，上下左右四个位置各安放一个电极，四个电极与肚脐中心相距3~5厘米，四个电极以孕妇肚脐为中心呈菱形排列，其中肚脐下方为参考电极，其他三个为信号电极，通过集成脑电/心电模拟前端器件ADS1298获取孕妇腹部心电信号。
[0043]然后数字信号处理器0MAP3530将从孕妇腹部提取的混合心电信号进行数字滤波处理并分离胎儿心电信号；其中，所述数字信号处理器0MAP3530将从孕妇腹部提取的混合心电信号进行数字滤波处理并分离胎儿心电信号的方法为：首先，用截止频率为O. 5Hz高通滤波器对混合心电信号处理，以抑制基线漂移；然后，用截止频率为IOOHz低通滤波器对抑制基线漂移后的信号进行进一步处理，以抑制肌电干扰；最后，采用盲源分离方法从三路经过数字滤波后的混合心电信号中分离出胎儿心电信号。
[0044]其次，将得到的胎儿心电信号通过蓝牙4. O器件nRFSOOl传输到带有用户端胎儿心电监护模块的智能手机上；其过程为打开带有用户端胎儿心电监护模块的智能手机的蓝牙接口，建立与所述蓝牙无线通信模块的配对连接，所述带有用户端胎儿心电监护模块的智能手机以无线方式接收胎儿心电信号数据，并在手机显示屏上显示胎儿心电信号波形。
[0045]最后，带有用户端胎儿心电监护模块的智能手机通过移动通信网络，将胎儿心电信号传送至带有医生端胎儿心电监护模块的智能手机上，医生可以查看来自用户端的胎儿心电信号波形，可提供远程的医护和服务。 [0046]以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种基于智能手机的可穿戴式胎儿心电监护系统，其特征在于:包括信号采集器、信号处理器、胎儿心电数据无线传输装置、带有用户端胎儿心电监护模块的智能手机、带有医生端胎儿心电监护模块的智能手机、电源管理模块，所述信号采集器的信号输出端与所述信号处理器的输入端相连，所述信号处理器的输出端与所述胎儿心电数据无线传输装置的输入端相连，所述胎儿心电数据无线传输装置的输出端通过无线信号与所述带有用户端胎儿心电监护模块的智能手机互联，所述带有用户端胎儿心电监护模块的智能手机通过移动通信网络与所述带有医生端胎儿心电监护模块的智能手机互联，所述电源管理模块分别与所述信号采集器、信号处理器、胎儿心电数据无线传输装置相连， 所述信号采集器为集成模拟前端器件，所述信号采集器上设有四个电极，所述信号采集器用于采集孕妇腹部心电信号，并将孕妇腹部心电信号传递给信号处理模块； 所述信号处理器用于将从孕妇腹部提取的混合心电信号进行数字滤波处理并分离胎儿心电信号； 所述胎儿心电数据传输装置用于将经过信号处理模块处理后的孕妇心电信号发送至带有用户端胎儿心电监护模块的智能手机上； 所述带有用户端胎儿心电监护模块的智能手机用于以无线方式接收胎儿心电信号数据，并显示胎儿心电信号波形； 带有医生端胎儿心电监护模块的智能手机用于通过移动通信网络从所述带有用户端胎儿心电监护模块的智能手机中获得胎儿心电信号； 所述电源管理模块用于向信号采集器、信号处理器、胎儿心电数据无线传输装置供电。
2.根据权利要求1 所述的一种基于智能手机的可穿戴式胎儿心电监护系统，其特征在于:所述胎儿心电数据无线传输装置为蓝牙无线通信装置。
3.根据权利要求2所述的一种基于智能手机的可穿戴式胎儿心电监护系统，其特征在于:所述蓝牙无线通讯装置为蓝牙4.0器件nRFSOOl。
4.根据权利要求1至3任一项所述的一种基于智能手机的可穿戴式胎儿心电监护系统，其特征在于:所述信号采集器为集成脑电/心电模拟前端器件ADS1298。
5.根据权利要求1至3任一项所述的一种基于智能手机的可穿戴式胎儿心电监护系统，其特征在于:所述信号处理器为数字信号处理器0MAP3530。
6.根据权利要求5所述的一种基于智能手机的可穿戴式胎儿心电监护系统，其特征在于:所述数字信号处理器0MAP3530将从孕妇腹部提取的混合心电信号进行数字滤波处理并分离胎儿心电信号的过程为，用截止频率为0.5Hz高通滤波器对混合心电信号处理，以抑制基线漂移；用截止频率为IOOHz低通滤波器对抑制基线漂移后的信号进行进一步处理，以抑制肌电干扰；采用盲源分离方法从三路经过数字滤波后的混合心电信号中分离出胎儿心电信号。
7.根据权利要求1至3任一项所述的一种基于智能手机的可穿戴式胎儿心电监护系统，其特征在于:所述信号处理器中设有显示接口、外部存储接口，所述显示接口与外部显示器相连，所述外部存储接口与外部SD卡存储器相连。
8.根据权利要求1至3任一项所述的一种基于智能手机的可穿戴式胎儿心电监护系统，其特征在于:所述电源管理模块为可充电锂电池。
9.一种基于智能手机的可穿戴式胎儿心电监护方法，其特征在于:包括以下步骤，S100，信号采集模块的集成脑电/心电模拟前端器件ADS1298获取孕妇腹部心电信号; S200，信号处理模块的数字信号处理器0MAP3530将从孕妇腹部提取的混合心电信号进行数字滤波处理并分离胎儿心电信号； S300，将得到的胎儿心电信号通过蓝牙4.0器件nRFSOOl传输到带有用户端胎儿心电监护模块的智能手机上； S400，所述带有用户端胎儿心电监护模块的智能手机通过移动通信网络，将胎儿心电信号传送至带有医生端胎儿心电监护模块的智能手机上。
10.根据权利要求9所述的一种基于智能手机的可穿戴式胎儿心电监护方法，其特征在于:在进行胎儿心电监护时，基于智能手机的可穿戴式胎儿心电监护系统直接佩戴在孕妇身上。
11.根据权利要求9或10所述的一种基于智能手机的可穿戴式胎儿心电监护方法，其特征在于:集成脑电/心电模拟前端器件ADS1298获取孕妇腹部心电信号时，将集成脑电/心电模拟前端器件ADS1298的放大器输入端口的四个电极以孕妇肚脐为中心呈菱形排列，其中肚脐下方的一个电极为参考电极。
12.根据权利要求9或10所述的一种基于智能手机的可穿戴式胎儿心电监护方法，其特征在于:所述数字信号处理器0MAP3530将从孕妇腹部提取的混合心电信号进行数字滤波处理并分离胎儿心电信号的 方法为， S201，用截止频率为0.5Hz高通滤波器对混合心电信号处理，以抑制基线漂移； S202，用截止频率为IOOHz低通滤波器对抑制基线漂移后的信号进行进一步处理，以抑制肌电干扰； S203，采用盲源分离方法从三路经过数字滤波后的混合心电信号中分离出胎儿心电信号。
【文档编号】A61B5/0444GK103767701SQ201410012151
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2014年1月10日 优先权日:2014年1月10日
【发明者】陈军波, 陈心浩, 陈亚光, 刘海华 申请人:中南民族大学