用于监测胎儿的电子系统的制作方法

本发明涉及一种用于监测胎儿的电子系统。该系统特别适用于妊娠的围产期或分娩过程中的监测。

背景技术：

分娩超声心动图系统，下文称为ctg（cardiotocographie的首字母缩写），包括多种类型的传感器，该传感器测量产妇或胎儿的多个生物物理判断参数。非侵入式外部传感器有两种类型：

-测量子宫活动和收缩的分娩测力计，

-用于测量胎儿心率的超声波多普勒传感器。

超声波传感器被放置在产妇腹部，其位置应由医务人员优化。围绕产妇腹部的弹性腰带将传感器保持在固定的位置并确保良好的耦合。

一些现有技术文献也提出了分娩超声心动图系统。例如，已知公开文献us2016120500用于测量胎儿心率，其包括一个超声波传感器，该超声传感器被设计成当其被固定到孕妇的腹部时执行对胎儿心率的测量。

然而，超声波传感器的错误定位会导致错误的测量，并因此导致错误地判断。

如果超声波传感器的定位或角度没有遵守确切的规则，则可能存在测量错误的风险。在现有技术的ctg中，超声波多普勒传感器定位和定向的优化首先通过léopold动作以粗略的方式完成，例如用于定位胎儿的背部。

léopold动作是用于确定胎儿在子宫中的位置的四种经典动作。

-léopolda：将一只或两只手放在子宫底上，识别胎儿感觉。

-léopoldb：一只手的手掌表面用于定位胎儿的背部，而另一只手则感觉到不规则，如手和脚。

-léopoldc：拇指和第三指用于掌握和确定在耻骨联合处出现的胎儿部分。

-léopoldd：双手用于描述胎儿头部。

然后，在优化超声波传感器的定位和定向时，以精细的方式使用由ctg的音频监视器发出的多普勒声音的听觉。多普勒音频的效果必须尽可能强大和清晰。

多普勒传感器的错误定位会产生各种负面后果。这最初可能导致胎儿心率与产妇心率的混淆和rcf的过低估计（rythmecardiaquefœtal的首字母）。胎儿的运动或母亲的运动也可能需要传感器和弹性带的重新定位。这就需要医务人员的干预。当在不同位置同时监测多个被检测者时，这可能导致组织上的问题。应该补充的是，超声波传感器定位和定向的优化是需要具有相应培训的医务人员的动作的过程。

技术实现要素：

本发明旨在弥补这些缺点。

为此，根据第一方面，本发明涉及一种用于监测胎儿的电子系统，其特征在于其包括：

-至少两个超声波传感器，所述超声波传感器同时发射和接收超声波，或者通过组的形式同时发射和接收超声波，或有序地发射和接收超声波，所述超声波传感器被设置为位于产妇腹部的至少一部分，以覆盖移动的胎儿心脏结构并进行胎儿心率的测量，所述两个超声波传感器之间的距离由一个连杆维持；

-一个超声波传感器控制模块，其包括发送到至少一个超声波传感器的超声波控制信息；

-一个超声波信号处理模块，其用于连续估计心脏位置、胎儿心率和基于从超声波传感器接收信号的一个或多个胎儿的胎动。

由于这些规定，使用多个超声波传感器可以改善测量。每个超声波传感器都有一个换能器。用于rcf测量的最佳换能器是在换能器的轴上产生超声波束的换能器，其与心腔的运动最一致，并且尽可能与胎儿心脏结构的移动界面垂直相交。另外，该最佳传感器的表面与胎儿心脏之间的距离应尽可能短，以使组织中超声波束的衰减最小化，并保证多普勒信号的最佳质量。

由于这些规定，使用包括超声波控制信息的处理模块允许使用各种非限制性操作模式，例如：

-用于评估羊水量的超声模式；

-胎儿心率的检测模式；

-胎儿运动的检测模式。

由于这些规定，该系统不需要手动优化超声波传感器的放置。该系统自动确定胎儿心脏的定位，并根据接收的超声波信号的特征修改其发射序列。

有利地，该系统允许根据在产妇腹部中产生的超声波束，对与胎儿心脏相邻的母体和胎儿组织深度探测。这些探测允许估计可用于判断的感兴趣结构的尺寸，例如羊膜腔的尺寸。

另一个优点是在检查期间能够跟踪胎儿心脏或其他胎儿器官的位置。在围产期的监测期间，可以估计胎儿运动，以跟踪母体骨盆中儿童下降的进展。在产前，通过超声波信号处理模块进行胎动（胎儿身体、下肢或胎儿上肢）的估计。自文献[manningfa,plattld,siposl,antepartumfetalévaluation:developmentofafetalbiophysicalprofilescore,amjobstetgynecol.1980mar15;136(6):787-95]公布以来，已知这些运动的量化可以确保胎儿的健康。

胎儿心脏的自动检测以及存在一群传感器的实质优点是可以在监测期间减少或消除固定带和超声波传感器的重新定位。如果胎儿移动和无论其处于任何位置，都不必移动传感器。其效果是降低不良测量和错误测量的风险，减少操作员的干预时间。另一个效果是允许将判断设备托付给培训较少的人员，或直接托付给孕妇。

本发明有利地根据以下描述的实施例和衍生例实现，这些实施例和衍生例将被单独考虑，或以任何技术上可行的组合考虑。

在一个实施例中，超声波传感器的数量在2到64之间，优选地在24到32之间。

由于这些规定，这些超声波传感器形成一个网络。

在一个实施例中，这些超声波传感器一起形成三角形、正方形、矩形或圆形网络。

由于这些规定，这些传感器覆盖了大多数情况，以便更好地检测胎儿心率。

在一个实施方案中，连杆的长度在30至60mm之间，优选地在37至45mm之间。

在一个实施例中，该连杆是半刚性或半弹性的。

半刚性或半弹性的连杆具有一定的弹性，允许连杆材料的扭曲和弯曲。因此，在保持有限行程的同时可以移动，以保持整体的几何刚性。无论固定带在孕妇腹部的位置如何，两个传感器之间的距离保持不变，因此所有传感器量测的体积是最大的。因此，由换能器产生的超声波束不重叠。单独创建的超声波束是相互独立且不同的。

在一个实施例中，该控制信息是一个信号，该信号的一个特征由以下的元素中的至少一个预先确定：相位、能量、幅值、频率和波形。

在一个实施例中，该控制信息从一个超声波传感器到另一个超声波传感器是独立且实时的。

在一个实施例中，该处理模块通过一个通信元件连接到该系统，该通信元件是有线或无线的。

在一个实施例中，该无线连杆使用以下方式中的至少一个：无线电波，例如uhf（超高频首字母缩写），光，例如红外线，声波，例如超声或次声波，和/或网络通信规范，例如蓝牙（注册商标），wi-fi（注册商标）或zigbee（注册商标）。

在一个实施例中，该系统包括一个通信终端，该通信终端被配置为读取或处理所述系统的数据。

在一个实施例中，该系统包括以下的元素中的一个：一个分娩测力计、一个脉搏氧饱和度传感器（spo2）、一个心电图、一个温度计、至少一个麦克风、一个加速计、和一个肌电图。

附图说明

本发明的其他优点、目的和特征从以下参考附图的说明中得出，本说明是说明性而并非限制性的，其中：

-图1示出了根据本发明系统的一个特定实施例将多个超声波传感器应用到产妇腹部上的示图；

-图2至图7示出了超声波传感器之间的各种形式的连杆；

-图8示出了超声波传感器网络的三角形拓扑的实现；

-图9示出了该系统体系结构的实现。

具体实施方式

图1示出了四个超声波传感器20，其设置成定位在产妇的至少一部分腹部，以覆盖运动的胎儿心脏结构。

图2至7示出了超声波传感器20之间的不同连杆形式。每个超声波传感器之间的连杆使得可以形成超声波传感器带。

保持多个传感器的特定系统是必要的，以便保持传感器之间的几何分布，和确保该组传感器可根据被检测者的形态形成可调节的舒适组合。为确保整个检查过程中的可靠和有效测量，有必要确保每个传感器与被检测者皮肤之间的良好声学耦合（可以使用特定的超声波序列来检查该耦合的质量）。

在一个实施例中，借助于凝胶、糊剂或乳膏来增强该耦合，从而确保良好的超声波传输。同时，该耦合不得受到被检测者运动或收缩的干扰。如有必要，保持系统允许容易地重新定位组件。

两个超声波传感器之间的距离由一个连杆维持。

该连杆保持其所处的曲率和表面的任何超声波传感器或网络传感器的几何分布。

图2至图7示出了六个连杆，这使得通过半刚性连杆或半弹性连杆（图4至图7）可以确保超声波传感器（图2和图3）之间的必需的所有功能。

在图2和3中，每个超声波传感器通过连杆与其相邻最近的超声波传感器机械互连。接头物理地连接在两个超声波传感器上或连接在彼此上的臂上。在一个变型例中，这些球形连杆在传感器的接触表面的垂直平面上具有一个旋转度。在另一变型例中，这些球形连杆在垂直于传感器的接触表面的垂直平面上具有两个旋转度。

平行于表面的旋转角被阻挡，以便保持传感器分布的几何刚度。

图4使用硅树脂、聚氨酯或弹性体类型的材料将每个超声波传感器与其相邻最近的超声波传感器互连。材料的刚性、弹性、扭转和弯曲适合于运动，但该运动受到限制，以保持整体的几何刚性。

在图5和6中，使用硅树脂、聚氨酯或弹性体类型材料的基板，以保持组件的几何刚度和必要的柔性，使得传感器可以适应接触表面。

在图5中，超声波传感器通过胶合或机械固定组装到基板的表面上。

在图6中，每个超声波传感器横向地定位在基板形成的窗口中。

在图7中，在将超声波传感器相对于彼此机械定位之后，所有超声波传感器通过模制、注射和粘合，被封装在硅树脂、聚氨酯或弹性体类型材料的基板中。这种构造的基板具有促进超声波传播的声学特性以及生物相容性，因为其是与被检测者接触的材料。

图8示出了超声波传感器20网络的三角形拓扑的实现。

在该实施例中，该网络是等边三角形。一个主要方向是横向-内侧方向（lm）（横坐标以mm为单位），另一个方向是颅-尾方向（cc）（纵坐标以mm为单位）。一个典型的实施例是具有37mm间距的8×3传感器（lm×cc）网络。其优点是将尽可能小的未检测体积留给恒定数量的换能器。

在另一个实施例中，该网络是矩形或正方形，其主要方向：横向-内侧方向和颅-尾方向。网络的间距取决于传感器的数量和传感器的大小。一个典型的实施例对应于具有9×3换能器（lm×cc）的45mm间距方形网络。

在另一个实施例，该网络是不规则的，以便更密集地覆盖胎儿及其心脏的可能定位区域。在一个实施例中，一种实现是使肚脐下方和肚脐上方的三角形阵列致密化，并且当沿lm方向远离肚脐移动时使换能器间距离增加。

图9表示该系统的体系结构实现。

控制模块21连接或无线连接到处理模块22。

该用于监测胎儿的电子系统由一组超声波传感器20、一个用于监测子宫收缩的分娩测力计23组成。

在另一个示例性实施例中，其他传感器补充或替换该分娩测力计23，例如：一个脉搏氧饱和度传感器（spo2）、一个心电图、一个温度计、至少一个麦克风、一个加速计、和一个肌电图。

该处理模块22包括一个电子控制设备，用于调节超声波信号和来自其他传感器的其他信号，一个数据处理单元，一个数据存储元件和一个数据通信元件。

在一个实施例中，该控制模块21和该处理模块22由锂离子电池或锂聚合物电池供电。

用于数据的数字处理的处理模块22部分或完全集成到控制模块21中，或者部分或完全集成到通信终端中。

该通信终端例如是：

-数字平板电脑，

-手机，特别是“智能手机”类型的手机，

-智能手表，

-遥控器，

-一台电脑，

-智能电视，或

-互联网盒。

当数据被发送到专业控制和远程护理中心时，该系统可以远程监控怀孕。因此，该系统构成用于远程监测家中的高危妊娠或在缺乏医疗护理的区域中远程判断的解决方案，其被检测者具有自主性。

控制模块21的电子器件能够驱动x个传感器（在一个实施例中，x=32），以便执行传统的超声模式。该控制模块21具有y个有效路径（在一个实施例中，此处y=8），每个有效路径具有用于激励超声波传感器的发射器，其是超声波的控制信息。可以通过控制模块21独立地（相位、能量、幅值、频率和波形）控制这些发射器。为了将系统的y路径寻址到x个传感器，多路复用级使得可以任意地将y路径实时地寻址到x个传感器。该控制模块21接受以完全独立的方式控制y通道。为了保护开关，即英语术语中的tx/rx的控制模块21的接收级，均位于接收路径的上游，以便保护控制模块21的输入级。控制模块21的接收级由阻抗适配器、线性放大器、可变增益放大器（用于补偿介质的超声衰减）、模拟滤波器级和模数转换级（adc）组成。

使用多个超声波传感器使得可以具有能够根据不同时空的发送和接收序列来激励网络中换能器的优点。

在控制模块的一个实施例中，发射器是电压源，其产生波峰到波峰幅度约为5到30v的波形，持续时间为2到20微秒，中心频率为1到4mhz；该波形以0.1ms至10ms的周期重复。该电压通过多路复用激励x传感器中的y传感器。

在该模块的一个实施例中，激励传感器y的列表随每次发射而改变。该列表根据时间的变化构成了换能器的激励序列。

在该控制模块的接收级的一个实施例中，模数转换级之后是数字解调。该解调信号构成复合超声波多普勒信号。

在接收级的一个实施例中，来自y个传感器的多普勒信号以对应于重复发射的重复率以nz=1到20个点（对应于不同深度）被采样，以形成随时间变化的y*nz个（此处为8到160个）复合信号。

当所选择的序列导致以发射器的发射周期的倍数的时间间隔周期性地访问传感器时，则nz个信号的时间动态与位于所述传感器的光束中的组织的移动密切相关，该传感器对应于nz中的每一个探测深度。

以下示例描述了激励序列：

1.验证系统的良好连接

获得简单的测试超声波发射序列，例如通过一个接一个地用x个超声换能器发射。测试接收的数据（例如其功率）以验证系统组件的良好连接。如果组件的连接性能不令人满意，则向用户发送消息，通知设备的操作中可能存在问题。

2.检测传感器和皮肤之间的良好接触

在每个传感器上重复一个序列。根据传感器测量信号质量的指标。该指标允许反映信号的良好质量并检测皮肤/传感器的接触是否有缺陷。

3.通过传感器网络和按照深度的心脏搜索序列

通过使用长的低频超声脉冲和长的收听时间，所有的传感器随后在几个心动周期被使用，以允许多普勒功率的深度和空间测量。来自超声波束的每个点的多普勒信号对应于由该点反向散射的解调信号，通过高通滤波器随时间过滤，其典型截止频率为90hz。其瞬时平均频率与位于感兴趣点附近的移动和反射的粒子数量有关。

胎儿心脏的位置对应于发送具有最大功率的多普勒能量的空间位置，其中维度和周期性根据胎儿信息落入合理的间隔内。当本发明用于监测多胎妊娠时，通过检测具有维度性和周期性的组织反向散射的n个最强大的多普勒信号的位置来估计n个不同胎儿的位置（对于n小于或等于8），该组织是合理的胎儿信息。

4.皮带重新定位的优化和反馈回路

可以将序列2和3进行组合，以向用户提供反馈信息，用于优化定位。

5.具有传感器子组的心脏监测器（最近的）

序列3可以与传感器子组（通常在胎儿心脏初始位置附近的y=7或8个传感器）一起使用，以监测心脏几分钟。在一个实施例中，这些传感器子组对应于与包括在子组中的中央传感器相邻的传感器。优先选择的子组是其中心传感器是用于测量最大多普勒功率的传感器的子组。与同时使用所有传感器（y=x）相比，优点是例如降低功耗或暴露于超声波。

在该配置中，基于在约1至5秒的时间内观察到的来自中心传感器的nz个复合信号，通过以下方法估计胎儿心率。

首先，这些信号由截止频率约为90hz的高通滤波器滤波。然后处理所有得到的信号或所得信号的一部分（多普勒信号），以便根据时间提取其瞬时频率。该瞬时多普勒频率与超声波束中存在的粒子相对于中心传感器的射束方向上的投射速度和其对应的探测深度直接成正比。

例如，根据多普勒信号的平均功率来选择对组织的轴向速度评估有用的深度的数量。

当这些颗粒经受周期性运动时，例如由胎儿心跳引起的运动，则瞬时频率信号是周期性的，并且其周期对应于胎儿心脏周期。

因此，有必要通过观察该信号在1到5秒的记录来估计其瞬时频率信号的周期，以提取其逆：rcf。

根据其他示例，其他方法用于估计rcf：

-第一种方法是采用最大化瞬时多普勒频率信号的自相关函数的时间的非零正值作为信号周期的估计值；

-第二种方法是采用最大化瞬时多普勒频率信号的周期图的正频率值作为rcf的估计值；

-...。

6.验证心脏的小空间移动

序列5可以在几分钟内被使用，以便监测心脏的定位，并且如果需要，优化或重新启动对发射网络的传感器子组的传感器的选择的优化。

7.轮换序列：心脏定位/胎动/羊水测量

序列3也用于对羊水腔进行制图。序列3、5、6可以被轮换以优化胎儿心脏的监测。一种映射羊水腔的方法是在x个超声波换能器的每个超声波束的每个位置处关联反向散射信号的功率信息。羊水即相对于其他周围组织返回非常低的反向散射超声波功率的位置。

在一个变型例中，序列3还用于映射胎儿运动。这些运动的多普勒映射方法包括首先在时间上（即在连续发射的离散序列之后）对每个波束的每个位置处的解调超声波信号进行滤波，（其低截止频率约为30hz，高截止频率约为90hz），然后计算每个点的每个信号的平均功率。

8.确定围产期胎儿的运动/下降

序列5和6轮换进行，以跟踪胎儿下降过程中的运动。

9.运动和移动的映射

序列3用于映射胎儿运动，从而表征胎儿的健康。

10.多胎（至少两胎）

序列3用于在多胎妊娠期间检测多个胎儿。

11.多普勒对子宫动脉、脐带

序列3用于检测产妇血管或脐带，并测量相应的血流量。其允许同时测量产妇心率，从而区分胎儿心率和产妇心率。

专业术语

20超声波传感器

21控制模块

22处理模块

23分娩测力计。