专利名称：无线宫压监护装置及方法
技术领域：
本发明涉及医疗器械领域，特别是涉及孕妇宫压监护装置及方法。
背景技术：
胎儿监护(fetal surveillance)是采用生物物理和生物化学的手段，对胎儿宫 内发育和安危状况进行评价的方法。胎儿监护是保障产妇和胎儿安全、实现 优生优育的重要手段。传统的胎儿监护多指胎心率电子监护(ElectronicFetal HeartRate Monitoring, EFM)和胎心宫缩监护(cardiotocography, CTG)。随 着社会对母婴健康和安全要求日益提高，对胎儿发育的生理和病理的研究成 为一项重要的课题。特别是胎心宫缩在临床上有着广泛的应用前景和深入研 究的意义。
由于怀孕期孕妇需要一种能提供长时间监护和咨询的仪器，由于时间长， 要求能在一个比较自由、舒适的环境中进行，这就对胎儿宫压监护装置及方 法提出更高的要求。特别地在分娩过程中，产妇的运动、体位的变化将拉扯 监护装置的导联线导致压力传感器与产妇接触不良或产生位置偏差，从而出 现监护参数的误差。同时，各种导线在产妇身上缠绕带来了十分不便和不适， 严重时甚至影响到产妇的生理和心理状况。特别在长时间监护和水中分娩的 时候，这些缺点尤其明显。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题的存在，提供一种利用无线通信传输技术
将胎儿宫压信号无线传输到监护装置主机的、既充分保证孕产妇不受线缆限 制而可自由活动的，又可有效保证各监护参数的可靠性及准确性，并方便医 护人员及时可靠地进行临床操作的无线宫压监护装置及方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的
一种无线宫压监护装置，其特点是包括依序连接组成为一体的压力传感 器、宫压信号处理电路和无线通信模块，其中，压力传感器将孕妇腹部的宫 压信号转换成电信号并将该电信号输出到宫压信号处理电路，宫压信号处理 电路对该电信号进行放大滤波处理后将其输入到无线通信模块并由无线通信 模块将所述的宫压电信号传输到胎儿监护主机的无线接收装置。
其中，上述无线通信模块的结构组成多种多样，既可以是上述无线通信 模块为FM调制传输模块，上述宫压电信号经FM调制传输模块利用FM调制技 术进行FM调制后发射给胎儿监护主机的无线接收装置。也可以是上述无线通 信模块为数字无线通信传输模块，此时上述宫压电信号经A/D转换和压缩编码 的数字信号处理后通过近距离通信传输模块NFC或ZigBee通信传输模块或蓝 牙通信传输模块或其他数字通信传输模块发射给胎儿监护主机的无线接收装 置。
同时，为进一步适应水中分娩这种既安全又可减轻孕妇分娩疼痛的新兴 分娩技术的需要，上述无线宫压监护装置还包括有密封式防水外壳，上述压 力传感器、宫压信号处理电路和无线通信模块均密封装置于该外壳内。
一种无线宫压监护方法，其特点是包括以下步骤
(1 )、压力传感器将孕产妇的腹部宫压信号转换成电信号并将其输出到 宫压信号处理电^各；
(2 )、宫压信号处理电路对电信号进行放大滤波处理后得到宫压电信号 并将该宫压电信号输出到无线通信模块；
(3 )、无线通信模块将宫压电信号进行信号调制处理后发射给胎儿监护 主机的无线接收装置。
也可以是上述步骤(3)中的调制处理方法包括以下步骤
(4.1 )、先将宫压电信号进行A/D转换得到宫压数字信息；
(4.2 )、将上述的宫压数字信息通过MCU或DSP进行压缩编码的数字信号
处理；
(4.3 )、将经压缩编码后的宫压数字信息通过近距离通信传输模块NFC或 ZigBee通信传输模块或蓝牙通信传输模块或其他数字通信传输模块发射给胎 儿监护主机的无线接收装置。
本发明由于巧妙地采用将无线通信技术与压力传感器及宫压信号处理电 路相结合为一体的结构，将宫压信号采集装置与监护主机相分离，从而有效 保证孕产妇不必再受监护主机的约束，可以自由方便地进行活动，既减轻了 心理负担，有效改善孕产妇的生理和心理状况，又可以充分保证各监护参教二 的可靠性与准确性，并大大地方便了医护人员及时可靠地进行临床操作。特 别地，采用的密封式防水外壳结构，使本发明能方便地适应水中分娩这种既 安全又可减轻孕妇分娩疼痛的新兴分娩技术的需要，进一步扩大了本发明的 应用范围。
以下结合附图详细描述本发明的实现及工作过程
图l是本发明所述的基于upcl651的FM无线收发模块电路； 图2是本发明所述的基于分立元件的远距离FM无线收发模块电路； 图3是本发明所述的nRF24El无线收发电路； 图4是本发明所述的MC13192无线收发电路； 图5是本发明所述的C8051F020与MC13192的接口电路； 图6是本发明所述的ADuC812与ROK101008的接口电路； 图7是本发明所述的无线探头充电电路； 图8是本发明所述的液晶显示接口电路； 图9是本发明所述的防水外壳的上盖； 图1 O是本发明所述的防水外壳的下盖； 图1 l是本发明所述的防水外壳的电池仓； 图12是本发明所述的防水外壳的电池盖； 图13是本发明所述的无线宫压监护装置的外观图； 图14是无线宫压监护装置的使用示意图。
具体实施例方式
本发明所述的无线宫压监护装置，包括依序连接组成为一体的压力传感 器、宫压信号处理电路和无线通信模块，其中，压力传感器将孕妇腹部的宫 压信号转换成电信号并将该电信号输出到宫压信号处理电路，宫压信号处理
电路对该电信号进行放大滤波处理后将其输入到无线通信模块并由无线通信
模块将所述的宫压电信号传输到胎儿监护主机的无线接收装置。 宫压信号的无线通信模块
本发明是使用无线通信技术传输宫压信息。经压力传感器、宫压信号处
理电路获取和处理后的腹部宫压信号是一个缓慢变化的电平信号，本发明其 所述无线通信模块的结构组成多种多样，既可以是上述无线通信模块为FM调
制传输模块，上述宫压电信号经FM调制传输;漠块利用FM调制技术进行FM调 制后发射给胎儿监护主机的无线接收装置。也可以是上述无线通信模块为数 字无线通信传输模块，此时上述宫压电信号经A/D转换和压缩编码的数字信号 处理后通过近距离通信传输模块NFC或ZigBee通信传输模块或蓝牙通信传输 模块或其他数字通信传输模块发射给胎儿监护主机的无线接收装置。以下详 细描述各无线传输方案的具体组成与实施 基于FM调频技术的无线收发模块
1、 基于upcl651的FM无线收发才莫块
如图1所示，本模块采用日本NEC公司生产的upcl651集成电路作为主要 器件，孕产妇的腹部宫压信号经Cl隔直后输入给upcl651进行频率调制，通过 调节L1或C3的大小可以达到调节发射频率的目的。该电路增益高，工作稳定， 从而保证了信号的高品质。用它组成FM调频发射电路有效发射距离大于30米。
2、 基于分立元件的远距离FM无线收发模块
如图2所示，本模块使用分立元件构成一个高功率的FM无线宫压信号传 输模块。Q2对经Q1放大后的孕产妇腹部宫压信号进行频率调制，通过调节L1 或C4的大小可以达到调节发射频率的目的。这个电路里增加了一个10dB的高 频緩沖器及一个音频放大器，理论上可以达到700米的传输距离。
基于数字无线通信技术的无线收发模块
1、基于NFC技术的无线收发模块
基于NFC技术的芯片中，较典型的就是Nordic公司生产的nRF24el，它工 作于2.4GHz全球开放频段，采用0.18um工艺设计，芯片内嵌增强型51内核、 ADC及其他外设，具有高集成度和极具竟争力的成本优势；内置硬件CRC检 错电路和多址通信控制，减少软件开销。
由于nRF24El自带51内核和ADC等外设，所以不必再外加MCU芯片，可 以利用内嵌的51内核来实现其它所需功能。本发明中无线收发模块电路部分 由2.4G无线收发芯片nRF24El及外围电路组成。主要的外围器件包括用于 存放程序代码的串行EEPROM、用于保存子机号的单总线EEPROM DS2430A、 为芯片提供工作时钟的无源晶振和射频天线电路等。
如图3所示，U2是SPI接口的EEPROM,用于存》文nRF24El运行所需的程 序代码。因为nRF24E 1本身提供了 一个SPI Master接口 ，所以把U2直接接到 nRF24El的SPIMaster接口上。当nRF24El上电启动时，自动从U2中读取程序 运行；U6是DALLAS公司基于l-wire总线的256Bit EEROM,用于存储装置的 机号，发射频点等信息。通过软件修改EEROM的内容可以达到修改发射频点 的目的。
腹部宫压信号经nRF24El自带的ADC采样后进行数字处理和协议封装， 再经过nRF24E 1的无线收发单元把腹部宫压信号发射出去。 2、基于ZigBee技术的无线收发模块
基于ZigBee技术的芯片有很多，如CC2420、 CC2430、 MC13192、 MC13193 等等。本发明MC13192作为无线收发芯片，该芯片的工作频带为2.4G,彩:据 传输速率为250Kbps,该芯片只需极少的外围器件，即可构成收发电路，它的 外围电路包括电源供电、晶振时钟电路等，其典型匹配电路图如图4所示， PAO+、 PAO-管脚为射频发射端，RFIN-、 RFIN+管脚为射频输入端。
由于该芯片没有内嵌控制器，所以必须加外MCU接口电路。MUC芯片可 使用带有ADC外设的低功耗芯片，如C8051F系列、MSP430F系列、ATmega 系列等等芯片，本发明使用C8051F020，其接口电路如图5所示。C8051F020 通过SPI总线对MC13192进行控制，包括对寄存器的读写等。另外，MC13192 主动发收中断信号来告诉C8051F020射频芯片有事件发生，C8051F020通过I0 口控制MC13192的复位、工作^f莫式切换等。此时
腹部宫压信号须先进行A/D采样和数字处理，然后进行发射控制，把处理 后的信号发射出去。此时所述的无线通信模块中还包含有A/D采样和数字信号 处理，A/D采样可以选用单独的A/D转换芯片，或者是带有A/D转换功能的 MCU进行。使用微处理器MCU或DSP对A/D采样后的数字信号进行处理。首 先微处理器对信号进行数字平滑滤波和数字编码处理，然后打包成适合无线 传输的数据包格式，包头叠加上宫压监控装置自身的序号和特征码，包尾加 上CRC冗余校验，最后送给无线收发模块进行无线传输。 3、基于蓝牙技术的无线收发模块
在蓝牙技术应用中，主要有蓝牙芯片组和蓝牙^t块两种形式蓝牙芯片 组包括蓝牙射频模块、蓝牙基带芯片、存储Firmware的Flash等几块芯片，共 同完成蓝牙的无线通信和链路管理功能；蓝牙模块把射频、基带、链路管理 器和HCI层集成到了一块芯片上，通过RS-232、 USB等总线接口实现HCI (主 机控制器接口)指令接口，因而在应用上，蓝牙模块比蓝牙芯片组更为方便， 本发明以蓝牙模块ROK101008为例来设计无线收发模块，实际应用中可使用 其它模块或芯片，如ROK101008、 ROK104001、 RF1968、 TR0700等等。
ROK101008包含三个主要部分基带控制器、Flash (内含固件)和射频 部分，支持UART、 PCM和I2C三种接口形式，采用内部晶振和时钟，工作频 段为2.4G。由于ROK101008各种外围电路已经集成在一个模块，所以使用非 常方便，只要接上天线、电源，则可正常工作，如图6所示是该模块与单片式 数据采集芯片ADuC812的接口图，两者通过串口通信。
腹部宫压信号须先经过ADuC812进行A/D釆样和数字处理，然后通过串口 传送给蓝牙模块进行发射。由于串口速率有限，所以腹部宫压信号必须先经 过数字压缩编码。
供电电源
对于便携式设备，本发明所述无线宫压监护装置还包括有供电电源和液 晶显示模块，其中所述供电装置分别与压力传感器、宫压信号处理电路、无 线通信模块连接并分别为其提供电源，所述液晶显示模块与供电电源及无线 通信模块连接并可显示出供电电源的电量、无线通信模块的通信状态、序号 标识或其他状态标识。电源部分的设计十分重要。考虑到供电电源的通用性 和使用寿命，本发明采用可反复多次充电的可充式锂电池作为供电电源。此 时所述的供电电源电路部分由电源开启触发电路、电源控制电路、及锂电池 充电电路等构成。锂电池充电芯片选用LINEAR公司的LTC-4054。 LTC-4054 是一款完整的单节锂电池用恒定电流/恒定电压线性充电器，其充电控制电路 如图7所示，充电电源通过脚4输入，脚3输出特定的电量给锂电池充电。为了 禁止充电芯片频繁给锂离子电池充电，MCU4企测电池电压低于某个阈值时才 通过脚5开启电池充电功能，而MCU通过充电芯片的充电状态引脚CHR判断 电池是否充满。 液晶显示模块
为了方便操作者对本装置的使用，本发明采用LCD显示电池电量、子机 序号及标识，通信状态等信息。图8为液晶显示的接口和操作时序图。MCU 通过4根信号线对LCD写入显示内容。
防水外壳
水中分娩是一种既安全又可以减轻孕妇分娩疼痛的新兴分娩技术，它要求 监护装置能在水中正常工作。为了既能满足防水的功能，又可便于生产安装 和用户使用，本发明所述无线宫压监护装置还包括有密封式防水外壳，上述 压力传感器、宫压信号处理电路和无线通信模块均密封装置于该外壳内，此 时该外壳采用双色模(双料模)注塑成型技术，材料分别为ABS和TPE。外壳 分上盖和下盖，上盖有一个安^:电池的电池仓。上盖和下盖通过上螺丝的方 式进行结合和固定，内部放置电路模块。
防水结构
为了保证液体不会进入内部电路，上下盖结合的地方必须有良好的致密 性。本设计中上盖的边缘采用材质较硬的ABS凸台，如图9。下盖的对应部位 则在ABS中嵌入热塑性弹性体(TPE),如图IO。当上下盖结合时，上盖的 ABS凸台均匀地压紧了下盖的TPE材料，确保了致密防水的要求。同时外壳上 盖有一电池仓，用于放置为无线胎心监护装置供电的电池。为了防止液体进 入电池仓，电池仓口留一圈凹槽，如图ll。电池盖4吏用双色才臭技术，在ABS 上嵌入TPE凸台，如图12,从而保证了电池仓的密封性，满足防水的要求。
无线宫压监护装置在孕妇身上的固定方式
本无线宫压监护装置可以使用专用的防水绑带或医用胶布固定在孕妇的 身上。为了确保临床操作的方便快捷，外壳上有一个绑带纽扣(图13)，绑 带或胶布上留有若干个纽门。当监护人员确定了装置的位置后，把绑带(或 胶布)扣在装置上，然后固定在孕妇身上。使用纽扣的固定方式比使用传统 的弹簧夹操作更容易简便，固定更可靠准确。图14是无线宫压监护装置的使
用示意图。
无线宫压监护装置的工作过程如下
本装置使用时是将压力传感器置于孕妇的腹部上，将孕妇腹部宫压信号 转换为电信号并进行放大滤波处理。处理后的孕妇腹部宫压信号经过无线传 输模块传送给接收模块，从而实现孕妇宫压的无线监护。
无线模块可以是FM调制模块或数字无线通信模块(如NFC、 ZIGBEE或蓝 牙等)。使用数字无线通信模块传输时，先把孕妇腹部宫压信号进行A/D转 换，然后使用MCU进行数字信号处理和各种状态的监控和设置，与此同时使 用液晶屏对各种状态进行显示。
由于使用了无线通信技术，去除了导线对孕妇的约束，因此只要把无线 宫压监护装置固定在孕妇身上就可以进行胎儿监护，从而为孕妇提供了自由 舒适的监护环境，同时方便了医护人员的临床操作。
本装置釆用了防水结构设计，通过使用双色模(双料模)注塑成型技术， 保证了外壳结合处的致密性，从而满足水中分娩时的监护要求。
本发明所述的无线宫压监护方法，包括以下步骤
(1 )、压力传感器将孕产妇的腹部宫压信号转换成电信号并将其输出到 宫压信号处理电路；
(2 )、宫压信号处理电路对电信号进行放大滤波处理后得到宫压电信号
并将该宫压电信号输出到无线通信模块；
(3 )、无线通信模块将宫压电信号进行信号调制处理后发射给胎儿监护
主机的无线接收装置。
其中上述步骤(3)中的调制处理既可以为采用FM调制的调频处理方法。 也可以是上述步骤(3)中的调制处理方法包括以下步骤
(4.1 )、先将腹部宫压电信号进行A/D转换得到宫压数字信息；
(4.2 )、将上述的宫压数字信息通过MCU或DSP进行压缩编码的数字信号
处理；
(4.3 )、将经压缩编码后的宫压数字信息通过近距离通信传输模块NFC或 ZigBee通信传输模块或蓝牙通信传输模块或其他数字通信传输模块发射给胎 儿监护主机的无线接收装置。
权利要求
1、一种无线宫压监护装置，其特征在于包括依序连接组成为一体的压力传感器、宫压信号处理电路和无线通信模块，其中，压力传感器将孕妇腹部的宫压信号转换成电信号并将该电信号输出到宫压信号处理电路，宫压信号处理电路对该电信号进行放大滤波处理后将其输入到无线通信模块并由无线通信模块将所述的宫压电信号传输到胎儿监护主机的无线接收装置。
2、 根据权利要求l所述的无线宫压监护装置，其特征在于上述无线通信 模块为FM调制传输模块，上述宫压电信号经FM调制传输模块利用FM调制技 术进行FM调制后发射给胎儿监护主机的无线接收装置。
3、 根据权利要求l所述的无线宫压监护装置，其特征在于上述无线通信 模块为数字无线通信传输模块，其中上述宫压电信号经A/D转换和压缩编码的 数字信号处理后通过近距离通信传输^^莫块NFC或ZigBee通信传输^t块或蓝牙 通信传输模块或其他数字通信传输模块发射给胎儿监护主机的无线接收装 置。
4、 根据权利要求1或2或3所述的无线宫压监护装置，其特征在于上述无 线胎儿监护装置还包括有供电电源和液晶显示模块，其中所述供电装置分别 与压力传感器、宫压信号处理电路、无线通信模块连接并分别为其提供电源， 所述液晶显示模块与供电电源及无线通信模块连接并可显示出供电电源的电 量、无线通信模块的通信状态、序号标识或其他状态标识。
5、 根据权利要求4所述的无线宫压监护装置，其特征在于上述供电电源， 为可重复充电的充电式锂电池。
6、 根据权利要求1或2或3所述的无线宫压监护装置，其特征在于上述无线宫压监护装置还包括有密封式防水外壳，上述压力传感器、宫压信号处理 电路和无线通信模块均密封装置于该外壳内。
7、 一种无线宫压监护方法，其特征在于包括以下步骤(1 )、压力传感器将孕产妇的腹部宫压信号转换成电信号并将其输出到 宫压信号处理电3备；(2 )、宫压信号处理电路对电信号进行放大滤波处理后得到宫压电信号 并将该宫压电信号输出到无线通信模块；(3 )、无线通信模块将宫压电信号进行信号调制处理后发射给胎儿监护 主机的无线接收装置。
8、 根据权利要求7所述的无线宫压监护方法，其特征在于上述步骤(3) 中的调制处理方法为采用FM调制的调频处理方法。
9、 根据权利要求7所述的无线宫压监护方法，其特征在于上述步骤(3) 中的调制处理方法包括以下步骤(4.1 )、先将宫压电信号进行A/D转换得到宫压数字信息；(4.2 )、将上述的宫压数字信息通过MCU或DSP进行压缩编码的数字信号处理；(4.3 )、将经压缩编码后的宫压数字信息通过近距离通信传输模块NFC或 ZigBee通信传输模块或蓝牙通信传输模块或其他数字通信传输模块发射给胎 J L监护主机的无线接收装置。
全文摘要
一种无线宫压监护装置，包括依序连接组成为一体的压力传感器、宫压信号处理电路和无线通信模块，其中，压力传感器将孕妇腹部的宫压信号转换成电信号并将该电信号输出到宫压信号处理电路进行放大滤波处理后将其输入到无线通信模块将所述的宫压电信号传输到胎儿监护主机的无线接收装置。本发明由于巧妙地采用将无线通信技术与压力传感器及宫压信号处理电路相结合为一体的结构，将宫压信号采集装置与监护主机相分离，从而有效保证孕产妇不必再受监护主机的约束，可以自由方便地进行活动，又可以充分保证各监护参数的可靠性与准确性。
文档编号A61B5/03GK101167648SQ20071003143
公开日2008年4月30日 申请日期2007年11月16日 优先权日2007年11月16日
发明者容敬波, 沈以鸿, 陆尧胜, 陈燕华, 黄志聪 申请人:陆尧胜