一种多频胎心仪及胎心监护用探头的制作方法

本实用新型涉及一种胎心检测用探头，尤其涉及一种多频胎心仪及胎心监护用探头。

背景技术：

市面上胎心仪的探头，根据工作方式分为两种，一种是连续波工作方式，通常是一个半圆形压电陶瓷片连续发射一定频率的超声波，另一个相同工作频率的半圆形压电陶瓷片用于连续接收超声回波信号。另一种是脉冲波工作方式，一个圆形压电陶瓷片发射超声波一定时间后，停止发射同时接收超声回波信号，发射和接收的频率被称为重复发射频率prf，该频率一般是1-4khz，不管是连续波工作方式，还是脉冲波工作方式，探头只工作在一个频率，工作频率一般是0.5mhz-3.5mhz。

对于胎心监护设备，目前市面上常用的胎心监护设备的探头，全部采用脉冲波工作方式，压电陶瓷片的数量一般是一到十几不等，且全部并联在一起，同时发射，同时接收，工作在一个固定频率，该频率一般是0.5mhz-3.5mhz，重复发射频率prf频率一般是1-4khz。

我们知道，不同频率的超声，频率越低，超声路径的能量衰减就越小，声场扩散角大，可以用较低的功率，测到更深范围内胎儿心跳信号，且容易找到胎心的位置，不过，频率越低，分辨率就越低，只能检测到大孕周(临床一般28周后开始进行胎儿监护检查项目)的胎心心跳信号；频率越高，超声路径的能量衰减就越大，声场扩散角小，同时分辨率更高，可以用于小孕周(9周起)的胎心检测。

可见，现有的胎心仪探头或胎心监护探头都是工作在一个频率，不能满足整个孕期的胎心监护检测的需求。如果能采用一个探头同时具有多种工作频率，可以将不同频率的优点发挥出来，能更好的满足整个孕期的胎心检测和监护的要求。

技术实现要素：

针对上述技术问题，本实用新型公开了一种多频胎心仪及胎心监护用探头，同一个探头，可以工作在不同频率，可以满足整个孕期的胎心检测和监护的要求。

对此，本实用新型的技术方案为：

一种多频胎心仪及胎心监护用探头，其包括位于外壳内的第一频率压电陶瓷片/片组、第二频率压电陶瓷片/片组、探头发射和接收控制模块，所述探头发射和接收控制模块包括发射和接收电路，所述发射和接收电路包括0.5mhz-3.5mhz时序产生电路、第一频率驱动电路、第二频率驱动电路、第一频率隔离电路、第二频率隔离电路，所述0.5mhz-3.5mhz时序产生电路分别与第一频率驱动电路、第二频率驱动电路连接，所述第一频率驱动电路通过第一频率隔离电路与第一频率压电陶瓷片/片组连接，所述第二频率驱动电路通过第二频率隔离电路与第二频率压电陶瓷片/片组连接，所述第一频率压电陶瓷片/片组、第二频率压电陶瓷片/片组反馈的信号通过前置放大解调滤波电路与处理器连接。

其中，0.5mhz-3.5mhz时序产生电路产生脉冲波信号。驱动电路、隔离电路、前置放大解调滤波电路可以采用现有技术的电路。其中处理器也可以采用现有技术的处理器。优选的，所述处理器为arm或其它计算单元。进一步优选的，所述处理器的芯片为stm32f103c8t6。

其中，第一频率压电陶瓷片/片组、第二频率压电陶瓷片/片组可以为压电陶瓷片，也可以为并联连接的压电陶瓷片组。而且第一频率压电陶瓷片/片组、第二频率压电陶瓷片/片组的工作频率可以相同或不同。

第一频率压电陶瓷片/片组、第二频率压电陶瓷片/片组均起到发射和接收信号的作用，当以脉冲波工作方式，两组电陶瓷片/片组同时发射各自一定频率的超声波，一定时间后，停止发射，两组电陶瓷片/片组又同时接收各自的超声回波信号，这个发射和接收过程以重复发射频率prf一直重复下去，此时的超声声场的范围为两个两组电陶瓷片/片组产生的声场范围，这样与现有技术的连续波工作方式，一个电陶瓷片/片组发射一个电陶瓷片/片组接收的相比，深度的声场截面积大了一倍左右，更有利于胎心的信号检测。

采用上述技术方案，可以让探头同时工作在不同的工作频率，提高了探头的分辨率，可以从孕早期(9周)到分娩结束，全孕期使用。

作为本实用新型的进一步改进，所述第一频率驱动电路、第二频率驱动电路的电路结构相同，参数可以不同。

作为本实用新型的进一步改进，所述第一频率驱动电路包括电感l9、电感l10、电容c17、电容c19、电阻r17、电阻r18、电阻r19、双向二极管d6、场效应管q4，所述电感l10的一端与电源vcc端连接，所述电感l10的另一端与场效应管q4的d极、电感l9的一端、电容c19的一端连接，所述电感l9与c17串联后与双向二极管d6连接，所述双向二极管d6与第一频率压电陶瓷片/片组连接；所述场效应管q4的s极与电阻r19串联后接地；所述电阻r18的一端与0.5mhz-3.5mhz时序产生电路连接，所述电阻r18的另一端与电阻r17、场效应管q4的g极连接，所述电阻r17接地。

作为本实用新型的进一步改进，所述壳体在第一频率压电陶瓷片/片组、第二频率压电陶瓷片/片组处的厚度不同。

作为本实用新型的进一步改进，所述第一频率压电陶瓷片/片组、第二频率压电陶瓷片/片组为半圆形，所述第一频率压电陶瓷片/片组、第二频率压电陶瓷片/片组成夹角排列或高低排列，且所述第一频率压电陶瓷片/片组、第二频率压电陶瓷片/片组对称分居于两侧。其中，所述夹角排列指的是，第一频率压电陶瓷片/片组、第二频率压电陶瓷片/片组各自与壳体有夹角，第一频率压电陶瓷片/片组、第二频率压电陶瓷片/片组之间也有夹角，其中夹角并非0度、90度或180度。高低排列指的是，第一频率压电陶瓷片/片组、第二频率压电陶瓷片/片组的水平中心面不在一个平面内，有高有低。

作为本实用新型的进一步改进，所述多频胎心仪及胎心监护用探头包括第三频率压电陶瓷片/片组、第三频率驱动电路、第三频率隔离电路，所述0.5mhz-3.5mhz时序产生电路还与第三频率驱动电路连接，所述第三频率驱动电路通过第三频率隔离电路与第三频率压电陶瓷片/片组连接，第三频率压电陶瓷片/片组反馈的信号通过前置放大解调滤波电路与处理器连接。

作为本实用新型的进一步改进，所述壳体在第一频率压电陶瓷片/片组、第二频率压电陶瓷片/片组、第三频率压电陶瓷片/片组处的厚度不同。

由于超声波经过不同的传输介质，在介质面出一部分能量透射到下一层介质(对胎心检测有用的能量)，一部分能量反射回来(消耗掉的，对胎心检测无用的能量)，要想探头得到最大的灵敏度，必须保证最大部分的能量能够透射到下一层，不同频率的超声，透射能量的多少，都与探头壳体的材料和厚度直接相关，由于外壳同时与压电陶瓷片和人体接触，两者的声阻抗差别甚大，其中压电陶瓷片的阻抗zf≈(20～35)×10⁶kg/s·m²，人体组织的阻抗ze≈(1.58～1.7)×10⁶kg/s·m²，难于使外壳的特性阻抗同时与两者匹配。超声经不同阻抗界面传播，将产生反射，会增加能量损耗并影响分辨力，根据声学传输和多层介质透射理论，当两介质声阻抗特性不同时，为了防止反射，需要外壳的厚度为超声波长1/4奇数倍，并使其阻抗zc等于压电陶瓷片ze和人体介质阻抗zf的几何平均值，即则透射系数为1，可保证超声波在不同介质内无反射地传播。

进一步的，所述第一频率压电陶瓷片/片组、第二频率压电陶瓷片/片组、第三频率压电陶瓷片/片组分别为1mhz压电陶瓷片/片组、1.5mhz压电陶瓷片/片组和2mhz压电陶瓷片/片组，所以第一频率压电陶瓷片/片组、第二频率压电陶瓷片/片组、第三频率压电陶瓷片/片组与壳体粘接处的壳体的厚度为2.84mm±20％，1.91mm±20％，1.43mm±20％。

进一步优选的，所以第一频率压电陶瓷片/片组、第二频率压电陶瓷片/片组、第三频率压电陶瓷片/片组与壳体粘接处的壳体的厚度为2.85～2.87mm、1.9～1.92mm、1.42～1.44mm。进一步的，所以第一频率压电陶瓷片/片组、第二频率压电陶瓷片/片组、第三频率压电陶瓷片/片组与壳体粘接处的壳体的厚度为2.86mm、1.91mm、1.43mm。

另外外壳的厚度与声阻抗的要求外，还要求其声阻尼要小，以减小对超声能量的损耗。在工艺上应保证其同时与压电陶瓷片和人体接触良好。保证不同频率的压电陶瓷片粘接处的壳体厚度的设计，才能确保最大的超声能量透射。

作为本实用新型的进一步改进，所述第一频率压电陶瓷片/片组、第二频率压电陶瓷片/片组、第三频率压电陶瓷片/片组呈高低排列，所述第一频率压电陶瓷片/片组、第三频率压电陶瓷片/片组位于第二频率压电陶瓷片/片组的两侧。

作为本实用新型的进一步改进，所述第一频率压电陶瓷片/片组、第二频率压电陶瓷片/片组、第三频率压电陶瓷片/片组平行排列。

作为本实用新型的进一步改进，所述0.5mhz-3.5mhz时序产生电路可以由单片机完成，比如stc8f2k08f2或带有主时钟分频功能mco的arm芯片，比如stm32l053r8t6。

进一步的，所述前置放大解调滤波电路包括解调芯片，所述解调芯片的型号为74hc4053。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

采用本实用新型的技术方案，探头可以工作在不同的工作频率，使得探头同时具有分辨率高，可以检测孕早期(9周或以上)的胎心率，又可以在孕晚期(28周起)进行胎心率的监护，容易检测到胎儿心跳信号。另外，根据所贴压电陶瓷片的工作频率不同，相应所贴位置的壳体厚度也不相同，具有更好的可靠性和灵敏度。

附图说明

图1是本实用新型实施例1的压电陶瓷片的排列结构示意图。

图2是本实用新型实施例1的压电陶瓷片排列的侧面结构示意图。

图3是本实用新型实施例1的发射和接收电路的框图。

图4是本实用新型实施例1的时序产生电路简图。

图5是本实用新型实施例1的驱动电路图。

图6是本实用新型实施例1的前置放大解调滤波电路的电路图。

图7是本实用新型实施例2的压电陶瓷片排列的侧面结构示意图。

图8是本实用新型实施例3的压电陶瓷片组的排列结构示意图。

图9是本实用新型实施例3的压电陶瓷片组的侧面结构示意图。

图10是本实用新型实施例3的发射和接收电路的框图。

附图标记包括：1-第一频率压电陶瓷片，2-第二频率压电陶瓷片，3-第三频率压电陶瓷片。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的较优的实施例作进一步的详细说明。

实施例1

如图1～图3所示，一种多频胎心仪及胎心监护用探头，其包括位于外壳内粘贴的第一频率压电陶瓷片1、第二频率压电陶瓷片2、探头发射和接收控制模块，所述探头发射和接收控制模块包括发射和接收电路，所述发射和接收电路包括0.5mhz-3.5mhz时序产生电路、第一频率驱动电路、第二频率驱动电路、第一频率隔离电路、第二频率隔离电路，所述0.5mhz-3.5mhz时序产生电路分别与第一频率驱动电路、第二频率驱动电路连接，所述第一频率驱动电路通过第一频率隔离电路与第一频率压电陶瓷片1连接，所述第二频率驱动电路通过第二频率隔离电路与第二频率压电陶瓷片2连接，所述第一频率压电陶瓷片1、第二频率压电陶瓷片2反馈的信号通过前置放大解调滤波电路与处理器连接。

其中，0.5mhz-3.5mhz时序产生电路产生脉冲波信号，本实施例中由单片机完成，单片机的芯片信号为stc8f2k08f2，如图4所示。驱动电路、隔离电路、前置放大解调滤波电路可以采用现有技术的电路。第一隔离电路和第二隔离电路的电路结构相同，采用现有技术。前置放大解调滤波电路可以采用现有技术的，本实施例的电路图如图6所示。

第一频率驱动电路和第二频率驱动电路两路的电路结构相同，只是参数不同，如图5所示，所述第一频率驱动电路包括电感l9、电感l10、电容c17、电容c19、电阻r17、电阻r18、电阻r19、双向二极管d6、场效应管q4，所述电感l10的一端与电源vcc端连接，所述电感l10的另一端与场效应管q4的d极、电感l9的一端、电容c19的一端连接，所述电感l9与c17串联后与双向二极管d6连接，所述双向二极管d6与第一频率压电陶瓷片1/片组连接；所述场效应管q4的s极与电阻r19串联后接地；所述电阻r18的一端与0.5mhz-3.5mhz时序产生电路连接，所述电阻r18的另一端与电阻r17、场效应管q4的g极连接，所述电阻r17接地。

处理器也可以采用现有技术的处理器。优选的，所述处理器为arm或其它计算单元。进一步优选的，所述处理器的芯片为stm32f103c8t6。

第一频率压电陶瓷片1、第二频率压电陶瓷片2可以为压电陶瓷片，也可以采用相同频率压电陶瓷片并联连接形成压电陶瓷片组。而且第一频率压电陶瓷片1、第二频率压电陶瓷片2的工作频率可以相同或不同。所有的压电陶瓷片同时发射一定频率的超声波，再同时接收超声回波信号，发射时间间隔即为重复发射时间。

以某一工作频率(比如1mhz)为例，说明如下：时序产生电路可以由单片机stc8f2k08f2完成，产生的发射信号tr经场效应管电路驱动第一频率压电陶瓷片1，超声接收信号经前置q1放大，送至解调芯片74hc4053，解调后的胎儿心跳信号经放大滤波电路后送至arm或其它计算单元(比如：stm32f103c8t6)。

如图2和图3所示，所述第一频率压电陶瓷片1、第二频率压电陶瓷片2为半圆形，所述第一频率压电陶瓷片1、第二频率压电陶瓷片2成夹角排列。即采用技术连续波探头采用的夹角排列，只是工作在脉冲波方式，无需改变现有探头的结构，即可以增加超声声场范围，方便胎心位置的查找。

进一步的，所述壳体在第一频率压电陶瓷片1、第二频率压电陶瓷片2处的厚度不同。

进一步的，所述第一频率压电陶瓷片1、第二频率压电陶瓷片2的大小、形状可以相同，也可以不同。

现有技术中，当胎心探头以连续波工作方式时，通常是一个半圆形压电陶瓷片连续发射一定频率的超声波，另一个相同工作频率的半圆形压电陶瓷片用于连续接收超声回波信号，因此超声发射和接收的声场的范围只是一个半圆形的压电陶瓷片产生的声场范围。本实施例中，第一频率压电陶瓷片1、第二频率压电陶瓷片2各自都起到发射和接收信号的作用，以脉冲波工作方式，两组电陶瓷片同时发射各自一定频率的超声波，一定时间后，停止发射，两组电陶瓷片又同时接收各自的超声回波信号，这个发射和接收过程以重复发射频率prf一直重复下去，此时的超声声场的范围为两个两组电陶瓷片产生的声场范围，这样与现有技术的连续波工作方式，一个压电陶瓷片发射一个压电陶瓷片接收的相比，深度的声场截面积大了一倍左右，更有利于胎心的信号检测。

采用上述技术方案，可以让探头同时工作在不同的工作频率，提高了探头的分辨率，可以从孕早期(9周)到分娩结束，全孕期使用。

实施例2

在实施例1的基础上，如图7所述，本实施例中，所述第一频率压电陶瓷片1、第二频率压电陶瓷片2为半圆形，所述第一频率压电陶瓷片1、第二频率压电陶瓷片2成高低排列。

实施例3

在实施例1的基础上，如图8～图10所示，本实施例中，所述多频胎心仪及胎心监护用探头还包括第三频率压电陶瓷片3、第三频率驱动电路、第三频率隔离电路，所述0.5mhz-3.5mhz时序产生电路还与第三频率驱动电路连接，所述第三频率驱动电路通过第三频率隔离电路与第三频率压电陶瓷片3连接，第三频率压电陶瓷片3反馈接收的信号通过前置放大解调滤波电路与处理器连接。

所述第一频率压电陶瓷片1、第二频率压电陶瓷片2、第三频率压电陶瓷片3呈高低排列，并且平行排列，所述第一频率压电陶瓷片1、第三频率压电陶瓷片3位于第二频率压电陶瓷片2的两侧。本实施例中，多个第一频率压电陶瓷片1、多个第二频率压电陶瓷片2、多个第三频率压电陶瓷片3分别并联连接形成压电陶瓷片组。如图8和图9所示，本实施例为7个压电陶瓷片、3频率超声胎心监护探头，说明三频探头的特征，左列为第一频率压电陶瓷片1组，中间列为第二频率压电陶瓷片2组，右列为第三频率压电陶瓷片3组，由于频率不同，对应的外壳的厚度也不相同。实际上，压电陶瓷片的大小、形状和排列都可以与图示不同。

所述壳体在第一频率压电陶瓷片1、第二频率压电陶瓷片2、第三频率压电陶瓷片3处的厚度不同。进一步的，所述第一频率压电陶瓷片1/片组、第二频率压电陶瓷片2、第三频率压电陶瓷片3分别为1mhz压电陶瓷片/片组、1.5mhz压电陶瓷片和2mhz压电陶瓷片，本实施例中，所以第一频率压电陶瓷片1、第二频率压电陶瓷片2、第三频率压电陶瓷片3与壳体粘接处的壳体的厚度为2.86mm、1.91mm、1.43mm。

采用该胎心仪和胎心监护仪的探头，均采用脉冲波工作方式，同一个探头，可以工作在不同频率，探头上的压电陶瓷片的形状、大小和数量不限，由于外壳的厚度和材料对超声传导的影响，根据所贴压电陶瓷片的工作频率不同，相应所贴位置的壳体厚度也不相同。不同的工作频率相比于单一频率，既可以获得更好的空间分辨率，在实际应用中，可以测到更小孕周(比如9周或以上)的胎儿心跳，又可以在大孕周时，使用较低的工作频率，可以有更好的探测深度和更小的超声发射功率。

以上所述之具体实施方式为本实用新型的较佳实施方式，并非以此限定本实用新型的具体实施范围，本实用新型的范围包括并不限于本具体实施方式，凡依照本实用新型之形状、结构所作的等效变化均在本实用新型的保护范围内。