CN101677785A - 自动监测胎儿运动活动的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种自动监测胎儿的运动活动的系统(1)和方法。为了提供一种检测胎儿运动活动的简单而可靠技术，提出了一种自动监测胎儿运动活动的方法，所述方法包括如下步骤：检测(200)孕妇的总体运动，所述总体运动包括所述孕妇的运动和所述胎儿的运动；检测所述孕妇的至少一个第二生理信号(26)；以及通过分析检测到的所述孕妇的总体运动，分析所述孕妇的所述至少一个第二生理信号(26)并根据所述分析结果区分所述孕妇的运动和所述胎儿的运动，来确定(300)所述胎儿的运动活动。

Description

自动监测胎儿运动活动的方法
本发明涉及一种自动监测胎儿的运动活动的系统和方法。
胎儿是胚胎期之后出生之前的发育中的哺乳动物或其他胎生脊椎动物。在人类中，胎儿发育阶段始于受精之后的第八周末，直到出生，在第八周末期已经形成了主要的结构和器官系统。在下文中，术语“胎儿”和“未出生儿”是同义使用的。此外，术语“怀孕妇女”、“孕妇”和“妈妈”是同义使用的。然而，本发明不是仅仅适用于人类，而且适用于动物，例如像马的农场动物或像狗的宠物。
在怀孕期间，父母常常会担心他们未出生儿的健康。例如，没有未出生儿运动或未出生儿运动少可能是怀孕有问题的征兆。为了监测未出生儿的运动活动，通常要求怀孕妇女统计她们未出生儿的运动次数。这不是非常舒适而且易于出错。
本发明的目的是提供一种用于监测胎儿运动活动的简单而可靠的技术。
根据本发明，该目的是通过一种自动监测胎儿运动活动的方法实现的，该方法包括如下步骤：
-检测孕妇的总体运动，所述总体运动包括所述孕妇的运动和所述胎儿的运动；
-检测所述孕妇的至少一个第二生理信号；以及
-通过分析检测到的所述孕妇的总体运动，分析所述孕妇的所述至少一个第二生理信号并根据所述分析结果区分所述孕妇的运动和所述胎儿的运动，来确定所述胎儿的运动活动。
本发明的目的还是通过一种自动监测胎儿运动活动的系统实现的，所述系统包括：
-用于检测孕妇的总体运动的至少一个传感器，所述总体运动包括所述孕妇的运动和所述胎儿的运动；
-用于检测所述孕妇的至少一个第二生理信号的至少一个传感器；以及
-分析设备，用于通过分析检测到的所述孕妇的总体运动并分析所述孕妇的所述至少一个第二生理信号来确定所述胎儿的运动活动；所述分析设备包括用于根据所述分析结果将所述孕妇的运动与所述胎儿的运动区分开的甄别器。
本发明的目的还是通过一种要在计算机中执行的计算机程序实现的，所述计算机程序用于自动监测胎儿的运动活动，所述计算机程序包括用于在计算机中执行所述计算机程序时，通过如下操作确定胎儿运动活动的计算机指令：
-分析先前检测到的孕妇的总体运动，所述总体运动包括所述孕妇的运动和所述胎儿的运动；
-分析至少一个先前检测到的所述孕妇的第二生理信号；以及
-根据所述分析结果将所述孕妇的运动与所述胎儿的运动区分开。
本发明的核心思想是利用在大多数情况下容易获得的怀孕妇女的运动数据，以便确定关于未出生儿运动活动的信息。用这种方法，可以提供一种监测未出生儿运动活动的容易而完全非介入式的方法。利用本发明，可以在家庭环境中完全自动地执行未出生儿运动的评估和监测。
根据本发明，确定步骤包括将孕妇的运动与胎儿运动区分开。换言之，通过确定设备来分析由运动传感器检测到的孕妇的累加“总体”运动，并区分两种不同类型的运动。第一种运动是由胎儿导致的，例如，因为胎儿在孕妇的子宫内转身导致。第二种运动是由孕妇自身导致的。
为了区分那些运动，检测和分析孕妇的至少一个第二生理信号。换言之，使用另一参数来评估运动数据。如果用与第一生理信号相同的检测装置(例如传感器)来检测第二生理信号，则可以降低系统成本。
将基于从属权利要求所定义的以下实施例更详细地描述本发明的这些和其他方面。
根据本发明的优选实施例，为了区分那些运动，分析孕妇的运动信号的能量。更具体而言，如果检测到的运动信号能量超过特定阈值，将会把这一特定运动分配给妈妈的运动。另一方面，如果检测到的运动信号的能量未超过特定阈值，将会把这一特定运动处理为与可能的未出生儿运动相关。
根据本发明的优选实施例，第二生理信号是孕妇的心率和/或心率可变性。根据本实施例，利用了妈妈的运动和心率之间的相关性。如果检测到的运动与妈妈心率的变化相关，该运动可能是由妈妈自身导致的。然而，如果检测到的运动不与妈妈心率的变化相关，该运动可能是由胎儿导致的。
由于孕妇通常在床上度过很多时间来休息和睡眠，所以床是这种监测任务的理想场所。因此，在本发明的监测系统中，优选将检测运动的至少一个传感器连接到或集成到床中。换言之，优选地将床用作执行本发明的介质。根据本发明的床被定义为依靠或坐在其上的表面或任何其他设备，例如常规的床、医院用床、睡椅、常规的椅子、牙医椅、轮椅、(操作)台等。然而，本发明优选地应用于家庭环境中。因此，床优选是常规的床。
这里所述的所有器具都适于执行根据本发明的方法。构造所有设备并编程，从而根据本发明的方法运行获取数据和数据处理的流程。具体而言，构造并编程确定运动活动的分析设备，从而将孕妇的运动与胎儿的运动区分开。更具体而言，分析设备适于执行计算测量数据以及确定和评估结果的所有任务。根据本发明，这是利用一种计算机软件实现的，该计算机软件包括计算机指令，当在分析设备的计算机中执行软件时，该计算机指令适于执行本发明方法的步骤。分析设备本身可以包括实现为硬件、软件形式或两者组合形式的功能模块或单元。
于是可以基于根据本发明的计算机程序的指令实现根据本发明所需的技术效果。可以将这种计算机程序存储在诸如CD-ROM或DVD的载体上或可以通过因特网或另一种计算计网络获得它。在执行之前，例如借助CD-ROM或DVD播放器从载体，或从因特网读取计算机程序从而将计算机程序载入计算机，并将其存储在计算机的存储器中。计算机包括中央处理单元(CPU)、总线系统、内存装置(例如RAM或ROM等)、存储装置(例如软盘或硬盘单元等)和输入/输出单元等。或者，可以利用例如一个或多个集成电路将本发明的方法实现为硬件。
在下文中将参考以下实施例和附图以举例的方式详细描述本发明的这些和其他方面，附图中：
图1示出了用于根据本发明的系统中的具有集成传感器的床；
图2示出了根据本发明的系统的示意方框图；
图3示出了根据本发明的方法的简化流程图；
图4示出了根据本发明的方法的更详细流程图；
图5示出了根据本发明的方法的更详细流程图；
图6示出了为发生了未出生儿运动的怀孕妇女记录的BCG信号；
图7示出了为具有三次更大运动的怀孕妇女记录的ECG信号、RR系列和BCG信号；
图8示出了图7的信号的放大部分；
图9示出了为具有非常小运动的怀孕妇女记录的ECG信号、RR系列和BCG信号；以及
图10示出了为具有大信号干扰的怀孕妇女记录的ECG信号、RR系列和BCG信号。
附图标记
1系统
2BCG传感器
3ECG传感器
4(空闲)
5床
6床垫
7分析设备
11信号输入设备
12A/D转换器
13微处理器
14信号输出设备
15显示器
20BCG信号
21未出生儿运动
22过滤后的BCG信号
23运动
24RR减小
25运动
26ECG信号
27运动周期
28恢复周期
100-500方法步骤
参考图1-5，现在更详细地解释根据本发明的系统和方法。一般地说，该方法包括如下步骤：开始100测量流程；检测200怀孕妇女的总体运动，所述总体运动包括怀孕妇女自身的运动和未出生儿的运动；通过分析检测到的怀孕妇女总体运动确定300未出生儿的运动活动；评估400结果；以及终止500测量过程。优选地，在发生运动之后立即执行确定步骤300。然而，可以在稍晚时间执行确定步骤300。
为了检测怀孕妇女的总体运动，系统1包括若干传感器2。作为传感器2，使用压电传感器、驻极体箔或其他适当传感器，例如应变仪，以便获得怀孕妇女的心冲击图(BCG)。提供了额外的传感器3，例如织物心电图(ECG)传感器，以便测量怀孕妇女的心率(HR)和心率可变性(HRV)。不过，也可以利用BCG传感器2测量心率。除了以上列出的传感器之外，根据测量类型、测量环境和其他要求，可以使用其他类型的传感器。所有传感器2、3都集成到常规床5中，尤其是床7的床垫6或靠背中。改造和设置传感器2、3，从而能够在孕妇躺在床5上时进行所有测量(运动、ECG、BCG)。可以在专利申请WO 2006111889A1和WO 2006111878A1中找到关于典型设置的详细信息，在此通过引用将其公开并入。
检测步骤200不仅包括借助传感器2检测运动，而且包括向系统1的分析设备7转发运动信号。分析设备7适于通过分析检测到的孕妇的总体运动确定胎儿的运动活动。分析设备7包括信号输入模块11、模拟-数字转换器12和微处理器13。信号输入模块11和模拟-数字转换器12用于向微处理器13递送输入的运动信号。如下文更详细描述的，微处理器13用于数据处理和分析。具体而言，利用在分析设备7的微处理器13中执行的计算机程序执行由分析设备7执行且如下所述的所有方法步骤。
在下文中，解释将孕妇的运动与胎儿运动区分开的过程。借助充当甄别器的微处理器13执行这种区分。
在分析设备7已经接收到测量到的运动信号之后，执行确定步骤300的子例程310、320。参见图4，由分析设备7执行第一步分类310，以便找到所接收信号之中可被分类为“运动”的段落I。为此，将信号分成长度例如为2秒的小段。然后，借助分析设备7测试条件C1，以便将每个段落I分配到两个定义好的类别之一中：“运动”或“无运动”。优选地，被检查段落I中存在的信号能量是否超过第一阈值，以及是否已经将针对该段落I计算的特征矢量通过分类器分配给类别“运动”或类别“无运动”。特征矢量例如包括若干根据信号估计的时域特征，例如过零速率、一阶和二阶导数。作为一种可能的统计模式识别方法，可以使用具有监督训练的贝叶斯分类器进行段分类。也可以使用其他分类器，例如具有或没有监督训练的人工神经网络以及结构模式识别方法。
一旦将数据段分类为“运动”，则由分析设备7执行第二步分类320。在这一步骤中，分析设备7逐一分析那些已被分类为“运动”的段落J，以便将孕妇的运动与胎儿运动区分开。为此，分析被检查段落J的信号能量并测试条件C2。如果信号能量超过第二阈值，将会把这一特定运动分配给妈妈的运动，并分析下一段落J。第二阈值高于第一阈值。
如果检测到的运动信号的能量未超过第二阈值，将会把这一特定运动处理为与可能的未出生儿运动相关，并继续进行分类。接下来，测试条件C3。为此，借助分析设备7判断检测到的运动是否与妈妈变化的心率HR相关。更具体而言，判断心率是否在时域中增大和/或心率可变性HRV频谱是否在低频成分中展现出增大的功率。这种测试基于如下认识，即，HRV频谱的低频成分功率受到植物性神经系统交感神经活动的调节，在运动期间发生交感紧张增加时增大。与前面的(一个或多个)段落相比在段落J，…，K中评估这些变化的存在，其中，K是被分类为“无运动”的第一段的索引。优选地，并行测试两种条件。如果满足这些条件中的至少一个，则检测到的运动结果来自妈妈。如果检测到的运动与妈妈变化的心率HR相关，则运动可能是由妈妈自身导致的；分析下一段落。如果检测到的运动不与妈妈心率的变化相关，该运动可能是由胎儿导致的。因此，将该运动分类为未出生儿运动。
优选地，借助分析设备7自适应地计算要在确定步骤300期间使用的段长、阈值等。例如，根据心率选择段长，以便获得定义范围之内的能量值。
分析设备7还适于利用所确定的未出生儿运动来在步骤400中评估结果，即，在测量过程期间和/或停止运动检测之后提供结果信息。优选地，结果包括表示测量结果的单指针。根据期望的用途，可以使用不同类型的指针。例如，可以提供表示未出生儿运动次数的指针；或者该指针表示未出生儿可能的当前状态或表示夜间未出生儿运动的运动历史的指针。优选地，假设未出生儿运动次数降到特定阈值以下，该指针表示妈妈应当寻求医疗建议。
分析设备7还包括信号输出模块14，其适于向位于床附近的显示器15等提供输出信号和/或分析结果(例如指针信息)。或者，输出模块可以适于向例如位于本地医院或医生那里的外部接收机提供输出信号和/或分析结果。为此，可以使用GSM网络或基于计算机的网络，像互联网。
现在结合图6-10中所示的测量结果描述本发明。图6中示出了(睡眠)怀孕妇女的心冲击图(BCG)曲线20。BCG曲线20由两个主要频率成分构成：与怀孕妇女呼吸运动相关的高振幅低频正弦成分以及怀孕妇女心脏运动造成的小振幅高频成分。在指定的圆21中，示出了(放大的)未出生儿运动的典型信号。可以与其余信号清楚地对其进行区分。
由于未出生儿运动一般能量较低，因此它们的特征是信号振幅小。因此，所有高振幅的运动都可能起因于妈妈。此外，已经注意到妈妈的运动，包括那些振幅小的运动，通常会导致心率增大。可以利用例如织物或其他ECG电极3通过并行记录ECG来测量这种情况。也可以通过分析BCG或利用其他传感器，像电容ECG传感器(能够不接触而测量ECG)、电感测量传感器和基于雷达的传感器来确定心率。
在图7-10中，已经通过过滤测量的BCG信号从BCG信号去除了正弦呼吸成分。所得的BCG信号22主要与怀孕妇女的心率相关。由分析设备7在步骤310期间执行过滤过程，分析设备7包括适当的过滤器装置，例如作为其由微处理器13实现的信号处理单元的一部分。
如图7-9所示，显然可见，在睡眠期间，妈妈的小到很小的运动23与RR间隔长度中突然而准时的降低24相关或等价地，与瞬时心率增加相关。运动与交感神经激励相关，也可以通过HRV频谱低频成分中的功率增加检测到交感神经激励。相反，未出生儿的运动对妈妈的心率或心率可变性没有影响。在运动检测之后，因此能够通过分析妈妈心率和心率可变性频谱区分未出生儿和妈妈的运动。
在图7中给出了三种运动23的范例及它们对女性瞬时心率的影响。RR系列是从同时记录的织物ECG导出的。每种运动23都与RR间隔长度的突然而准时降低24相关。图8示出了图7的信号的放大部分。
图9示出了t＝3196处的第一运动23，其涉及到怀孕妇女的运动。此外，其示出了非常小的运动25(t＝3240处的第二运动)的范例。现在必需要判断该非常小的运动25是源于妈妈还是未出生儿。由于运动25也与RR间隔长度的减小24相关，因此其源于妈妈。
在妈妈的运动使ECG信号26恶化的情况下，仍然能够借助分析设备7检测运动周期27之后的恢复阶段28中的交感神经激励，如图10所示。不可能判断运动(t＝3900-3920)期间的RR间隔。然而，尽管如此，在恢复阶段28中的运动(t＝3919-3924)之后仍然能够直接检测到HR中的区分模式。
对于本领域的技术人员来说，显而易见，本发明不限于以上例示性实施例的细节，且可以通过其他特定形式实现本发明而不脱离其精神或本质属性。因此要将这些实施例从所有方面都视为例示性的而非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而非以上描述表明，因此意在涵盖落在权利要求等价要件的含义和范围内的所有变化。此外还要明了的是，“包括”一词不排除其他元件或步骤，词语“一”或“一个”不排除多个，而且单个元件，例如计算机系统或另一单元可以完成权利要求中所述的若干装置的功能。权利要求中的附图标记不应被示为限制相关权利要求。

Claims (8)

1、一种自动监测胎儿运动活动的方法，所述方法包括如下步骤：
-检测(200)孕妇的总体运动，所述总体运动包括所述孕妇的运动和所述胎儿的运动；
-检测所述孕妇的至少一个第二生理信号(26)；以及
-通过分析检测到的所述孕妇的总体运动，分析所述孕妇的所述至少一个第二生理信号(26)并根据分析结果区分所述孕妇的运动和所述胎儿的运动，来确定(300)所述胎儿的运动活动。
2、根据权利要求1所述的方法，其中，分析所述孕妇的运动信号(22)的能量。
3、根据权利要求1所述的方法，其中，所述孕妇的心率和/或心率可变性被用作第二生理信号(26)。
4、根据权利要求3所述的方法，其中，如果运动与所述孕妇的心率变化不相关，则将所述运动分类为未出生儿运动。
5、根据权利要求1所述的方法，其中，在所述孕妇睡眠期间检测所述孕妇的所述运动。
6、一种用于自动监测胎儿运动活动的系统(1)，所述系统包括：
-用于检测孕妇的总体运动的至少一个传感器(2)，所述总体运动包括所述孕妇的运动和所述胎儿的运动；
-用于检测所述孕妇的至少一个第二生理信号(26)的至少一个传感器(3)；以及
-分析设备(7)，用于通过分析检测到的所述孕妇的总体运动并分析所述孕妇的所述至少一个第二生理信号(26)来确定所述胎儿的运动活动；所述分析设备(7)包括用于根据所述分析结果将所述孕妇的运动与所述胎儿的运动区分开的甄别器(13)。
7、根据权利要求6所述的系统(1)，其中，用于检测运动的所述至少一个传感器(2)和/或用于检测所述孕妇的至少一个第二生理信号(26)的所述至少一个传感器(3)连接到或集成到床(5)。
8、一种要在计算机(13)中执行的计算机程序，用于自动监测胎儿的运动活动，所述计算机程序包括用于在所述计算机(13)中执行所述计算机程序时，通过如下操作确定胎儿的运动活动的计算机指令：
-分析先前检测到的孕妇的总体运动，所述总体运动包括所述孕妇的运动和所述胎儿的运动；
-分析至少一个先前检测到的所述孕妇的第二生理信号；以及
-根据分析结果将所述孕妇的运动与所述胎儿的运动区分开。
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