CN102860843A - 一种胎心信号采集的方法及装置 - Google Patents

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CN102860843A CN2012103700641A CN201210370064A CN102860843A CN 102860843 A CN102860843 A CN 102860843A CN 2012103700641 A CN2012103700641 A CN 2012103700641A CN 201210370064 A CN201210370064 A CN 201210370064A CN 102860843 A CN102860843 A CN 102860843A
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Abstract

本发明涉及医用胎儿监护技术领域，具体涉及一种胎心信号采集的方法及装置。本发明提供的技术方案，在医用设备使用过程中，对胎心信号进行了方向性识别和计算，提高系统测量的可靠性。

Description

一种胎心信号采集的方法及装置
技术领域
本发明涉及医用监护领域，具体是胎儿监护技术领域，尤其涉及一种胎心信号采集的方法及装置。
背景技术
现在广泛应用于产科临床的超声多普勒胎儿监护仪，利用了声音的一个的特性——多普勒原理，即是指声音遇到运动物体反射的回声会发生频率偏移，偏移量与运动物体的速度成比例。设超声换能器发射的超声波为
Figure 2012103700641100002DEST_PATH_IMAGE001
，运动物体的速度为
Figure 441240DEST_PATH_IMAGE002
，
Figure 2012103700641100002DEST_PATH_IMAGE003
是运动物体与超声之间的夹角，与角频率
Figure 397695DEST_PATH_IMAGE004
对应的频率
Figure 2012103700641100002DEST_PATH_IMAGE005
。运动产生的多普勒频移公式为：
Figure 685588DEST_PATH_IMAGE006
 
其中：
           为超声波的频率；
为界面的速度，
Figure 2012103700641100002DEST_PATH_IMAGE009
为时间；
Figure 269071DEST_PATH_IMAGE003
为界面与超声之间的夹角；
Figure 724323DEST_PATH_IMAGE010
为超声波在器官内的传播速度；
Figure 2012103700641100002DEST_PATH_IMAGE011
为多普勒效应产生的频率偏移量；
           “+”表示运动物体朝向声源运动使得频率增加，而“-”表示运动物体背向声源运动使得频率降低。
普通的超声多普勒胎儿监护仪一般具有：信号发生单元，超声发射单元，超声接收单元、移相单元、解调单元、增益控制单元、过零检测单元控制计算单元等等部分，普通的超声多普勒胎儿监护仪工作时一般采用如下步骤：
启动装置，由信号发生单元产生一定频率
Figure 233933DEST_PATH_IMAGE007
的正弦波信号
Figure 800044DEST_PATH_IMAGE012
，其中
Figure 2012103700641100002DEST_PATH_IMAGE013
为信号幅度，角频率
Figure 537930DEST_PATH_IMAGE014
，
Figure 101767DEST_PATH_IMAGE009
为时间,并通过超声发射单元发射到孕妇腹部；
超声接收单元再接收胎儿心脏反射回的含频率偏移的超声回波信号为
Figure 2012103700641100002DEST_PATH_IMAGE015
，其中
Figure 160990DEST_PATH_IMAGE016
为信号幅度频率偏移量为
Figure 2012103700641100002DEST_PATH_IMAGE017
；
然后在解调单元中将回波信号
Figure 468474DEST_PATH_IMAGE018
与发射信号
Figure 2012103700641100002DEST_PATH_IMAGE019
做乘法运算，由三角函数积化和差公式可得两种频率的信号，一种是频率为2倍
Figure 60867DEST_PATH_IMAGE020
附近的信号（一般为几兆赫兹），一种是频率为偏移量
Figure 795605DEST_PATH_IMAGE017
的信号（一般为几百赫兹），两者频率相差很大。所述三角函数积化和差公式如下：
Figure 2012103700641100002DEST_PATH_IMAGE021
Figure 342124DEST_PATH_IMAGE022
再由低通滤波器将高频信号
Figure 2012103700641100002DEST_PATH_IMAGE023
滤除掉，得到频率偏移信号
Figure 187720DEST_PATH_IMAGE024
：
Figure 2012103700641100002DEST_PATH_IMAGE025
由于胎儿心脏跳动对应的心壁、瓣膜速度在一定范围内，控制计算单元对上述的信号经过增益控制单元、过零检测单元的放大、滤波能够辨认出由胎心反射的回声，控制计算单元得到包络信号，胎儿监护仪还利用这个回声周期，进行分析和处理为医生提供中间处理参考数据。
一次心跳是由心壁和瓣膜活动时产生的一系列运动组成的，监护仪有可能接收到所有这些运动器官的回声信号。但是，胎心跳动的形态在某些特殊情况下会造成监护仪的胎儿心率采集错误，比如当胎心率升高到180次每分钟或更高时，心脏运动逐渐变得很密集，两次心跳所产生的回波信号在幅度和形态上都非常接近，类似一次心跳的收缩和舒张，以致超声监护仪有可能对信号处理出错，将两次单独心跳的心脏运动采集成一次心跳，这样监护出来的胎心率就是实际胎心率的一半，表现为心动过速时胎心率基线的突然大幅降落，接近为原数值的一半；而当胎心率降低到90次每分钟或者以下时，心脏收缩和舒张间隔逐渐变得很长，而且收缩和舒张所产生的回波信号在幅度和形态上都非常接近，以致超声监护仪有可能对信号处理出错，将一次心跳的收缩和舒张两次心脏运动采集成两次单独的心跳，这样监护出来的胎心率就是实际胎心率的两倍，称为翻倍，表现为胎儿心率基线的突然变化、剧烈减速或心搏徐缓时心率的大跳跃（如说明书附图图7所示）。这在产科胎心监护业界内被称为超声多普勒胎儿监护仪的原理性缺陷。
发明内容
为克服上述缺陷，本发明的目的即在于一种胎心信号准确采集的方法及装置。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
本发明一种胎心信号采集的方法，包括如下步骤：
步骤1，启动装置，产生一定频率
Figure 634620DEST_PATH_IMAGE007
的正弦波发射信号
Figure 540259DEST_PATH_IMAGE012
，并发射到孕妇腹部，其中角频率 ；
步骤2，接收胎儿心脏反射回的含频率偏移的超声回波信号
Figure 285678DEST_PATH_IMAGE018
，该超声回波信号为：
Figure 150866DEST_PATH_IMAGE015
，其频率偏移量为
Figure 227406DEST_PATH_IMAGE017
；
步骤3，然后将所述超声回波信号 与发射的正弦波信号
Figure 762348DEST_PATH_IMAGE019
做乘法运算，通过如下三角函数积化和差公式运算：
Figure 419725DEST_PATH_IMAGE026
Figure 729484DEST_PATH_IMAGE022
得到两种频率的信号，一种是频率为2倍 的信号，一种是频率为偏移量
Figure 791298DEST_PATH_IMAGE017
的信号；
再通过低通滤波器将其中的高频信号 滤除掉，得到第一频率偏移信号 ：
；
步骤4，将步骤1所述发射信号
Figure 635178DEST_PATH_IMAGE019
做90度相位偏移，以得到另外一路比较信号 ，所述比较信号
Figure 204830DEST_PATH_IMAGE027
为：
Figure 121971DEST_PATH_IMAGE028
；本方法中步骤2与步骤4并没有严格的先后次序逻辑关系。
步骤5，将所述超声回波信号 与所述比较信号
Figure 234600DEST_PATH_IMAGE027
进行乘法运算，通过如下三角函数积化和差公式运算：
Figure 2012103700641100002DEST_PATH_IMAGE029
Figure 485191DEST_PATH_IMAGE030
同样得到两种频率的信号，一种是频率为2倍 的信号，一种是频率为偏移量
Figure 450053DEST_PATH_IMAGE017
的信号，同样再将该高频信号
Figure 2012103700641100002DEST_PATH_IMAGE031
滤除掉以后，得到第二频率偏移信号
Figure 586636DEST_PATH_IMAGE032
，
该第二频率偏移信号具体为：
所述第一、第二频率偏移信号
Figure 691733DEST_PATH_IMAGE024
和
Figure 685097DEST_PATH_IMAGE032
的频率偏移量相同，相位相差90；
步骤6，获取任意时刻频率偏移量
Figure 377109DEST_PATH_IMAGE034
，当所述频率偏移量
Figure 2012103700641100002DEST_PATH_IMAGE035
时，即负频率偏移的情况下，所述第一、第二频率偏移信号为：
Figure DEST_PATH_IMAGE037
此时可判断得知，胎心壁与超声探头相背运动，胎儿心壁收缩，第二频率偏移信号
Figure 512873DEST_PATH_IMAGE032
相位超前第一频率偏移信号
Figure 378935DEST_PATH_IMAGE024
相位90，
频率的偏移量
Figure 620561DEST_PATH_IMAGE038
时，即正频率偏移的情况下，所述第一、第二频率偏移信号为：
Figure 833367DEST_PATH_IMAGE040
此时可判断得知，胎心壁与超声探头相向运动，胎儿心壁舒张，第二频率偏移信号
Figure DEST_PATH_IMAGE041
相位滞后第一频率偏移信号
Figure 352205DEST_PATH_IMAGE024
相位90°；
步骤7，分别采集胎儿心壁收缩和/或胎儿心壁舒张信号，分别得出收缩和/或舒张信号的包络曲线。
进一步的，所述的胎心信号采集的方法还包括，设置在所述步骤3与步骤6以及步骤5与步骤6之间的步骤8：将所述第一、第二频率偏移信号 和
Figure 852511DEST_PATH_IMAGE032
分别进行滤波和增益控制处理，降低噪音放大有用信号。
更进一步的，所述的步骤6为：将所述第一、第二频率偏移信号
Figure 931325DEST_PATH_IMAGE024
和
Figure 366986DEST_PATH_IMAGE032
经过过零检测，做信号整形，得到第一、第二数字信号 和
Figure DEST_PATH_IMAGE043
，如图6所示；
设置双触发器，该双触发器中的第一触发器以第一数字信号
Figure 964637DEST_PATH_IMAGE042
作为数据输入，以第二信号 作为时钟、清零端输入信号；第二触发器以第一数字信号
Figure 635845DEST_PATH_IMAGE042
作为时钟、清零端输入信号，以第二信号
Figure 578393DEST_PATH_IMAGE043
作为数据输入；将该第一、第二数字信号
Figure 954011DEST_PATH_IMAGE042
和
Figure 374628DEST_PATH_IMAGE043
输入到双触发器中做方向分离处理，
若胎儿心壁舒张（即负频率偏移的情况下，如图4所示），由所述第一触发器输出；
若胎儿心壁收缩，（即正频率偏移的情况下，如图5所示）信号，由触发器2输出。
再进一步的，所述的步骤6为：对所述第一、第二频率偏移信号 和
Figure 836013DEST_PATH_IMAGE032
分别进行模拟数字转化，转换为第一、第二频率偏移信号数字信号
Figure 761244DEST_PATH_IMAGE044
和
Figure DEST_PATH_IMAGE045
，
对上述信号进行傅立叶变换运算，所述傅立叶变换运算公式如下：
Figure 421770DEST_PATH_IMAGE046
\
Figure DEST_PATH_IMAGE047
，分别对应获得频域下的信号功率谱密度；
正值即对应胎儿心壁舒张信号，负值对应胎儿心壁收缩信号；
分别提取正负信号的最大频移点，并记录下来；然后从左往右依次描记最大频移点。
作为另外一种改进的，所述的步骤6为：对所述第一、第二频率偏移信号
Figure 358633DEST_PATH_IMAGE024
和
Figure 642984DEST_PATH_IMAGE032
分别进行模拟数字转化，转换为第一、第二频率偏移信号数字信号
Figure 993194DEST_PATH_IMAGE044
和
Figure 457411DEST_PATH_IMAGE045
，
比较某一时刻的第一、第二频率偏移信号数字信号 和 的相位，
若所述第二频率偏移信号数字信号
Figure 603856DEST_PATH_IMAGE045
相位滞后述第一频率偏移信号数字信号
Figure 169966DEST_PATH_IMAGE044
 90°，则判定胎心壁与超声探头相向运动，方向记录为正，输出信号保留正半周信号；
若所述第二频率偏移信号数字信号
Figure 409318DEST_PATH_IMAGE045
相位超前述第一频率偏移信号数字信号  90°，则判定胎心壁与超声探头相背运动，方向记录为负，输出信号保留第一频率偏移信号数字信号
Figure 593229DEST_PATH_IMAGE048
负半周信号。
本发明一种实现上述胎心信号采集方法的胎心采集装置，主要包括：
信号发生单元，用于产生一定频率的正弦波信号，输出到超声发射单元；
超声发射单元，用于所述正弦波信号将放大、滤波、整形，通过换能器其中的转化为超声波信号输出到孕妇腹部，达到胎儿心脏；
超声接收单元，用于接收胎儿心脏反射超声波信号，根据多普勒原理，该回波信号已发生频率偏移；
解调单元，用于解调出所述回波信号中的频率偏移信号；
移相单元，用于将所述信号发生单元产生一定频率的正弦波信号做相位偏移；
方向识别单元，用于获取解调出所述回波信号中的频率偏移信号的方向特征；
控制采集单元，根据正向和/或负向的信号，分别计算胎儿心壁收缩和/或胎儿心壁舒张信号，进而分别得出收缩和/或舒张信号的包络曲线并完成采集。
进一步的，还包括：滤波单元和增益控制单元，
用于将经过解调单元解调的频率偏移信号中的有效信号基尼险那个保留和放大。
进一步的，还包括：过零检测单元，用于对经过解调单元解调的频率偏移信号做过零检测，进行信号整形。
更进一步的，所述解调单元包括第一、第二解调单元，
所述的信号发生单元产生一定频率的正弦波信号，经所述解调单元解出回波信号中的第一频率偏移信号 ；
信号发生单元产生一定频率的正弦波信号，经所述移相单元做相位偏移后，经所述解调单元解出回波信号中的第二频率偏移信号 ；
所述方向识别单元根据第一、第二频率偏移信号
Figure 526047DEST_PATH_IMAGE024
和
Figure 134883DEST_PATH_IMAGE032
整形后的信号，获取频率偏移信号的方向特征；
所述滤波单元、增益控制单元、过零检测单元分别设有对应第一、第二频率偏移信号
Figure 246058DEST_PATH_IMAGE024
和
Figure 256740DEST_PATH_IMAGE032
的：第一、第二滤波单元，第一、第二增益控制单元，第一、第二过零检测单元。
本发明一种医用设备，包括主机和胎心采集装置，所述胎心采集装置采用上述结构。
本发明提供的技术方案，根据多普勒原理，从收缩和舒张分别产生的回波信号中识别出心壁的方向特征，就可以完全区分出心脏收缩和舒张，从而彻底解决超声多普勒胎儿监护仪的原理性缺陷，提升信号采集的准确性；采用该种方法的胎心采集装置同样具有上述优点。
附图说明
为了易于说明，本发明由下述的较佳实施例及附图作以详细描述。
图1是本发明所述方法的第一具体实施方式的工作流程图；
图2是本发明所述装置的具体实施方式的组成框图；
图3是做正负向信号方向分离、方向识别的双D触发器图；
图4是正向信号分离出的逻辑示意图；
图5是负向信号分离出的逻辑示意图；
图6是过零检测示意图；
图7是传统超声多普勒胎儿监护仪方法采集的胎儿心音包络信号；
图8是本发明所述方法采集的胎儿心音包络信号。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明一种胎心信号采集的方法具体步骤描述如下：
本发明一种胎心信号采集的方法，包括如下步骤：
步骤1，启动装置，产生一定频率
Figure 660914DEST_PATH_IMAGE007
的正弦波发射信号
Figure 757046DEST_PATH_IMAGE012
，并发射到孕妇腹部，其中角频率
Figure 406333DEST_PATH_IMAGE014
；
步骤2，接收胎儿心脏反射回的含频率偏移的超声回波信号
Figure 271521DEST_PATH_IMAGE018
，该超声回波信号为：
Figure 348061DEST_PATH_IMAGE015
，其频率偏移量为 ；
步骤3，然后将所述超声回波信号
Figure 118888DEST_PATH_IMAGE018
与发射的正弦波信号
Figure 563818DEST_PATH_IMAGE019
做乘法运算，通过如下三角函数积化和差公式运算：
Figure 873576DEST_PATH_IMAGE026
Figure 881984DEST_PATH_IMAGE022
得到两种频率的信号，一种是频率为2倍
Figure 935390DEST_PATH_IMAGE020
的信号，一种是频率为偏移量 的信号；
再通过低通滤波器将其中的高频信号
Figure 193513DEST_PATH_IMAGE023
滤除掉，得到第一频率偏移信号
Figure 423637DEST_PATH_IMAGE024
：
Figure 280735DEST_PATH_IMAGE025
；
步骤4，将步骤1所述发射信号 做90度相位偏移，以得到另外一路比较信号
Figure 62801DEST_PATH_IMAGE027
，所述比较信号
Figure 45801DEST_PATH_IMAGE027
为：
Figure 378693DEST_PATH_IMAGE028
；
步骤5，将所述超声回波信号
Figure 927486DEST_PATH_IMAGE018
与所述比较信号
Figure 953211DEST_PATH_IMAGE027
进行乘法运算，通过如下三角函数积化和差公式运算：
Figure 668412DEST_PATH_IMAGE030
同样得到两种频率的信号，一种是频率为2倍
Figure 71711DEST_PATH_IMAGE020
的信号，一种是频率为偏移量
Figure 766873DEST_PATH_IMAGE017
的信号，同样再将该高频信号
Figure 521202DEST_PATH_IMAGE031
滤除掉以后，得到第二频率偏移信号
Figure 195897DEST_PATH_IMAGE032
，
该第二频率偏移信号具体为：
Figure 30867DEST_PATH_IMAGE033
所述第一、第二频率偏移信号
Figure 460711DEST_PATH_IMAGE024
和
Figure 374440DEST_PATH_IMAGE032
的频率偏移量相同，相位相差90；
步骤6，获取任意时刻频率偏移量
Figure 790509DEST_PATH_IMAGE034
，当所述频率偏移量 时，即负频率偏移的情况下，所述第一、第二频率偏移信号为：
Figure 205365DEST_PATH_IMAGE036
此时可判断得知，胎心壁与超声探头相背运动，胎儿心壁收缩，第二频率偏移信号
Figure 75418DEST_PATH_IMAGE032
相位超前第一频率偏移信号
Figure 884980DEST_PATH_IMAGE024
相位90，
频率的偏移量 时，即正频率偏移的情况下，所述第一、第二频率偏移信号为：
Figure 918850DEST_PATH_IMAGE039
Figure 50622DEST_PATH_IMAGE040
此时可判断得知，胎心壁与超声探头相向运动，胎儿心壁舒张，第二频率偏移信号
Figure 403106DEST_PATH_IMAGE041
相位滞后第一频率偏移信号
Figure 221021DEST_PATH_IMAGE024
相位90°；
步骤7，分别采集胎儿心壁收缩和/或胎儿心壁舒张信号，分别得出收缩和/或舒张信号的包络曲线，。
如图8演示了本发明所述方法采集的胎儿心音包络信号，判断了胎心收缩和舒张的方向，在零水平线之上的是胎心舒张的信号，零水平线之下的信号是胎心收缩的信号，收缩和舒张的信号完全分离开，不会被误解析为两次心跳。
本具体实施方式中，所述的胎心信号采集的方法还包括，设置在所述步骤3与步骤6以及步骤5与步骤6之间的步骤8：将所述第一、第二频率偏移信号
Figure 95174DEST_PATH_IMAGE024
和 分别进行滤波和增益控制处理，降低噪音放大有用信号。
另外具体实施方式中，所述的步骤6为：将所述第一、第二频率偏移信号
Figure 926043DEST_PATH_IMAGE024
和
Figure 773914DEST_PATH_IMAGE032
经过过零检测，做信号整形，得到第一、第二数字信号
Figure 636828DEST_PATH_IMAGE042
和
Figure 861135DEST_PATH_IMAGE043
，如图1和图6所示；
设置双触发器，该双触发器中的第一触发器以第一数字信号 作为数据输入，以第二信号
Figure 410246DEST_PATH_IMAGE043
作为时钟、清零端输入信号；第二触发器以第一数字信号
Figure 258991DEST_PATH_IMAGE042
作为时钟、清零端输入信号，以第二信号 作为数据输入；将该第一、第二数字信号 和
Figure 533611DEST_PATH_IMAGE043
输入到双触发器中做方向分离处理，
若胎儿心壁舒张（即负频率偏移的情况下，如图4所示），由所述第一触发器输出；
若胎儿心壁收缩，（即正频率偏移的情况下，如图5所示）信号，由触发器2输出。
再一种实施方式中，所述的步骤6为：对所述第一、第二频率偏移信号 和
Figure 937228DEST_PATH_IMAGE032
分别进行模拟数字转化，转换为第一、第二频率偏移信号数字信号
Figure 973317DEST_PATH_IMAGE044
和
Figure 35689DEST_PATH_IMAGE045
，
对上述信号进行傅立叶变换运算，所述傅立叶变换运算公式如下：
Figure 422808DEST_PATH_IMAGE046
\
Figure 464713DEST_PATH_IMAGE047
，分别对应获得频域下的信号功率谱密度；
正值即对应胎儿心壁舒张信号，负值对应胎儿心壁收缩信号；
分别提取正负信号的最大频移点，并记录下来；然后从左往右依次描记最大频移点。
作为另外一种实施方式的，所述的步骤6为：对所述第一、第二频率偏移信号
Figure 620888DEST_PATH_IMAGE024
和
Figure 355626DEST_PATH_IMAGE032
分别进行模拟数字转化，转换为第一、第二频率偏移信号数字信号
Figure 902144DEST_PATH_IMAGE044
和
Figure 75637DEST_PATH_IMAGE045
，
比较某一时刻的第一、第二频率偏移信号数字信号 和
Figure 490492DEST_PATH_IMAGE045
的相位，
若所述第二频率偏移信号数字信号
Figure 524308DEST_PATH_IMAGE045
相位滞后述第一频率偏移信号数字信号  90°，则判定胎心壁与超声探头相向运动，方向记录为正，输出信号保留
Figure 38783DEST_PATH_IMAGE044
正半周信号；
若所述第二频率偏移信号数字信号
Figure 177640DEST_PATH_IMAGE045
相位超前述第一频率偏移信号数字信号  90°，则判定胎心壁与超声探头相背运动，方向记录为负，输出信号保留第一频率偏移信号数字信号
Figure 384685DEST_PATH_IMAGE048
负半周信号。
如图2所示，本发明一种实现上述胎心信号采集方法的胎心采集装置，主要包括：
信号发生单元，用于产生一定频率的正弦波信号，输出到超声发射单元；
超声发射单元，用于所述正弦波信号将放大、滤波、整形，通过换能器其中的转化为超声波信号输出到孕妇腹部，达到胎儿心脏；
超声接收单元，用于接收胎儿心脏反射超声波信号，根据多普勒原理，该回波信号已发生频率偏移；
解调单元，用于解调出所述回波信号中的频率偏移信号；
移相单元，用于将所述信号发生单元产生一定频率的正弦波信号做相位偏移；
方向识别单元，用于获取解调出所述回波信号中的频率偏移信号的方向特征
控制采集单元，根据正向和/或负向的信号，分别计算胎儿心壁收缩和/或胎儿心壁舒张信号，进而分别得出收缩和/或舒张信号的包络曲线并完成采集。
如图2所示的，还包括：滤波单元和增益控制单元，
用于将经过解调单元解调的频率偏移信号中的有效信号保留和放大。
如图2所示，还包括：过零检测单元，用于对经过解调单元解调的频率偏移信号做过零检测，进行信号整形。
如图2所示，所述解调单元包括第一、第二解调单元，
所述的信号发生单元产生一定频率的正弦波信号，经所述解调单元解出回波信号中的第一频率偏移信号
Figure 369959DEST_PATH_IMAGE024
；
信号发生单元产生一定频率的正弦波信号，经所述移相单元做相位偏移后，经所述解调单元解出回波信号中的第二频率偏移信号
Figure 617400DEST_PATH_IMAGE045
；
所述方向识别单元根据第一、第二频率偏移信号S1和S2整形后的信号，获取频率偏移信号的方向特征；
所述滤波单元、增益控制单元、过零检测单元分别设有对应第一、第二频率偏移信号
Figure 688124DEST_PATH_IMAGE024
和
Figure 679214DEST_PATH_IMAGE045
的：第一、第二滤波单元，第一、第二增益控制单元，第一、第二过零检测单元。
本发明一种医用设备（未图示），包括主机和胎心采集装置，所述胎心采集装置采用上述结构。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种胎心信号采集方法，其特征在于，包括，
步骤1，启动装置，产生正弦波发射信号                                                
Figure 2012103700641100001DEST_PATH_IMAGE001
发射到孕妇腹部；
步骤2，接收胎儿心脏反射回的含频率偏移的超声回波信号
Figure 288054DEST_PATH_IMAGE002
，其频率偏移量为
Figure 2012103700641100001DEST_PATH_IMAGE003
；
步骤3，然后将所述超声回波信号
Figure 527405DEST_PATH_IMAGE002
与所述发射的正弦波信号
Figure 825663DEST_PATH_IMAGE001
做乘法算，通过三角函数积化和差公式运算，再通过低通滤波器将其中的高频信号
Figure 212782DEST_PATH_IMAGE004
滤除掉，得到第一频率偏移信号
Figure 2012103700641100001DEST_PATH_IMAGE005
；
步骤4，将步骤1的所述发射信号做90度相位偏移，以得到另外一路比较信号
Figure 847080DEST_PATH_IMAGE006
，所述比较信号
Figure 581818DEST_PATH_IMAGE006
为：
Figure 2012103700641100001DEST_PATH_IMAGE007
；
步骤5，将所述超声回波信号
Figure 128337DEST_PATH_IMAGE002
与所述比较信号进行乘法运算，通过如下三角函数积化和差公式运算：
Figure 250194DEST_PATH_IMAGE008
Figure 2012103700641100001DEST_PATH_IMAGE009
，
同样再将该高频信号滤除掉以后，得到第二频率偏移信号
Figure 2012103700641100001DEST_PATH_IMAGE011
，该第二频率偏移信号具体为：
Figure 688183DEST_PATH_IMAGE012
，
所述第一、第二频率偏移信号
Figure 399787DEST_PATH_IMAGE005
和
Figure 202658DEST_PATH_IMAGE011
的频率偏移量相同，相位相差90；
步骤6，获取任意时刻频率偏移量
Figure 2012103700641100001DEST_PATH_IMAGE013
，当所述频率偏移量时，即负频率偏移的情况下，所述第一、第二频率偏移信号为：
此时可判断得知，胎心壁与超声探头相背运动，胎儿心壁收缩，第二频率偏移信号
Figure 486244DEST_PATH_IMAGE011
相位超前第一频率偏移信号
Figure 471517DEST_PATH_IMAGE005
相位90，
频率的偏移量
Figure 2012103700641100001DEST_PATH_IMAGE017
时，即正频率偏移的情况下，所述第一、第二频率偏移信号为：
Figure 656642DEST_PATH_IMAGE018
Figure 2012103700641100001DEST_PATH_IMAGE019
此时可判断得知，胎心壁与超声探头相向运动，胎儿心壁舒张，第二频率偏移信号相位滞后第一频率偏移信号
Figure 2012103700641100001DEST_PATH_IMAGE021
相位90°；
步骤7，分别计算胎儿心壁收缩和/或胎儿心壁舒张信号，进而分别得出收缩和/或舒张信号的包络曲线并完成采集。
2.根据权利要求1所述的一种胎心信号采集方法，其特征在于，所述的胎心信号采集的方法还包括，设置在所述步骤3与步骤6、以及步骤5与步骤6之间的步骤8，所述步骤8为：将所述第一、第二频率偏移信号
Figure 154674DEST_PATH_IMAGE005
和分别进行滤波和增益控制处理，降低噪音放大有用信号。
3.根据权利要求1所述的一种胎心信号采集方法，其特征在于，所述的步骤6为：将所述第一、第二频率偏移信号
Figure 412797DEST_PATH_IMAGE005
和
Figure 642922DEST_PATH_IMAGE011
经过过零检测，做信号整形，得到第一、第二数字信号
Figure 500019DEST_PATH_IMAGE022
和
Figure 2012103700641100001DEST_PATH_IMAGE023
，然后设置双触发器，该双触发器中的第一触发器以第一数字信号
Figure 630524DEST_PATH_IMAGE022
作为数据输入，以第二信号作为时钟、清零端输入信号；第二触发器以第一数字信号作为时钟、清零端输入信号，以第二信号
Figure 597977DEST_PATH_IMAGE023
作为数据输入；将该第一、第二数字信号
Figure 146770DEST_PATH_IMAGE022
和输入到所述双触发器中做方向分离处理，即：
若胎儿心壁舒张，由所述第一触发器输出；
若胎儿心壁收缩信号，由所述第二触发器输出。
4.根据权利要求1所述的一种胎心信号采集方法，其特征在于，所述的步骤6为：对所述第一、第二频率偏移信号
Figure 875746DEST_PATH_IMAGE005
和
Figure 74646DEST_PATH_IMAGE011
分别进行模拟数字转化，转换为第一、第二频率偏移信号数字信号
Figure 415629DEST_PATH_IMAGE024
和
Figure 2012103700641100001DEST_PATH_IMAGE025
，
对上述信号进行傅立叶变换运算，分别对应获得频域下的信号功率谱密度；
正值即对应胎儿心壁舒张信号，负值对应胎儿心壁收缩信号；
分别提取正负信号的最大频移点，并记录下来；然后从左往右依次描记最大频移点。
5.根据权利要求1所述的一种胎心信号采集方法，其特征在于，所述的步骤6为：对所述第一、第二频率偏移信号和分别进行模拟数字转化，转换为第一、第二频率偏移信号数字信号
Figure 41280DEST_PATH_IMAGE024
和
Figure 564665DEST_PATH_IMAGE025
，
比较某一时刻的第一、第二频率偏移信号数字信号
Figure 430727DEST_PATH_IMAGE024
和
Figure 406774DEST_PATH_IMAGE025
的相位，
若所述第二频率偏移信号数字信号
Figure 885159DEST_PATH_IMAGE025
相位滞后述第一频率偏移信号数字信号
Figure 466314DEST_PATH_IMAGE024
 90°，则判定胎心壁与超声探头相向运动，方向记录为正，输出信号保留 正半周信号；
若所述第二频率偏移信号数字信号
Figure 468085DEST_PATH_IMAGE025
相位超前述第一频率偏移信号数字信号
Figure 546899DEST_PATH_IMAGE024
 90°，则判定胎心壁与超声探头相背运动，方向记录为负，输出信号保留第一频率偏移信号数字信号
Figure 481095DEST_PATH_IMAGE026
负半周信号。
6.一种实现上述胎心信号采集方法的胎心采集装置，其特征在于，主要包括： 
信号发生单元，用于产生一定频率的正弦波信号，输出到超声发射单元；
超声发射单元，用于所述正弦波信号将放大、滤波、整形，通过换能器其中的转化为超声波信号输出到孕妇腹部，达到胎儿心脏；
超声接收单元，用于接收胎儿心脏反射超声波信号，根据多普勒原理，该回波信号已发生频率偏移；
解调单元，用于解调出所述回波信号中的频率偏移信号；
移相单元，用于将所述信号发生单元产生一定频率的正弦波信号做相位偏移；
方向识别单元，用于获取解调出所述回波信号中的频率偏移信号的方向特征；
控制计算单元，根据正向和/或负向的信号，分别计算胎儿心壁收缩和/或胎儿心壁舒张信号，进而分别得出收缩和/或舒张信号的包络曲线并完成采集。
7.如权利要求6所述的胎心信号采集设备，其特征在于，还包括：滤波单元和增益控制单元，
用于将经过解调单元解调的频率偏移信号中的有效信号保留和放大。
8.如权利要求7所述的胎心信号采集设备，其特征在于，还包括：过零检测单元，用于对经过解调单元解调的频率偏移信号做过零检测，进行信号整形。
9.如权利要求8所述的胎心信号采集设备，其特征在于，所述解调单元包括第一、第二解调单元，
所述的信号发生单元产生一定频率的正弦波信号，经所述解调单元解出回波信号中的第一频率偏移信号
Figure 987162DEST_PATH_IMAGE021
；
信号发生单元产生一定频率的正弦波信号，经所述移相单元做相位偏移后，经所述解调单元解出回波信号中的第二频率偏移信号；
所述方向识别单元根据第一、第二频率偏移信号
Figure 23569DEST_PATH_IMAGE005
和
Figure 313736DEST_PATH_IMAGE011
整形后的信号，获取频率偏移信号的方向特征；
所述滤波单元、增益控制单元、过零检测单元分别设有对应第一、第二频率偏移信号
Figure 256284DEST_PATH_IMAGE005
和
Figure 631902DEST_PATH_IMAGE011
的：第一、第二滤波单元，第一、第二增益控制单元，第一、第二过零检测单元。
10.一种医用设备，包括主机和胎心采集装置，其特征在于，所述胎心采集装置采用如权利要求6-9任意一项结构。
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