本发明涉及用来监测胎儿脉搏血氧饱和度的医疗检测设备和检测技术领域，具体涉及一种用于在孕妇体外测量胎儿的血氧饱和度的检测仪的脉冲光控系统及方法。
背景技术：
怀孕后期，以及临产和生产阶段，对孕妇和胎儿会是一个危险的时间阶段。如果胎儿脐带变得扭曲处于不利的位置、胎盘过早分离，或者某些孕妇和胎儿的疾病，都有可能导致胎儿血液中含氧量不足，进而引起胎儿脑损伤或死亡。临床医学上用脉搏血氧饱和度(sao2)这一生理指标来间接监测人体，包括胎儿血液中的含氧量。
目前，胎儿心率、心音监护仪已被广泛应用于胎儿生理状态的监护。鉴于胎儿的供氧并非由胎儿自身呼吸取得，而是由母体从胎盘输送，胎儿的血氧饱和度能够更准确反映血液中含氧浓度，从而是一个更直接反映胎儿生命状态的生理指标。检测胎儿的sao2的临床意义在于，直接反映胎儿的氧合状况，以此确诊胎儿在母体内的生命状态，以减少围产儿的死亡率与新生儿的致残率。2000年有美国公司生产过一种把传感器置放于子宫内来测量胎儿血氧饱和度的仪器，医护人员需要把器械深入孕妇的子宫内，把光学传感器直接置放在胎儿体表来获得胎儿的血氧饱和度指标。这些方法和仪器不适合长时间、连续对胎儿血氧饱和度的检测，更不适用于胎儿的围产期监护。由于目前没有有效的非侵入方式检测胎儿的血氧饱和度的仪器设备，医护人员往往只能依靠胎儿心率监护仪器。而目前广泛应用的胎心监测，虽能敏感检测胎儿的窒息，但其特异性较低、不能提前反映窒息前兆。由于胎心监测的特异性较低，导致医生缺乏对胎儿整体状态的充分认识，比如是否需要实行剖腹产，什么时候开始实行剖腹产，必须在没有充分认识的情况下做出紧急的医疗决策，因而一方面，医生可能错误诊断，贻误采取必要手段的时机；另一方面，医生往往过于谨慎，造成许多不必要的剖腹产手术干预增多，不仅增加手术风险和孕妇分娩并发症，而且随之而来的不必要的高额的医疗费用还增加了社会与家庭的经济负担。
本申请人曾在美国专利us8275436b2(methodandapparatusfornon-invasivefetaloximetry)和中国专利zl201310182965.2(胎儿血氧饱和度检测系统及方法)中首创性提供了一种以非侵入的方式来监测胎儿脉搏血氧饱和度的检测系统及方法，首次采用置放在孕妇体外的胎儿脉搏血氧饱和度光电传感器，在检测过程中无需任何深入孕妇腹内的操作，无需将光电传感器施加于胎儿的特定部位，从而真正实现了腹外无创胎儿血氧饱和度检测，能够把对胎儿的心率和胎儿的血氧饱和度这两个重要的胎儿生理参数同时提供给医护人员，对胎儿、孕妇和社会具有很高的实用价值。本发明是在根据上述专利研发实现具体产品过程中进一步产生的新发明。本申请人发现，由于胎儿在母亲子宫内的位置(胎位)存在很大的不确定性，不同孕妇的胎位各不相同，同一孕妇在不同妊娠阶段的胎位变化很大，胎儿在子宫内的姿态也会随时改变，因此，当采用本申请人上述专利技术的胎儿sao2检测系统的光电传感器施加于孕妇腹外的一个特定部位时，其感测到的与胎儿sao2相关的光电信号存在较大的不确定性，该不确定性直接影响到检测结果的特异性，即当检测结果显示阳性(血氧饱和度偏低)时，胎儿实际的sao2是正常的。这种情况的后果，可能会导致不必要的人为干预，甚至手术干预，这些干预会引发医疗成本和医疗风险的增大，同时还会增加母婴的痛苦。由此可见，腹外无创胎儿血氧饱和度检测面临的一个现实问题是如何解决胎位的不确定性对检测结果的影响问题。再一个问题就是光的衰减问题，光接收器接收的光信号必须是从孕妇腹外照射到其腹腔内的胎儿，再从胎儿经孕妇腹腔返回到孕妇腹外的特定波长的光，它从发出到接收，需经过很长的光程，而光的衰减与光程的平方成正比。此外，光接收器接收到的与胎儿血氧饱和度相关的光信号，是经胎儿组织、孕妇组织(如皮肤、脂肪、子宫、羊水等)吸收、反射、衍射、散射等复杂过程后的极其微弱的光，其微弱程度足以威胁到检测的成功与腹外无创胎儿血氧饱和度检测的实用性。为此，要成功实现腹外胎儿无创血氧饱和度检测系统，必须同时解决上述两个难题，于是，发光强度和光接收器收到与胎儿血流相关的信号强度的问题成为能否解决这两个难题的关键。
本申请人在研究中还发现，与现有的血氧饱和度监测系统相比，腹外胎儿无创血氧饱和度监测系统，必须具备足够功率的光照射在孕妇的腹部，或者说，需要比现有常规的血氧饱和度监测系统大若干倍的光功率，才能保证光接收器接收到的与胎儿相关的光信号是能可靠使用的，然而如果一味增加光源的发光功率，基于目前使用的发光元件(如led、激光器)，其发光面积都很小，且通常紧贴孕妇的皮肤，使用中存在孕妇皮肤感觉不舒服或被灼伤的可能性。根据国际非离子辐射防护委员会(internationalcommissionofnob-ionizingradiationprotection，icnirp)2000年发布的文件可知，对波长在400nm至1400nm范围的led光波，几毫瓦的光功率持续100秒，就能对皮肤造成灼伤。因此，要提高该检测装置的实用性和舒适性，排除局部灼伤的光辐射伤害的风险隐患也是非常必要的。
技术实现要素：
本发明的目的在于，提供一种能克服中国专利(zl201310182965.2)的胎儿sao2检测系统的信号强度和检测敏感度和可靠性不够的缺陷的装置，特别是，本发明提供了一种具有足够信号强度和较高精度以及安全方便性的腹外无创胎儿血氧饱和度检测仪的脉冲光控系统及方法。从同时解决光的衰减问题和光辐射伤害限制检测实用性这对矛盾出发，该目的是通过提供一种在增强发光单元的发光功率时不增加(甚至可以减小)单位时间内的光辐射的脉冲光控系统及方法来实现的。
而是采用按需缩短光照持续时间的原理实现的。
为实现上述目的，本发明采用了如下腹外无创胎儿血氧饱和度检测仪的脉冲光控系统，该系统用于使检测仪发出、接收和处理具有较小占空比的脉冲光信号，并能配置瞬间最大发光功率远大于平均发光功率的发光器件，导致人体所接收到的平均光功率大大小于瞬间最大发光功率从而保障人体安全。所述的脉冲光控系统包括：设置在处理控制部件2的综合处理器20内的脉冲处理模块200，它能处理发光光源的点亮/熄灭及脉冲特征信息和控制其发光强度；脉冲信号解析器，它能从与孕妇相关的脉搏血氧饱和度脉冲信号和与胎儿相关的脉搏血氧饱和度脉冲信号叠加在一起的脉冲信号中解析出与胎儿相关的脉搏血氧饱和度信号；以及包括脉冲光控制器12，用于在所述脉冲处理模块200的控制下向设置在腹外无创探测器1上的发光器10输出脉冲电源mc，或者用于在脉冲处理模块200的控制下把输入给所述发光器10的直流电源dc调制成脉冲电源mc，使所述发光器10在脉冲光控制器12控制下发出特定波长的频率高于20hz的脉冲光，并且其脉冲的占空比小于40％；还包括设置在处理控制部件2的采集处理单元23内的胎儿脉冲信号模块230，它能将信号探测器11输入的脉冲光电信号处理成可适配输入模数转换器22的模拟信号。
根据本发明的一种实施方式，所述的脉冲信号解析器包括设置在胎儿脉冲信号模块230内的脉冲信号解析电路23b，它能从脉冲模拟信号中解析出可适配输入模数转换器22的脉冲包络线模拟信号。根据本发明的另一种实施方式，所述的脉冲信号解析器包括嵌入在综合处理器20内的脉冲信号解析单元20b，它能从模数转换器22输入的脉冲数字信号中解析出脉冲包络线数字信号。进而，根据本发明采用脉冲信号解析单元20b的实施方式，所述的脉冲处理模块200包括能设定并输出包括脉冲频率和占空比的脉冲特征信息的脉冲光源管理单元20a和脉冲信号解析单元20b，所述脉冲信号解析单元20b能从接收到的与孕妇相关的脉搏血氧饱和度脉冲信号和与胎儿相关的脉搏血氧饱和度脉冲信号中解析出与胎儿脉搏血氧饱和度相关的脉冲包络线数据，并将该数据作为计算胎儿脉搏血氧饱和度的信号提供给综合处理器20。
进一步优选地，所述的脉冲信号解析单元20b包括脉冲信号滤波器和/或包络线滤波器，其中脉冲信号滤波器设置在解析包络线之前，用它滤掉与胎儿脉搏血氧饱和度无关的脉冲信号，而包络线滤波器设置在解析包络线之后，用它分离出与胎儿脉搏血氧饱和度相关的包络线信号和与接收光强度相关的直流信号。
根据本发明的再一种实施方式，所述的脉冲光控制器12包括光源驱动器121，还包括基于脉冲处理模块200输入的脉冲特征信息控制光源驱动器121向发光器10输出脉冲电源mc的光驱脉冲控制开关12a。
根据本发明的另一种实施方式，所述的脉冲光控制器12包括光源驱动器121，还包括基于脉冲处理模块200输入的脉冲特征信息将输入给发光器10的直流电源dc调制为脉冲电源mc的光源脉冲控制开关12b。
根据本发明的又一种实施方式，所述的脉冲光控制器12包括光源驱动器121和具有脉冲控制开关特性的光源时序控制电路120，它基于脉冲处理模块200输入的脉冲特征信息控制光源驱动器121向发光器10输出脉冲电源mc。
根据本发明的再一种实施方式，所述的脉冲光控制器12包括光源驱动器121，还包括机械脉冲控制电路12c和脉冲光执行机构12d，机械脉冲控制电路12c基于脉冲处理模块200输入的脉冲特征信息驱动脉冲光执行机构12d执行将发光器10发射的连续光(lzn，lzr)转换为脉冲光(ln，lr)再射出的动作。
更进一步优选地，所述的脉冲光控制器12的脉冲光执行机构12d为光学快门或反射镜。
进一步优选地，所述脉冲的频率范围为20hz至5000hz，其中优选范围为400hz至2000hz，但不包含50hz、60hz和它们的整数倍的频率。
进一步优选地，所述的脉冲光控制器12设有脉冲信号发生电路，它能基于脉冲处理模块200输入的频率和占空比信息生成脉冲信号，并用该信号控制脉冲光控制器12输出脉冲电源mc或用于将直流电源dc调制为脉冲电源mc的脉冲控制信号。
根据本发明的另一种实施方式，所述的发光器件的平均发光功率＝瞬间最大发光功率×脉冲的占空比，其中平均发光功率不超过300毫瓦，和/或瞬间最大发光功率不超过2000毫瓦。
为实现上述目的，本发明还采用了如下用于腹外无创胎儿血氧饱和度检测仪的脉冲光控系统的脉冲光处理方法，包括以下处理步骤：
(1)脉冲处理模块200生成包括频率和占空比的脉冲特征信息；
(2)脉冲光控制器12基于所述脉冲特征信息生成脉冲信号；
(3)脉冲光控制器12将根据所述的脉冲信号调制出的脉冲光(lr和ln)从孕妇腹外照射到其腹内；
(4)信号探测器11接收从孕妇腹内返回的与脉搏血氧饱和度相关的脉冲信号；
(5)采集处理单元23将脉冲信号处理成数字信号后传给综合处理器20；
(6)综合处理器20的脉冲处理模块200基于脉冲信号生成包络线信号；
(7)脉冲处理模块200从脉冲信号及其包络线信号中解析出包络线数据，并将该数据传输给信号处理模块201；
(8)信号处理模块201将包络线数据作为脉搏血氧饱和度信号，并基于该信号作后续的处理，以得出血氧饱和度数值。
进一步优选地，所述的脉冲光处理方法，其中调制出脉冲光(lr和ln)的步骤(3)包括以下处理步骤：
(31a)脉冲光控制器12的光驱脉冲控制开关12a基于脉冲信号控制光源驱动器121输出脉冲电源mc，加载于发光器10；
(31b)发光器10基于加载的脉冲电源mc发出脉冲光(lr和ln)。
进一步优选地，所述的脉冲光处理方法，其中调制出脉冲光(lr和ln)的步骤(3)包括以下处理步骤：
(32a)脉冲光控制器12的光源脉冲控制开关12b基于脉冲信号将输入给发光器10的直流电源dc转换成脉冲电源mc，加载于发光器10；
(32b)发光器10基于加载的脉冲电源mc发出脉冲光(lr和ln)。
进一步优选地，所述的脉冲光处理方法，其中调制出脉冲光(lr和ln)的步骤(3)包括以下处理步骤：
(33a)带有脉冲控制开关功能的光源时序控制电路120基于脉冲信号控制光源驱动器121输出脉冲电源mc，加载于发光器10；
(33b)发光器10基于加载的脉冲电源mc发出脉冲光(lr和ln)。
进一步优选地，所述的脉冲光处理方法，其中调制出脉冲光(lr和ln)的步骤(3)包括以下处理步骤：
(34a)脉冲光控制器12的光源驱动器121输出直流电源dc并加载于发光器10；
(34b)发光器10基于加载的直流电源dc发出连续光(lzr和lzn)；
(34c)机械脉冲控制电路12c基于脉冲信号输出脉冲电源mc，加载于脉冲光执行机构12d；
(34d)脉冲光执行机构12d基于加载的脉冲电源mc产生反复遮光或折反光线的动作，该动作将连续光(lzr和lzn)转换成脉冲光(lr和ln)后再发射出。
进一步优选地，所述的脉冲光处理方法中生成包络线的步骤(6)包括以下处理步骤：依次在脉冲信号的相邻的两个峰值点之间生成连线。
一种腹外无创胎儿血氧饱和度检测仪的脉冲光控系统，包括设置在腹外无创探测器上的发光器，与发光器连接的脉冲光控制器，脉冲光控制器与处理控制部件的综合处理器连接，脉冲光控制器在综合处理器的控制下驱动发光器发出频率高于20hz的脉冲光，并且其脉冲的占空比小于40％；还包括设置在腹外无创探测器上的信号探测器，信号探测器从孕妇腹内散射和反射回的与胎儿血氧饱和度相关的光的脉冲信号传送给综合处理器。
附图说明
图1是采用本发明脉冲光控系统的腹外无创胎儿血氧饱和度检测检测仪的整体结构的一个示意图。
图2是显示本发明的脉冲光控系统的光电信号的传输与转换的整体结构的一个示意图。
图3是图1所示的本发明的腹外无创胎儿血氧饱和度检测检测仪的脉冲光控系统的脉冲信号解析器的第一个实施例的一个示意性结构框图，它包括嵌入在综合处理器20内的脉冲信号解析单元20b。
图4是图1所示的本发明的腹外无创胎儿血氧饱和度检测检测仪的脉冲光控系统的脉冲信号解析器的第二个实施例的一个示意性结构框图。
图5是图1所示的本发明的腹外无创胎儿血氧饱和度检测检测仪的脉冲光控系统的脉冲光控制器12的一个实施例的示意性结构框图；
图6是图1所示的本发明的腹外无创胎儿血氧饱和度检测检测仪的脉冲光控系统的脉冲光控制器12的另一个实施例的示意性结构框图；
图7是图1所示的本发明的腹外无创胎儿血氧饱和度检测检测仪的脉冲光控系统的脉冲光控制器12的又一个实施例的示意性结构框图；
图8是图1所示的本发明的腹外无创胎儿血氧饱和度检测检测仪的脉冲光控系统的脉冲光控制器12的再一个实施例的示意性结构框图；
图9表示在图1所示的本发明的腹外无创胎儿血氧饱和度检测检测仪的脉冲光控系统的脉冲光处理步骤中生成的与血氧相关的信号曲线示意图，其中：
曲线a是发光器10发出的脉冲光的功率在时域内的示意图；
曲线b是信号探测器11接收到的从孕妇腹内返回的与脉搏血氧饱和度相关的脉冲信号在时域内的示意图；
曲线c是脉冲处理模块200基于曲线b所示的脉冲信号生成的包络线的示意图；
曲线d是脉冲处理模块200从曲线c所示的脉冲信号及包络线信号中解析出的包络线数据的示意图。
曲线e是脉冲处理模块200从曲线c所示的脉冲信号中分离出的代表接收光强度的直流信号的示意图。
具体实施方式
以下结合附图1至9给出的实施例，进一步说明本发明的腹外无创胎儿血氧饱和度检测检测仪的脉冲光控系统及方法的具体实施方式。
在图1所示的一个实施例中，本发明的腹外无创胎儿血氧饱和度检测仪包括检测部件1和处理控制部件2。所述的检测部件1包括被施加在孕妇腹外的皮肤f的表面上的发光器10和信号探测器11，通常情况下，需将发光器10和信号探测器11紧贴在皮肤f上，由此，当发光器10配置较大的发光功率时，就有必要采取防止光辐射灼伤皮肤f的措施。处理控制部件2包括综合处理器20、显示器21和采集处理单元23，综合处理器20与发光器10、显示器21和采集处理单元23连接，采集处理单元23与信号探测器11连接，采集处理单元23用于处理胎儿血氧饱和度相关的脉冲信号，以及孕妇血氧信号和或孕妇心率信号和或胎儿心率信号中的一个或多个信号，传送给综合处理器20计算胎儿脉搏血氧饱和度。采集处理单元23包括采集孕妇血氧信号的孕妇血氧模块23a和或采集孕妇心率信号的孕妇心率模块23c和或采集胎儿心率信号的胎儿心率模块23d，模数转换电路22将采集处理单元23处理的信号经过数模转换后传送给综合处理器20，模数转换电路22和采集处理单元23可以设置在处理控制部件2内，也可以设置在检测部件1内，在通过有线或无线的方式与综合处理器20连接。本发明涉及的在孕妇体外测量胎儿的血流的血氧饱和度的检测技术，在检测过程中无需任何深入孕妇腹内的操作，开创性地实现了无侵入式腹外无创胎儿血氧饱和度检测，包括如何转换处理信号的问题的具体解决方案已在本发明人早先的发明专利cn201310182965.2中公开，再次不在赘述。
图1的实施例中不仅示出了与本发明的脉冲光控系统相关的综合处理器20、脉冲光控制器12、发光器10的结构，还包括它们与血氧饱和度检测检测仪的其它部件之间的结构关系。本发明的腹外无创胎儿血氧饱和度检测仪的脉冲光控系统，主要贡献在于综合处理器20、采集处理单元23和脉冲光控制器12及其相互关系，该脉冲光控系统用于使检测仪发出、接收和处理具有较小占空比的脉冲光信号，并能配置瞬间最大发光功率远大于平均发光功率的大功率发光器件，以此确保在发光器10发出较大功率的光辐射时，使皮肤f免遭光辐射的灼伤。应当能理解到，所谓较小占空比，是指脉冲信号的正脉冲的持续时间(脉冲宽度)与脉冲总周期的比值较小；所谓大功率发光器件，是指能输出比通常使用的发光器的功率大得多的发光功率，如果不采用脉冲光控制(即在其连续发光的工作状态下)，则在应用于与皮肤直接接触的工况条件时，可能存在光辐射灼伤的风险。因此，本发明采用脉冲光控制的主要目的和有益效果，不仅在于业已知晓的降低电耗(当然对于采用大功率发光器件的技术改进而言，由此还产生能使检测仪可适配电池，有利于检测仪向小型化和便携式方向发展的技术效果)，而且还解决了腹外无创胎儿血氧饱和度检测仪必须加强发光功率与大功率会导致灼伤风险之间的技术矛盾，而该矛盾的冲突，直接导致了现有的血氧饱和度检测检测仪的光控技术无法直接转用于本发明的腹外无创胎儿血氧饱和度检测仪。
在图2所示的本发明的脉冲光控系统的光电信号的传输与转换的具体结构中，设置在处理控制部件2的综合处理器20内的脉冲处理模块200，用于处理发光光源的点亮/熄灭及脉冲特征信息和控制其发光强度，并且将与脉搏血氧饱和度相关的脉冲信号解析为高质量的脉搏血氧饱和度信号。参见图3的综合处理器20的一个实施例，设置在其内的脉冲处理模块200包括能设定并输出包括脉冲频率和占空比的脉冲特征信息的脉冲光源管理单元20a和脉冲信号解析单元20b，所述脉冲信号解析单元20b能从与孕妇相关的脉搏血氧饱和度脉冲信号和与胎儿相关的脉搏血氧饱和度脉冲信号中解析出高质量的与胎儿相关的脉搏血氧饱和度信号，具体地说，它采用了从接收到的与脉搏血氧饱和度相关的脉冲信号中解析出其包络线数据，并将该数据作为脉搏血氧饱和度信号提供给综合处理器20的技术手段。这个技术手段是必需的，因为信号探测器11接收到的脉冲信号，是由与孕妇相关的脉搏血氧饱和度脉冲信号和与胎儿相关的脉搏血氧饱和度脉冲信号混杂的信号，其中与孕妇相关的脉搏血氧饱和度脉冲信号往往比与胎儿相关的脉搏血氧饱和度脉冲信号要强很多，因此要从中解析出与胎儿相关的脉搏血氧饱和度信号是比较困难的，当然它可有多种解决方案。本发明的一个优选的方案是采用脉冲信号滤波器(图中未示出)和/或包络线滤波器(图中未示出)，其中：脉冲信号滤波器设置在解析包络线之前，即它基于脉冲信号进行滤波，滤掉与胎儿脉搏血氧饱和度无关的脉冲信号，它可与采集处理单元23的前置滤波/放大器相结合；而包络线滤波器设置在解析包络线之后，它基于包络线进行滤波，从中分离出与胎儿脉搏血氧饱和度相关的包络线信号和与接收光强度相关的直流信号，用它检测和控制发光器10实际输出的发光功率。
本发明的脉冲光控系统还包括：脉冲光控制器12，用于在所述脉冲处理模块200的控制下向设置在腹外无创探测器1上的发光器10输出脉冲电源mc，或者用于在脉冲处理模块200的控制下把输入给所述发光器10的直流电源dc调制成脉冲电源mc，使所述发光器10在脉冲光控制器12控制下发出特定波长的频率高于20hz的脉冲光，并且其脉冲的占空比小于40％。
把发光光源置放在孕妇腹部表面，光要穿过孕妇腹部的皮肤、组织、子宫壁、子宫内羊水，才能到达胎儿。同胎儿血流相关的光信号要经过子宫内羊水、子宫壁、孕妇腹部的皮肤、组织才能被置放在孕妇腹部表面的光接收器接收到。由于人体组织对光波的衰减，需要发光光源发出较大功率的光信号。过大功率的光信号，不但使整个仪器的制造难度、功耗及价格上升，更重要的是有可能灼伤孕妇腹部皮肤或引起不适感觉，甚至可能对胎儿造成伤害。可见，要研发成功腹外胎儿无创血氧饱和度监测仪，必须解决过大发光功率对孕妇和胎儿可能造成伤害的问题，从解决上述问题出发，本发明提出上述的解决方案，既能够使光接收器接收到足够强的与胎儿相关的光信号，又能够控制增强的发光信号的强度，特别是与本申请人的扩大发光单元和/或透镜的照射面积的方式的另一个申请不同，本发明并非采用增加光照面积的原理，而是采用缩短光照持续时间的原理，以实现在增强发光单元的发光功率时不增加(甚至可以减小)单位时间内的光辐射，解决了过大发光功率对孕妇和胎儿可能造成伤害的问题。例如：一个连续光光源，其发光功率为0.4毫瓦，发光时间为6微妙，它在6微妙中的光辐射总和为2.4毫瓦微妙(发光功率×发光时间)，其单位时间内的光辐射为0.4毫瓦(光辐射总和/发光时间)；另一个脉冲光光源，其瞬间发光功率为0.6毫瓦，脉冲宽度为6微妙，占空比为1/6，它在6微妙中的光辐射总和为0.6毫瓦微秒(瞬间发光功率×脉冲宽度/占空比)，其单位时间内的光辐射为0.1毫瓦(光辐射总和/脉冲宽度)。可见，在瞬间发光功率增加50％的情况下，光辐射总和减小了200％，其单位时间内的光辐射减小了300％。
参见图1至图4，为能适配大功率的脉冲光，本发明的腹外无创胎儿血氧饱和度检测检测仪的脉冲光控系统，还需增配脉冲信号解析器，其功能是从脉冲信号中解析出其脉冲包络线信号(见图9)。由于采用了脉冲光，因此信号探测器11接收到的光电信号必然被脉冲光的脉冲频率调制，或者说，探测器11接收到的光电信号必然是脉冲模拟信号，如果采用现有的非脉冲光方式下的采集处理单元，其输出的经模数转换器22转换的数字信号，无法直接参与综合处理器20的信号处理模块201对于胎儿的脉搏血氧饱和度的处理，或者说无法直接用于计算胎儿的脉搏血氧饱和度。为此有必要采用脉冲信号解析器从脉冲信号中解析出脉冲包络线信号，并用脉冲包络线信号作为脉搏血氧饱和度信号，直接参与胎儿脉搏血氧饱和度的处理。脉冲包络线的定义和解析过程如图9所示，其中：曲线a是发光器10发出的脉冲光的功率在时域内的示意图；曲线b是信号探测器11接收到的从孕妇腹内返回的与脉搏血氧饱和度相关的脉冲信号在时域内的示意图，其中的脉搏血氧饱和度信号被曲线a的脉冲光的频率调制；曲线c是基于曲线b所示的脉冲信号生成的包络线的示意图，包络线被定义为相邻两个正脉冲的峰值点之间的连线；曲线d是从曲线c所示的脉冲信号及包络线信号中解析出的包络线信号的示意图；曲线e是从曲线b所示的脉冲信号中分离出的代表接收光强度的直流信号分量的示意图，它可以用于监测和控制发光器10实际输出的发光功率。
所述的脉冲信号解析器可有多种实施方式。一种优选的实施方式如图4所示：所述的脉冲信号解析器包括设置在胎儿脉冲信号模块230内的脉冲信号解析电路23b，它能从脉冲模拟信号中解析出可适配输入模数转换器22的脉冲包络线模拟信号。在这种实施方式下，所述的胎儿脉冲信号模块230包括胎儿血氧模块23b和脉冲信号解析电路23b，胎儿血氧模块23b将信号探测器11输入的脉冲模拟信号经放大、去除干扰信号等整理后输给脉冲信号解析电路23b，脉冲信号解析电路23b从脉冲信号中解析出脉冲包络线模拟信号，并输出给模数转换器22。脉冲信号解析电路23b可有多种实现方式，如采用通用芯片和高通滤波器搭建的适配电路。脉冲信号解析器的另一种优选的实施方式如图3所示：所述的脉冲信号解析器包括嵌入在综合处理器20内的脉冲信号解析单元20b，它能从模数转换器22输入的脉冲数字信号中解析出脉冲包络线数字信号，该数字信号可直接参与综合处理器20的信号处理模块201的胎儿的脉搏血氧饱和度的处理，用它可计算出胎儿的脉搏血氧饱和度。需要说明的是，图3所示的实施例，示出了将脉冲信号解析单元20b整合在综合处理器20的脉冲处理模块200内的形式，但这一图示的形式并不能用于限定脉冲信号解析单元20b在综合处理器20内的其它整合形式，如脉冲信号解析单元20b与信号处理模块201的整合形式(图中未示出)等，这些整合形式可采用已知的任何一种结构实现。显然，在采用图3所示的脉冲信号解析单元20b时，可省略脉冲信号解析电路23b；而在采用图4所示的脉冲信号解析电路23b时，可省略脉冲信号解析单元20b。作为另一种实施例，所述的综合处理器20可以为单片机，脉冲处理模块200通过软件实现，控制脉冲光控制器12，以使发光器10在脉冲光控制器12控制下发出特定波长的频率高于20hz的脉冲光，并且其脉冲的占空比小于40％；信号处理模块201、以及脉冲信号解析单元20b也为软件实现，分别用于脉搏血氧饱和度的计算和脉冲信号的处理。本发明的腹外无创胎儿血氧饱和度检测检测仪的脉冲光控系统的脉冲光控制器12用于在所述脉冲处理模块200的控制下向设置在腹外无创探测器1上的发光器10输出脉冲电源mc，或者用于在脉冲处理模块200的控制下把输入给所述发光器10的直流电源dc调制成脉冲电源mc，使所述发光器10在脉冲光控制器12控制下发出特定波长的频率高于20hz的脉冲光，并且其脉冲的占空比小于40％。所述的脉冲光控制器12可以采用多种实施方式实现。图5至图8提供了本发明的脉冲光控制器12的四个实施例。下面具体说明：
实施例1
如图5所示，所述的脉冲光控制器12包括光源驱动器121，还包括基于脉冲处理模块200输入的脉冲特征信息控制光源驱动器121向发光器10输出脉冲电源mc的光驱脉冲控制开关12a。采用光驱脉冲控制开关12a基于脉冲处理模块200输入的脉冲特征信息控制光源驱动器121向发光器10输出脉冲电源mc。图5与本申请人原孕妇体腹外胎儿无创血氧饱和度监测系统中的胎儿光电信号检测界面的不同之处有二：(1)将原信号处理模块改成脉冲处理模块200，后者的核心是微处理器，它除了处理接收到的信号外，还要对发光光源的强度，发光脉冲的宽度以及其占空比进行控制。(2)将光源时序控制电路改成图5的光源驱动控制开关，它将根据脉冲处理模块200的指令或者脉冲信号对光源驱动器进行直接开关控制。光源驱动控制开关可以由脉冲发生器、电流或电压开关管和其他辅助电路组成，其目的是用较小占空比的脉冲来控制发光，从而减少平均发光功率。
实施例2
如图6所示，所述的脉冲光控制器12包括光源驱动器121，还包括基于脉冲处理模块200输入的脉冲特征信息将输入给发光器10的直流电源dc调制为脉冲电源mc的光源脉冲控制开关12b。采用光源脉冲控制开关12b基于脉冲处理模块200输入的脉冲特征信息将输入给发光器10的直流电源dc调制为脉冲电源mc。图6是孕妇体腹外胎儿无创血氧饱和度监测系统中的胎儿光电信号检测界面的另一个实施例的功能框图。图6与图5不同之处是：图5的光源驱动控制开关改成图6的光源脉冲控制开关12b，它将根据脉冲处理模块200的指令或者脉冲信号对红光/红外光源直接开关控制。光源脉冲控制开关12b可以由脉冲发生器、传统机械光开关、微机械光开关和其他辅助电路组成，其作用是用窄脉冲来控制机械光开关允许光发出的时间，只允许较小占空比的脉冲光被发射出去，从而降低照射的孕妇腹部表面的平均光功率。
实施例3
如图7所示，所述的脉冲光控制器12包括光源驱动器121和具有脉冲控制开关特性的光源时序控制电路120，它基于脉冲处理模块200输入的脉冲特征信息控制光源驱动器121向发光器10输出脉冲电源mc。采用带有脉冲控制开关特性的光源时序控制电路120基于脉冲处理模块200输入的脉冲特征信息控制光源驱动器121向发光器10输出脉冲电源mc。
实施例4
如图8所示，所述的脉冲光控制器12包括光源驱动器121，还包括机械脉冲控制电路12c和脉冲光执行机构12d，机械脉冲控制电路12c基于脉冲处理模块200输入的脉冲特征信息驱动脉冲光执行机构12d执行将连续发射光转换为脉冲光发射出的动作。采用机械脉冲控制电路12c基于脉冲处理模块200输入的脉冲特征信息驱使脉冲光执行机构12d将连续发光转换为脉冲光。所述的脉冲光控制器12的脉冲光执行机构12d可以为光学快门或反射镜。
本发明用占空比小的窄脉冲控制发光光源，可以控制光源(led、激光器或其他光源)驱动器的电压或者电流，也可以用机械光开关直接控制光的反射。所述的发光器件的平均发光功率＝瞬间最大发光功率×脉冲的占空比，其中平均发光功率不超过300毫瓦，和/或瞬间最大发光功率不超过2000毫瓦。参见图1和图2，由于发光器10发出的特定波长(如600nm-1100nm)的红光lr和红外光ln，要穿过孕妇腹部的皮肤f、子宫壁z、子宫内羊水等皮肤f与胎儿t之间的其它人体组织后，才能到达胎儿t，从胎儿t返回的与胎儿血流相关的光信号还要经过上述的人体组织才能被置放在孕妇腹部表面的信号探测器11接收到，由于人体组织对光波的吸收严重、光在人体组织内经过的光程很长、光在人体组织内的反射和衍射等因素的光损耗很大，因此红光lr和红外光ln发射后返回到信号探测器11，必然是经历了极为巨大的衰减，如果没有较大的发光功率(如瞬间最大发光功率在2000毫瓦量级)的支持，信号探测器11接收到的微弱的光信号是无法呈现出胎儿脉搏血氧饱和度信号，因为其微弱的程度足以使胎儿脉搏血氧饱和度信号被干扰信号(如环境光、电磁辐射、母体血流等产生的干扰信号)所淹没。显然，在不采用脉冲光控制的连续发光状态下，2000毫瓦的发光功率会导致光辐射的灼伤危害。然而，采用本发明的脉冲光控制控制后，可使平均发光功率降到安全范围内(如在300毫瓦量级以下)。从瞬间最大发光功率在2000毫瓦转换为平均发光功率小于300毫瓦，可通过脉冲处理模块200的脉冲光源管理模块20a给出一个合适的脉冲特征信息(其中的脉冲占空比小于0.15)便可实现。
所述的脉冲光控制器12可设有脉冲信号发生电路，它能基于脉冲处理模块200输入的频率和占空比信息生成脉冲信号，并用该信号控制脉冲光控制器12输出脉冲电源mc或用于将直流电源dc调制为脉冲电源mc的脉冲控制信号。
图9是图1所示的本发明的腹外无创胎儿血氧饱和度检测检测仪的脉冲光控系统的脉冲光处理步骤中生成的与血氧相关的信号曲线示意图，如前所述的：曲线a是发光器10发出的脉冲光的功率在时域内的示意图，表示脉冲光控制器12将根据所述的脉冲信号调制出的脉冲光(lr和ln)从孕妇腹外照射到其腹内。曲线b是信号探测器11接收到的从孕妇腹内返回的与脉搏血氧饱和度相关的脉冲信号在时域内的示意图，表示信号探测器11接收从孕妇腹内返回的与脉搏血氧饱和度相关的信号，是被脉冲光的脉冲频率所调制的脉冲信号，该脉冲信号不同于现有的连续光照射下的接收到的连续信号；曲线c是基于图9b所示的脉冲信号生成的包络线的示意图，所述的包络线被定义为相邻两个脉冲峰值点之间的连线；曲线d是脉冲处理模块200从图9c所示的脉冲信号及包络线信号中解析出的包络线数据的示意图，基于脉冲信号生成的包络线信号可相当于现有的连续光照射下的接收到的连续信号脉冲处理模块200从其包络线信号中解析出包络线信号，它能用于与综合处理器20的信号处理模块201的要求相匹配的胎儿脉搏血氧饱和度的处理。
从图9所示的脉冲信号的包络线信号解析过程可见，用脉冲包络线信号呈现胎儿脉搏血氧饱和度信号，其存在脉冲频率优化选择必要，通过选择合适的频率，以确保所呈现的胎儿脉搏血氧饱和度信号的完整和准确。基于胎儿与孕妇的正常心率范围和本发明的脉冲光控制系统的采样结构的特殊性，本发明给出了脉冲光的脉冲频率的优选范围，即：所述脉冲的频率范围为20hz至5000hz，其中优选范围为400hz至2000hz，但不包含50hz、60hz和它们的整数倍的频率。下面参见图9，具体说明用于本发明腹外无创胎儿血氧饱和度检测仪的脉冲光控系统的脉冲光处理方法。该方法包括以下处理步骤：
(1)脉冲处理模块200生成包括频率和占空比的脉冲特征信息；
(2)脉冲光控制器12基于所述脉冲特征信息生成脉冲信号；
(3)脉冲光控制器12将根据所述的脉冲信号调制出的脉冲光(lr和ln)从孕妇腹外照射到其腹内；(脉冲光曲线如图9a所示)
(4)信号探测器11接收从孕妇腹内返回的与脉搏血氧饱和度相关的脉冲信号；(脉冲信号曲线如图9b所示)
(5)采集处理单元23将脉冲信号处理成数字信号后传给综合处理器20；
(6)综合处理器20的脉冲处理模块200基于脉冲信号生成包络线信号；(脉冲信号生成包络线后的曲线如图9c所示)
(7)脉冲处理模块200从脉冲信号及其包络线信号中解析出包络线数据，并将该数据传输给信号处理模块201；(解析出的包络线如图9d所示)
(8)信号处理模块201将包络线数据作为脉搏血氧饱和度信号，并基于该信号作后续的处理，以得出血氧饱和度数值。
上述的脉冲光处理方法中调制出脉冲光(lr和ln)的步骤(3)可以具有多种实施方式。下面具体举例说明。
实施方式1包括以下处理步骤：
(31a)脉冲光控制器12的光驱脉冲控制开关12a基于脉冲信号控制光源驱动器121输出脉冲电源mc，加载于发光器10；
(31b)发光器10基于加载的脉冲电源mc发出脉冲光(lr和ln)。
实施方式2包括以下处理步骤：
(32a)脉冲光控制器12的光源脉冲控制开关12b基于脉冲信号将输入给发光器10的直流电源dc转换成脉冲电源mc，加载于发光器10；
(32b)发光器10基于加载的脉冲电源mc发出脉冲光(lr和ln)。
实施方式3包括以下处理步骤：
(33a)带有脉冲控制开关功能的光源时序控制电路120基于脉冲信号控制光源驱动器121输出脉冲电源mc，加载于发光器10；
(33b)发光器10基于加载的脉冲电源mc发出脉冲光(lr和ln)。
实施方式4包括以下处理步骤：
(34a)脉冲光控制器12的光源驱动器121输出直流电源dc并加载于发光器10；
(34b)发光器10基于加载的直流电源dc发出连续光(lzr和lzn)；
(34c)机械脉冲控制电路12c基于脉冲信号输出脉冲电源mc，加载于脉冲光执行机构12d；
(34d)脉冲光执行机构12d基于加载的脉冲电源mc产生反复遮光或折反光线的动作，该动作将连续光(lzr和lzn)转换成脉冲光(lr和ln)后再发射出。
上述的脉冲光处理方法中生成包络线的步骤(6)包括以下处理步骤：依次在脉冲信号的相邻的两个峰值点之间生成连线。(如图9c所示)
作为本发明的另一个实施例，本发明的腹外无创胎儿血氧饱和度检测仪的脉冲光控系统包括设置在腹外无创探测器1上的发光器10，与发光器10连接的脉冲光控制器12，脉冲光控制器12与处理控制部件2的综合处理器20连接，脉冲光控制器12在综合处理器20的控制下驱动发光器10发出频率高于20hz的脉冲光，并且其脉冲的占空比小于40％；还包括设置在腹外无创探测器1上的信号探测器11，信号探测器11从孕妇腹内散射和反射回的与胎儿血氧饱和度相关的光的脉冲信号传送给综合处理器20。
所述的信号探测器11与胎儿血氧模块23b连接，胎儿血氧模块23b通过数模转换器22与综合处理器20连接。信号探测器11采用光传感器，将从孕妇腹内散射和反射回的与胎儿血氧饱和度相关的光的脉冲信号转换为电信号，输出脉冲模拟信号；胎儿血氧模块23b包括放大器和滤波器，将脉冲模拟信号放大和滤除频率外的干扰信号等，然后经数模转换器22转换为脉冲数字信号传送给综合处理器20，综合处理器20为单片机，通过软件实现胎儿相关的脉搏血氧饱和的方法。采集处理单元23包括具有胎儿血氧模块23b模块的胎儿脉冲信号模块230，综合处理器20基于具有的与胎儿血氧饱和度相关的脉冲数字信号，以及孕妇血氧模块23a采集的孕妇血氧信号和或孕妇心率模块23c采集的采集孕妇心率信号和或胎儿心率模块23d采集的胎儿心率信号胎儿心率信号，并通过显示器21进行显示。信号探测器11、胎儿血氧模块23b和数模转换器22设置在腹外无创探测器1上，通过有线或无线方式与综合处理器20连接。本发明的脉冲光控系统采用具有较小占空比的脉冲光信号，使得人体所接收到的平均光功率大大小于瞬间最大发光功率从而保障人体安全，在提高信号强度的同时，解决了过大发光功率对孕妇和胎儿可能造成伤害的问题。
本发明既可以用于由于各种原因造成缺氧的不良胎儿的检测，同样也可以用于正常胎儿的检测，既可以在医院检测，也可以被移植和扩展到以移动互联网支持的远程围产监护，如通过远程在家进行检测。本发明可以和现有的电子胎儿监护仪(electronicfetalmonitor，efm)结合起来，实现更全面的新型胎儿监护设备。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。