胎心监测设备的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种胎心监测设备，其特征在于，包括传感节点和个人网关，其中，所述传感节点不主动向胎儿发射超声波，而是被动地采集孕妇腹部表面的声音或振动以获取胎心信号，并通过无线的方式发送给所述个人网关；所述个人网关，用于对所述传感节点发送来的胎心信号进行处理，获得胎心率。通过本设备，孕妇能够自行在家中长时间无线监测胎儿的健康状况，使用传感器的被动式胎心音监测对胎儿不存在健康威胁，尤其适用于对高危孕妇的监测。
【专利说明】胎心监测设备
【技术领域】
[0001]本发明属于电子设备以及数字信号处理领域，特别涉及一种能够进行长时间被动式监测的胎心监测设备。
【背景技术】
[0002]在孕妇怀孕期间，尤其是怀孕中晚期，对胎儿的各项指标进行监护，能够了解胎儿在子宫内的健康状况，及早发现胎儿的异常。监测胎心主要是为了获得胎儿的实时心率，胎儿心率是否正常，是判断胎儿在母体内是否缺氧的重要指标。因此胎心监测是孕期检查的
一个重要项目。
[0003]目前对胎儿进行胎心监测主要采用多普勒超声监测。多普勒超声监测的原理是使用能够发射超声波的探头，向胎儿心脏的位置发射超声波，当超声波遇到运动的心脏而发生反射时，由于多普勒效应，回波的频率会发生轻微的改变，对回波信号进行计算可以得到胎儿的心率。由于多普勒超声监测主动发射超声波进行探测，能够有效探测胎儿微弱的心脏跳动，对胎儿的心率分析准确度高，因此在胎心监测中被广泛采用。
[0004]但是，超声波对人体组织有一定的热效应和声学效应，对胎儿的健康可能有潜在的危害，因此对胎儿进行超声监测的时间应加以控制。如果希望对胎心实现长时间不间断的监测，以实时获取胎儿的健康信息，使用多普勒超声不是一个理想的选择。另外，目前医院常规的胎心监护在20分钟左右，怀孕30周以后每隔一到两周需要到医院进行一次。而对于高危孕妇，则需要更加频繁的监护，甚至需要提前住院，给孕妇与家人带来了较大的不便，不少孕妇希望能够在家中随时了解胎儿的健康状况`。而目前常见的便携式电子胎心监测仪均使用多普勒超声监测，其中一些设备使用的超声波剂量并没有经过严格的测试和监管，有可能对胎儿健康造成不良影响。
[0005]在多普勒超声胎心监护仪没有普及之前，对胎心的监测常采用传统的胎音听诊设备，包括木制的胎心听筒和医用听诊器。基于听诊的被动式探测方法对胎儿安全无损，但是由于无法对声音信号进行放大和记录，因此已经逐渐被多普勒超声设备所取代。随着传感器技术的发展，如果能够采用传感器的被动式的探测方法，例如使用声学传感器收集母体腹部的声音信号并采用信号处理的方法计算胎儿心率，就能够实现对胎儿的长时间不间断的监测,而且安全性高,成本低廉。
【发明内容】
[0006](一)所要解决的技术问题
[0007]本发明针对现有多普勒超声胎心音监测可能存在的安全性问题，提出了一种无需采用超声波的被动式胎心监测设备。
[0008](二)技术方案
[0009]本发明提供一种胎心监测设备，包括传感节点和个人网关，其中，所述传感节点，不主动向胎儿发射超声波，而是被动地采集孕妇腹部表面的声音或振动以获取胎心信号，并通过无线的方式发送给所述个人网关；所述个人网关，用于对所述传感节点发送来的胎心信号进行处理，获得胎心率。
[0010]较优地，所述个人网关，进一步用于与广域网相连接，将所述胎心率传送给外部处
理设备。
[0011 ] 进一步的，所述传感节点包括:传感器和收发单元，其中，所述传感器，用于采集所述胎心信号，并将所述胎心信号转化为电信号，并将所述电信号发送给所述收发单元；所述收发单元，用于将从所述传感器接收的电信号发送到所述个人网关。
[0012]较优地，所述传感节点还进一步包括信号处理单元，所述传感器，进一步用于采集所述胎心信号，并将所述胎心信号转化为电信号，并将所述电信号发送给所述信号处理单元；所述信号处理单元，用于对所述电信号进行初步处理，这里的处理包括滤波、去噪、心率计算，并将处理后的电信号发送给所述收发单元；所述收发单元，进一步用于将从所述信号处理单元接收的电信号发送到所述个人网关。
[0013]较优地，所述信号处理单元为单片机或DSP。
[0014]较优地，所述传感器为声学传感器。
[0015]较优地，所述传感器为压电式传感器。
[0016]较优地，所述传感器进一步包括模数转换单元，用于将所述胎心信号转化为数字电信号。
[0017]较优地，所述收发单元为蓝牙模块；所述个人网关为智能手机。
·[0018](三)有益效果
[0019]本发明提出的监测设备，采用传感器的被动式的探测方法，具有安全性高、便携性强等特点。使用本设备，孕妇在家中便可以对胎儿进行有效的长时间被动式监测，并且能通过网络将胎心率数据传送给外部设备，从而能够得到医生的远程协助，为胎儿的健康成长提供了强有力的保障。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1是本发明实施例中提供的胎心监测设备图；
[0021]图2是本发明实施例中提供的胎心监测设备的传感节点的框图；
[0022]图3是本发明实施例中传感节点与作为个人网关的智能手机传递数据并与广域网互联的示意图；
[0023]图4是本发明实施例中传感节点与加装第一收发单元电路板的智能手机传递数据并与广域网互联的示意图；
[0024]图5是本发明实施例中传感节点与个人网关设备传递数据并与广域网互联的示意图；
[0025]图6是本发明实施例中胎心率获取方法的流程图；
[0026]图7是本发明实施例提供的一种胎儿心跳模式的示意图；
[0027]图8是本发明实施例提供的对胎心信号进行模式匹配的效果图；
【具体实施方式】
[0028]下面结合附图和实施例，对本发明的【具体实施方式】作进一步详细描述。[0029]本发明提供一种胎心监测系统，包括传感节点和个人网关。
[0030]胎心音监测传感节点的结构框图如图2所示，传感节点包括传感器、收发单元。其中，传感器，用于将胎心信号转化为电信号，任何能够将声音信号或振动信号转化成电信号，且具有足够灵敏度的传感器均可用于实施本方案。
[0031]较优地，本发明可以采用声学传感器，如使用高灵敏度麦克风。高灵敏度麦克风主要由锥形谐振腔和驻极体麦克风构成。锥形谐振腔中心为空腔结构，能够有效采集微弱的胎心音信号。在锥形谐振腔的底端中心处嵌入一个高灵敏度的驻极体麦克风，该麦克风能够将声音信号转化为电信号输出。
[0032]较优地，本发明也可采用压电式薄膜传感器，将压电式传感器紧贴于孕妇腹部表面的皮肤，胎儿心脏跳动传到孕妇腹部表面时，会引起振动，压电式薄膜可以感知振动引起的压力变化，并将该压力信号转化为电信号输出。
[0033]使用本发明的胎心监测设备时，由于胎儿在子宫内会有一定的运动，因此在母体腹部，胎儿心脏跳动最强的位置也不是固定的，孕妇可以通过调整传感器的位置获得最佳的监测效果。
[0034]较优地，传感器进一步含有模数转换单元，用于将传感器输出的胎心信号转化为数字电信号，利于后端的信号处理电路对胎心音信号进行处理。
[0035]收发单元，用于将采集到的数据传输到个人网关，以便用户保存数据，用于进一步的医学分析处理。较优地，所述收发单元采用无线方式将采集到的数据传输到所述个人网关。
[0036]较优地，传感节点除了传感器和收发单元，还可以进一步设置信号处理单元，用于对胎心信号进行处理，并提取出胎心率。信号处理单元可采用单片机或者DSP，对胎心音信号进行初步的处理，这里的处理可包括滤波、去噪、心率计算等，但不局限于以上方面，然后通过收发单元传递到个人网关，其中，DSP为数字信号处理器。也可以将未经过处理的胎心音信号直接传递到个人网关，由个人网关进行胎心信号处理，提取出胎心率。
[0037]传感节点的收发单元与个人网关之间的数据传递可以有多种实现方式，在此提供三种实例:
[0038]第一种方案如图3所示，传感节点的收发单元采用蓝牙模块，以智能手机作为个人网关，两者之间通过蓝牙协议进行无线通信。通过与智能手机之间的无线通信，传感节点能够将胎心数据以及胎儿的实时心率发送到智能手机上并保存下来，孕妇和家人可以在智能手机上看到胎儿的实时心率曲线。同时，孕妇可以通过网络，将手机上保存的胎心率数据传递给医生或者传送到医院的终端设备中。医生可以根据胎儿的心率数据变化曲线判断胎儿是否出现异常。
[0039]第二种方案如图4所示，本方案中传感节点的无线收发单元采用无线收发模块，在智能手机背后加装第一收发单元电路板作为个人网关，第一收发单元电路板包括无线收发单元、MCU和USB接头，其中，MCU为单片机；所述智能手机与所述的第一收发单元电路板通过USB接头连接。无线收发模块与智能手机两者之间进行无线通信，数据进一步传输给外部的处理设备由智能手机通过网络进行，与第一种方案相同。
[0040]第三种方案如图5所示，传感节点的无线收发单元采用无线收发模块，个人网关采用包含无线收发单元、存储单元、MCU、功耗管理模块以及与广域网进行交互的通用接口的设备，传感节点与个人网关两者通过无线方式进行通信。个人网关将胎心率数据通过广域网传送给外部处理设备。通过这种方案，用户不再需要使用智能手机进行数据传递，扩展了该胎心监测设备的适用性。
[0041]本设备可以用下面的胎心率获取方法来获得胎心率，但获得胎心率的信号处理方法并不局限于此，如图6所示，为一种胎心率获得方法的流程图。
[0042]S1、对胎心信号的频域特性进行分析。
[0043]S2、抑制不在胎心信号有效频带内的噪声。胎心信号的有效频带在20~130Hz之间，通过抑制噪声，可提高信噪比。
[0044]S3、计算信号在一个预定的时间窗口内的能量。对于原始的心音信号,每一拍的心音会持续一段时间长度，表现在时域上是在零值附近反复震荡的波形，一般存在多个波峰和波谷，使确定心音节拍的准确位置存在困难。计算信号在一个预定的时间窗口内的能量的瞬时能量，有助于确定心音节拍的准确位置。此步骤中用一个预定时间窗口内信号平方的平均值表示信号的瞬时能量。
[0045]S4、确定瞬时能量信号的波峰。瞬时能量信号的波峰处即为胎心音强度最大的时亥IJ，以此作为心跳节拍的位置。
[0046]S5、通过模式匹配获取初始心率，确定胎儿大致的心率范围。胎儿的心跳一般遵循一个固定的模式，如图7所示，即一个心跳周期主要由两声心跳构成，它们分别是第一心音和第二心音。一般第一心音到第二心音的间隔小于第二心音到下一个心跳周期的第一心音的间隔。通过参数扫描的方法，确定当前心音信号的最佳心跳模式，再依据该最佳心跳模式对含有噪声的心音信号进行处理，识别符合该最佳心跳模式的心音信号，筛除噪声干扰，其实施效果如图8所示。再根据模式匹配的结果计算出胎儿的平均心率。
[0047]S6、基于前一步获取的平均心率和心跳模式，对后继胎心信号进行模式匹配。基于前一步获取的平均心率和心跳模式`，可以对后继4个心跳周期内的胎心信号继续进行模式匹配。由于心率在4个心跳周期内的变化很小，因此可以直接采用上一步得到的平均心率和心跳模式。匹配结束之后基于当前4个心跳周期的数据更新平均心率和心跳模式，再用于接下来4个心跳周期的模式匹配。
[0048]S7、计算胎儿的实时心率。计算胎儿实时心率的方法是求出相隔一个心跳周期的正常匹配波峰之间的距离，即可得到心跳周期的时间长度。一分钟内的心跳周期个数即为实时心率。
[0049]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种胎心监测设备，其特征在于，包括传感节点和个人网关，其中， 所述传感节点，不主动向胎儿发射超声波，而是被动地采集孕妇腹部表面的声音或振动以获取胎心信号，并通过无线的方式发送给所述个人网关； 所述个人网关，用于对所述传感节点发送来的胎心信号进行处理，获得胎心率。
2.如权利要求1所述的胎心监测设备，其特征在于，所述个人网关，进一步用于与广域网相连接，将所述胎心率传送给外部处理设备。
3.如权利要求1所述的胎心监测设备，其特征在于，所述传感节点包括:传感器和收发单元，其中， 所述传感器，用于采集所述胎心信号，并将所述胎心信号转化为电信号，并将所述电信号发送给所述收发单元； 所述收发单元，用于将从所述传感器接收的电信号发送到所述个人网关。
4.如权利要求3所述的胎心监测设备，其特征在于，所述传感节点还进一步包括信号处理单元， 所述传感器，进一步用于采集所述胎心信号，并将所述胎心信号转化为电信号，并将所述电信号发送给所述信号处理单元； 所述信号处理单元，用于对所述电信号进行初步处理，这里的处理包括滤波、去噪、心率计算，并将处理后的电信号发送给所述收发单元； 所述收发单元，进一步用于将从所述信号处理单元接收的电信号发送到所述个人网 关。
5.如权利要求4所述的胎心监测设备，其特征在于，所述信号处理单元为单片机或DSP。
6.如权利要求3~5中任一项所述的胎心监测设备，其特征在于，所述传感器为声学传感器。
7.如权利要求3~5中任一项所述的胎心监测设备，其特征在于，所述传感器为压电式传感器。
8.如权利要求3所述的胎心监测设备，其特征在于，所述传感器进一步包括模数转换单元，用于将所述胎心信号转化为数字电信号。
9.如权利要求3所述的胎心监测设备，其特征在于，所述收发单元为蓝牙模块；所述个人网关为智能手机。
【文档编号】A61B5/0245GK103705270SQ201210370905
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2012年9月28日 优先权日:2012年9月28日
【发明者】杨开, 姜汉钧, 张春, 王志华 申请人:清华大学