CN103052356B - 减少胎儿监测期间的超声信号含混性的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于胎儿心脏监测的方法和装置。为了改进超声监测，评估周期信号如由胎儿和母体所造成的信号的数量，并且如果评估多于一个周期信号，则调整信号解调的时间窗口。

Description

减少胎儿监测期间的超声信号含混性的方法

技术领域

本发明涉及胎儿心脏监测方法和装置的领域。

背景技术

胎儿电子监测仪或胎心宫缩图（CTG）通常包括基本单元，该基本单元具有热敏打印机、显示器和用于测量生命参数如子宫活性和胎儿心跳的多个传感器元件。

当今的胎儿监测仪使用超声多普勒技术在怀孕和分娩期间进行胎儿心率的无创采集和记录。由于胎儿心脏肌肉的机械收缩导致在超声反射中的周期信号模式，胎儿监测仪使用该模式的周期来确定胎儿心率。美国专利US4,984,576描述了此类装置。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种用于胎儿心脏监测的改进方法和装置。

这一目通过一种用于胎儿心脏监测的方法来实现，该方法包括以下步骤：

a）接收由胎儿反射的超声信号；

b）解调在具有特定持续时间的至少一个时间窗口（也被称为解调时间窗口）中接收的信号；

c）评估至少一个时间窗口是否包含多于一个周期信号；以及

d）在多于一个被评估的周期信号的情况下，调整至少一个时间窗口的持续时间；

其中以经调整或未调整的（一个或多个）时间窗口重复步骤a）至d）。

本发明基于以下基本思想，即超声检测体积的位置和长度是由时间窗口确定的，在此时间窗口期间反射信号被接收或者更确切地说被解调。接收/解调时间窗口的持续时间与从其接收反射信号的检测体积的长度成正比。通过调整时间窗口的持续时间，到达范围可以被控制。具有短持续时间的时间窗口导致短的检测长度，而具有长持续时间的时间窗口导致长的检测长度。通常，时间窗口的持续时间被设计为覆盖约5cm至约20cm的深度范围。胎儿的心脏位于从换能器的表面起通常约10cm至约15cm的距离。为了覆盖各种各样的身体测量值，添加了适当的安全裕度。

然而，超声检测体积内的结构的所有周期运动都可能在胎儿监测仪内产生心率。已经发现尤其是母体的腹部动脉的脉动会造成问题，从而使得含有关于胎儿心跳的信息的信号仅表示整个接收的超声信号的一部分。来自单独移动的结构例如特别是位于胎儿心脏后面的母体或胎儿动脉或脐带的信号贡献被叠加并且实际上是不需要的，因为来自胎儿心脏的反射以外的任何信号的贡献将减少后续心跳计算的准确性，或者在最坏情况下可能导致记录母体心率。

本发明的出发点是假设不同的周期信号源是在空间上分离的。本发明预期通过以下来降低记录由叠加的多普勒信号导致的不准确或错误的心率的概率：在测量路径或任选地在单独的参考路径中检测特别是由不同的来源如胎儿、母体或双胎儿的心跳或（动脉/主动脉）脉搏引起的周期信号的数目，并且随后调整时间窗口的持续时间并由此调整超声检测体积。

由于母体心率源如母体动脉主要位于胎儿心率源如胎儿心脏的后面，可以通过减少时间窗口的持续时间并因此减少超声检测体积来减少或避免母体心率源的信号与胎儿心率源的信号的叠加。该时间窗口可以例如被调整，特别是被减少限定的时间或者直到另一例如指示母体的心跳的含混性周期信号消失。

根据本发明的方法和装置具有以下优点中的至少一种：

-改进的超声测量，

-改进的超声信号质量，

-心率计算的增加的可靠性和/或精度，

-具有可管理和可负担的信号处理能力的信号隔离，

-减少监督并因此降低人员成本，和/或

-可以执行极端的人体测量，因为超声深度范围仅在含混的周期信号的情况下减小。

在本发明的背景中，接收的信号也可以是经处理的接收信号，例如被接收并放大的信号或被接收、放大并分割的信号部分。

步骤a）至d）的一次运行可以特别地包括几个步骤b）（以及步骤a））。可以在这些步骤b）的基础上执行步骤c）。

在本发明的背景中，时间窗口的持续时间在特别是一个周期信号的评估的情况下是不被调整的。在没有周期信号的评估的情况下，窗口控制器可以维持时间窗口例如原始时间窗口，或者将经调整的时间窗口复位到原始时间窗口。优选原始时间窗口被设置为覆盖大多数孕妇的最佳深度范围。例如，原始时间窗口可以被设置为覆盖约≥3cm至约≤25cm的深度范围，例如约≥5cm至约≤18cm。

在一个实施例中，该方法包括以下步骤：

a）接收由胎儿反射的超声信号；

b）解调在具有特定持续时间的时间窗口内接收的信号；

c）评估该时间窗口是否包含多于一个周期信号；

d）在多于一个评估的周期信号的情况下，调整该时间窗口的持续时间；其中以经调整或未调整的时间窗口重复步骤a）至d）。根据本发明的方法的这个实施例可以通过不具有参考路径或更确切地说只有一个或多个测量路径的胎儿心脏监测装置来执行。这具有使用简单装置的优点。

在另一实施例中，该方法包括以下步骤：

a）接收由胎儿反射的超声信号并将该信号分割成至少一个测量路径和至少一个参考路径；

b）解调测量路径中的、在具有特定持续时间的第一时间窗口中接收的信号的一部分以及参考路径中的、在具有特定持续时间的第二时间窗口中接收的信号的另一部分；

c）评估参考路径的第二时间窗口是否包含多于一个周期信号；以及

d）在参考路径的第二时间窗口中评估多于一个周期信号的情况下调整测量路径的第一个时间窗口的持续时间；

其中以经调整或未调整的第一时间窗口重复步骤a）至d）。根据本发明的方法的这个实施例可以通过具有一个或多个测量路径和一个或多个参考路径的胎儿心脏监测装置来执行。这具有以下优点，即在背景中搜索并消除额外的周期信号，而不会干扰测量。

优选地，在测量路径和/或参考路径中该信号被进一步分割成两个或更多个路径。优选地，这在步骤b）中或之前执行。通过这种方式，也可以执行进一步的方法来改善监测结果，如美国专利号4,984,576和5,170,791中所描述的方法，其全部公开内容通过引用合并于此。

第一和第二时间窗口不一定必须具有相同的持续时间、起始点和/或结束点。然而，在根据本发明的方法开始时，第一和第二时间窗口可以具有相同的持续时间、起始点和/或结束点。

在进一步的实施例中，第二时间窗口比第一时间窗口具有更长的持续时间。

通过这种方式，由参考路径的第二时间窗口筛选更宽的深度范围，在此基础上调整第一时间窗口，由此避免在测量路径的第一时间窗口中的信号含混。

第二时间窗口的持续时间例如高达第一时间窗口的持续时间的约3倍。例如，第二时间窗口的持续时间为约150μs，而第一时间窗口持续时间较短，例如第一时间窗口持续时间为或减小到50μs。特别是，第二时间窗口可以有固定的持续时间。在这方面，第一时间窗口可以在步骤的第一循环开始时具有与第二时间窗口相同的持续时间并且在步骤的重复循环期间变得更短，或者第一时间窗口在步骤的第一次运行开始时已经比第二时间窗口具有更短的持续时间。特别是，第一和第二时间窗口可以具有相同的起始点。例如，第一和第二时间窗口均具有在（整个接收的时间窗口中的，参见图la和图1b）约140μs处的起始点。

在另一实施例中，时间窗口的持续时间在步骤d）中被减小。通过这种方式，其他周期信号可以从心脏信号计算中排除，从而改善心脏信号的质量。

在另一实施例中，通过将时间窗口的结束点设定得更早而在步骤d）中调整特别是减小时间窗口的持续时间。例如，在开始时，第一和第二时间窗口都具有在约290μs处的结束点，而通过将结束点设定得更早例如减至（整个接收的时间窗口中的，参见图1a和图1b）190μs而调整特别是减小第一时间窗口。通过这种方式，由远距离源例如母体动脉引起的周期信号被从心脏信号计算中排除，从而提高心脏信号的质量。

在一个实施例中，时间窗口的持续时间在步骤d）中被逐步调整，特别是被减小。也就是说，在步骤a）至d）的第一个循环中，时间窗口的持续时间被第一步骤减小，并且在步骤a）至d）的第二个循环中，已经被第一步骤减小的时间窗口的持续时间被第二步骤进一步减小，以此类推。这可以通过大小依次递减的步骤或大小固定的步骤来实现。

在一个实施例中，经调整的时间窗口被保持直到测量过程结束。但是，胎儿可能会在测量过程中改变其位置，使得超声信号不再被胎儿反射，或者更确切的说丢失胎儿心跳和周期信号。

因此，在另一实施例中，如果在前面的步骤c）中没有在经调整的时间窗口中的周期信号被评估，经调整的时间窗口在步骤d）中被复位到原始时间窗口。通过这种方式，检测范围的深度被扩大重新获得丢失的周期信号。

在另一实施例中，在至少一个解调信号的基础上计算胎儿心脏信号。胎儿心脏信号例如为心率，尤其是心跳间的心率。在本发明的上下文中，解调信号也可以是经处理的解调信号，例如经解调和滤波的信号，经解调、滤波和A/D转换的信号或经解调、滤波、A/D转换和调节的信号。在一个实施例中，在测量路径或者更确切地说在第一时间窗口的解调结果的基础上计算胎儿心脏信号。

在一个实施例中，在步骤a）到d）的第一次运行期间第一次执行胎儿心脏信号的计算。然而，也可以在步骤a）至d）的重复循环期间第一次执行胎儿心脏信号的计算。由于在短时间段内重复步骤a）至d），即使在步骤a）到d）的第一循环期间第一次计算胎儿心脏信号，也能够在可接受的时间段内输出足够的胎儿心脏信号。

根据本发明的方法可以特别地由随后描述的根据本发明的超声胎儿心脏监测装置执行。

根据实施例，步骤a）由超声换能器执行，特别是由随后描述的根据本发明的超声胎儿心脏监测装置的超声换能器执行。特别地，步骤a）可以由超声多普勒换能器执行，由此可以在步骤a）中接收超声多普勒信号。

根据实施例，步骤b）由解调器执行，特别是由随后描述的根据本发明的超声胎儿心脏监测装置的解调器执行。在步骤b）中可以特别地从载波信号中提取多普勒频移信号。例如，与载波信号具有相同频率的脉冲信号因此被施加到解调器的一个输入端。通过这种方式，在步骤b）执行同步解调。

根据实施例中，步骤c）由含混性检测器执行，特别是由随后描述的根据本发明的超声胎儿心脏监测装置的含混性检测器执行。可以通过使用信号处理方法特别是用于检测周期信号的信号处理方法在步骤c）中执行周期信号评估，该方法例如是从包括以下的组中选择的方法：傅立叶变换如快速傅里叶变换、自相关、峰值搜索、小波变换及其组合。在此信号处理方法与分类方法和/或计数和/或决策方法相结合。例如，由信号处理方法如快速傅里叶变换产生的峰值被分类（泛音基频分配）并且随着时间的推移计数经分类的峰值，其中如果时间窗口中的被分类峰值的数量超过预定义的阈值，时间窗口被评估为包含多于一个周期信号。那么步骤c）的分析窗口可能长于用于计算胎儿心脏信号的分析窗口。例如，步骤c）的分析窗口是约≥4s至约≤8s。优选地，在步骤c）中，通过使用傅立叶变换和/或自相关特别是傅立叶变换如快速傅里叶变换来执行周期信号的评估。

根据实施例，步骤d）由窗口控制器执行，特别是由随后描述的根据本发明的超声胎儿心脏监测装置的窗口控制器执行。

优选地，胎儿心脏信号是由胎儿心脏信号计算器计算的，特别是由随后描述的根据本发明的超声胎儿心脏监测装置的胎儿心脏信号计算器计算的。胎儿心脏信号也可以通过使用信号处理方法特别是用于检测周期信号的信号处理方法来计算，该方法例如是从包括以下的组中选择的方法：傅立叶变换如快速傅立叶变换、自相关、峰值搜索、小波变换及其组合。在此该信号处理方法还与计数和/或决策方法相结合。

根据实施例，另外，根据本发明的方法包括的步骤a0）：放大由超声换能器接收的超声信号。例如，由超声换能器接收的超声信号在步骤a0）中被放大，其任选地分成测量路径和参考路径并且随后在步骤b）中被解调。

此外，根据实施例，该方法包括步骤b1）：对至少一个解调信号进行滤波，例如用于去除侧带和/或执行解调信号的抗混叠滤波。

此外，根据实施例，该方法包括步骤b2）：进行解调信号的模数转换。例如，步骤b）的解调信号在步骤b1）中被滤波并且随后被A/D转换。

此外，根据实施例，该方法包括步骤b3）：调节解调信号。该调节可以包括例如通过高通滤波从解调信号中去除DC偏移和/或整流该解调信号和/或例如通过低通滤波平滑该解调信号。

对于根据本发明的方法的更多技术特征和优点，明确地参考在随后描述的根据本发明的超声胎儿心脏监测装置、附图及附图描述的背景下的解释。

本发明的另一目的是超声胎儿心脏监测装置，其包括：

超声换能器，其用于产生超声信号并用于接收/发送由胎儿反射的超声信号，

解调器，其用于解调在具有特定持续时间的至少一个时间窗口中接收的信号，

含混性检测器，其用于评估至少一个时间窗口是否包含多于一个周期信号，

窗口控制器，其用于根据来自含混性检测器的指示多于一个周期信号的信号调整解调器的至少一个时间窗口的持续时间，以及

胎儿心脏信号计算器，其用于在至少一个解调信号的基础上计算胎儿心脏信号。

特别是，根据本发明的装置可以适用于执行根据本发明的方法。

根据实施例，该超声换能器是超声多普勒换能器。该超声换能器可以具有未聚焦的大致圆柱状的超声波束场。优选地，该超声换能器包括压电元件阵列。特别地，该超声换能器可被设计为产生/发送和接收超声波。

根据实施例，该解调器是用于从载波信号中提取多普勒频移信号的解调器。

根据实施例，该胎儿心脏信号计算器被设计为通过使用信号处理方法特别是用于检测周期信号的方法来计算胎儿心脏信号，该方法例如是从包括以下的组中选择的方法：傅立叶变换例如快速傅立叶变换、自相关、峰值搜索、小波变换及其组合。在此，信号处理方法与计数和/或决策方法相结合。

根据实施例，含混性检测器还被设计为评估至少一个时间窗口是否包含一个周期信号或没有周期信号。含混性检测器可以特别地被设计为使用信号处理方法特别是用于检测周期信号的方法评估周期信号，该方法例如是从包括以下的组中选择的方法：傅立叶变换例如快速傅立叶变换、自相关、峰值搜索、小波变换及其组合。在此，信号处理方法与分类方法和/或计数方法和/或决策方法相结合。例如，含混性检测器被设计为通过将由信号处理方法如快速傅里叶变换产生的峰值（泛音基频分配）进行分类并且随着时间的推移计数经分类的峰值来评估周期信号，其中如果时间窗口中经分类的峰值数目超过预定义的阈值，则该时间窗口被评估为包含多于一个周期信号。在这方面，含混性检测器的分析窗口比胎儿心脏信号计算器的分析窗口更长。例如，含混性检测器的分析窗口是约≥4s至约≤8s。优选地，含混性检测器被设计为通过使用傅立叶变换和/或自相关尤其是傅立叶变换例如快速傅立叶变换来评估周期信号。此外，根据实施例，含混性检测器被设计为发送指示多于一个周期信号的信号给窗口控制器。另外，含混性检测器可被设计为发送指示一个周期信号或没有周期信号的信号给窗口控制器。

根据实施例，窗口控制器被设计为在来自含混性检测器的信号指示多于一个周期信号的情况下调整特别是减小至少一个时间窗口的持续时间。所述窗口控制器被特别设计为通过将时间窗口的结束点设定得更早来调整至少一个时间窗口的持续时间。此外，窗口控制器可以被设计为在来自含混性检测器的信号指示一个周期信号时不调整至少一个时间窗口的持续时间。此外，根据实施例，窗口控制器被设计为在来自含混性检测器的信号指示没有周期信号时，保持时间窗口例如原始时间窗口或将经调整的时间窗口复位到原始时间窗口。

在一个实施例中，该装置包括用于放大由超声换能器接收的超声信号的放大器。

在另一实施例中，该装置包括至少一个滤波器，特别是用于去除侧带和/或执行解调信号的抗混叠滤波的滤波器。例如，该装置包括至少一个带通滤波器，尤其是具有在100Hz和500Hz下的截止频率。

在另一实施例中，该设备包括用于转换解调信号的模数转换器。

在又一实施例中，该装置包括用于调节解调信号的信号调节器。特别地，该信号调节器可被设计为通过从解调信号中去除DC偏移（例如通过高通滤波）和/或通过整流解调信号和/或通过平滑解调信号（例如通过低通滤波）来调节解调信号。

在另一实施例中，含混性检测器和胎儿心脏信号计算器都连接到的信号调节器，其中含混性检测器被窗口控制器连接到解调器。

在另一实施例中，该装置包括至少一个解调器-滤波器-转换器-调节器布置，其中用于解调在具有特定持续时间的至少一个时间窗口中接收的信号的解调器被连接到至少一个滤波器，特别是用于去除边带和/或执行解调信号的抗混叠滤波的滤波器，其中该滤波器被连接到用于转换解调信号的模数转换器，并且其中该模数转换器被连接到用于调节解调信号的信号调节器。在此，含混性检测器和胎儿心脏信号计算器都被连接到解调器-滤波器-转换器-调节器布置的信号调节器，其中该含混性检测器被窗口控制器连接到解调器。

在另一实施例中，该装置包括用于将接收到的信号分割成测量路径和参考路径的信号分割器。在此，测量路径和参考路径都包括解调器和（直接或间接）连接到该解调器的信号调节器。特别地，测量路径和参考路径都可以包括解调器-滤波器-转换器-调节器布置。胎儿心脏信号计算器可被连接到测量路径的信号调节器。含混性检测器可以被连接到参考路径的信号调节器。另外，含混性检测器可以被窗口控制器连接到测量路径的解调器。在该实施例中，在背景中搜索和消除其他周期信号，而不干扰测量路径。此外，在该实施例中，被含混性检测器评估的时间窗口可以比由用于计算胎儿心脏信号的胎儿心脏信号计算器处理的解调信号的时间窗口具有较长的持续时间，因为含混性检测器和胎儿心脏信号计算器属于不同的路径。例如，由含混性检测器评估的时间窗口具有一个持续时间为，例如高达由胎儿心脏信号计算器处理的解调信号的时间窗口的持续时间的约三倍的持续时间。例如，由含混性检测器评估的时间窗口具有约150μs的持续时间，而由胎儿心脏信号计算器处理的解调信号的时间窗口的持续时间较短，例如，第一时间窗口的持续时间为或减小到50μs。含混性检测器可被设计为评估具有固定持续时间的时间窗口。特别地，由含混性检测器评估的时间窗口和由胎儿心脏信号计算器处理的解调信号的时间窗口可以具有相同的起始点，例如，第一和第二时间窗口都具有在（整个接收的时间窗口中的，参见图1a和图1b）约140μs的起始点。

此外，根据实施例，该装置包括至少一个测量和/或参考路径分割器，用于将测量路径或参考路径的信号分割成两个或更多个路径。

对于根据本发明的装置的更多技术特征和优点，明确地参考在根据本发明的胎儿心脏监测方法、附图及附图描述的背景下的解释。

本发明的另一目的是一种计算机程序，其使处理器能够实施根据本发明的方法。

本发明的又一个目的是胎心宫缩图（CTG），其包括根据本发明的超声胎儿心脏监测装置或执行根据本发明的胎儿心脏监测方法。

本发明的这些和其它方面将通过参考下文中描述的实施例变得显而易见并得以阐明。

附图说明

在附图中：

图la是示出根据本发明具有测量路径但没有参考路径的方法和装置的一个实施例的示意图；

图1b是示出根据本发明具有测量路径和参考路径的方法和装置的另一实施例的示意图；

图2a和图2b是胎儿心脏监测期间的孕妇的示意性剖视图；

图3a是示出根据本发明具有测量路径但没有参考路径的方法和装置的另一实施例的方框图；以及

图3b是示出根据本发明具有测量路径和参考路径的方法和装置的另一实施例的方框图。

具体实施方式

图1a是示出根据本发明具有测量路径但没有参考路径的方法和装置的一个实施例的示意图。胎儿心脏（由心脏图标表示）的深度位置、母体腹部动脉（由动脉图标表示）、所接收的超声信号和解调时间窗口1、1'、1"之间的关系在图1中示出。特别地，图1a示出除了胎儿心脏之外母体腹部动脉的脉动也产生超声反射并导致在时间窗口中的周期信号。

只要不需要的周期信号（母体腹部动脉）的强度低于某一水平，可以通过随后的信号处理降低不需要的周期信号的影响。然而，依赖于表征反射的超声回波的强度的各种时变因素，超声信号的分量有可能不可预知地变化。可能会出现胎儿信号与干扰母体信号之间的幅度均等的情况。由于信号叠加，胎儿心跳的真实峰值位置可能会含混，其随后可能导致不准确的心率。具有较强的胎儿/母体信号叠加的情形往往表现出计算的心率的减小或增加，这有时分别被解释为减速或加速。根据不需要的母体心跳的强度，这一信号甚至淹没一部分胎儿信号。母体与胎儿信号交互作用所引起的心率变化很难追溯以识别并且在最坏的情况下可能导致误解。误解得到错误的心率跟踪可能会导致不必要的干预或手术，或者无法检测到胎儿宫内窘迫。为了避免错误记录的胎儿心率值，到目前为止需要对被记录的心率的永久监督并且如有必要，需要换能器重新定位的手动交互。因此，记录错误的心率的可能性相对较高。遗憾的是，到目前为止，还没有公开实用的方法以允许通过可管理和负担得起的信号处理努力进行信号分离。

由于除来自胎儿心脏的反射以外的周期信号的贡献降低了后续心跳计算的精度，或者在最坏的情况下可能导致记录母体心率，因此本发明的基本思想是减少或避免解调时间窗口1、1'、1"（测量路径）中除胎儿的周期信号以外的那些周期信号，该解调时间窗口用以计算胎儿心脏信号。图1示出在解调时间窗口1、1'、1"中胎儿信号（由心脏图标表示）比母体信号（由动脉图标表示）发生得更早。根据本发明，通过调整特别是减小用以计算胎儿心脏信号的解调时间窗口1、1'、1"的持续时间来减少或避免胎儿信号和母体信号的叠加。如图lb所示，解调时间窗口1、1'、1"的持续时间的减少可能足以消除母体干扰源的影响。

由于如果除胎儿周期信号之外不存在其他周期信号则没有必要减小解调时间窗口1、1'、1"的持续时间，并且不必要地减小解调时间窗口1、1'、1"的持续时间可能引起胎儿信号的信号损失，因此根据本发明的方法包括步骤c），其检查在解调时间窗口1、1'、1"中是否存在多于一个周期信号。在该方法的随后步骤d）中，如果在步骤c）中评估多于一个周期信号，则用以计算胎儿心脏信号的解调时间窗口1、1'、1"的持续时间被调整。如果在步骤c）中只有一个周期信号在解调时间窗口中被评估，则用以计算胎儿心脏信号的解调时间窗口1、1'、1"的持续时间不被调整，或者更确切地说，可以被维持。

图1a示出可以通过使解调时间窗1、1'、1"的结束点提前亦即通过将解调时间窗口1、1'、1"的结束点设置在比以前更早的时间点来调整解调时间窗口1、1'、1"的持续时间。这也具有使解调时间窗口1、1'、1"的持续时间减少的效果。此外图1a示出解调时间窗口1、1'、1"的起始点可以不变。

在步骤a）至d）的第一次运行中的步骤d）之后，以经调整的解调时间窗口1'（在多于一个周期信号的情况下）或以未调整的解调时间窗口1（如在前一步骤c）的时间窗口中具有一个周期信号的情况下）重复该方法的步骤。

如果在步骤a）至d）的后续循环的步骤c）中仍然在经调整的解调时间窗口1'中检测到多于一个周期信号，则在步骤d）进一步调整经调整的解调时间窗口1'的持续时间，而随后以图1a所示的两次调整的解调时间窗口1"重复方法步骤a）至d）。

在图1a的示例中，在步骤a）至d）的后续循环的步骤c）中将在两次调整的解调窗口1"中评估表示胎儿信号的仅一个周期信号。因此，在此步骤循环的步骤d）中，解调时间窗口1"的持续时间将不再被进一步调整并且将以两次调整的解调时间窗口1"来执行下面的步骤循环。如果胎儿周期信号稍后丢失，则两次调整的时间窗口1''可以被复位到原始时间窗口1。

在图1的示例中，由固定的步骤（相同长度的步骤）执行解调窗口1、1'、1"的调整。然而，在本发明的背景中，也可以在其长度被设置为依次变小的步骤中执行该调整。

图1b是示出根据本发明具有测量路径和参考路径的方法和装置的另一实施例的示意图。图1b所示的实施例与图1a所示的实施例在以下方面本质上不同：接收到的信号被分割成测量路径和参考路径（步骤a）。在步骤b）中，解调测量路径中的、在第一时间窗口1、1'、1"中接收的信号的一部分和参考路径中的、在第二时间窗口2中接收的信号的另一部分。由此，评估参考路径的第二时间窗口2是否包含多于一个周期信号。在参考路径的第二时间窗口2中评估多于一个周期信号的情况下，测量路径的第一时间窗口1、1'、1"的持续时间被调整。换言之，在该实施例中步骤c）（参考路径）的周期信号评估和步骤d）（测量路径）的解调时间窗口调整在不同的信号路径中执行，由此以经调整的第一时间窗口1'、1"或未调整的第一时间窗口1重复步骤a）至d）。第二时间窗口2可保持不变。该实施例具有以下优点，即可以搜索额外的周期信号并且在背景中消除该周期信号而不干扰测量。

如图1b所示，测量路径和参考路径的解调时间窗口1、2可以在开始时具有相同的持续时间，但解调时间窗口1、1'、1"的持续时间可以在测量过程中减小。然而，在开始时，第一解调时间窗口1也可以比第二解调窗口2具有更短的持续时间（图中未示出）。特别是，第一解调时间窗口1的持续时间可以远小于第二解调时间窗口2的持续时间。

图2a和图2b是在胎儿心脏监测期间的孕妇3的示意性剖视图。图2a和图2b示出胎儿5的心脏4与母体腹部动脉6空间分离。此外，图2a和图2b表明，通过减小解调时间窗口，放置在孕妇3的腹部上的超声胎儿心脏监测装置7的检测体积8的深度被减小，使得母体腹部动脉6的周期信号不与用于计算胎儿心脏信号如心跳间的心率的胎儿5的心脏4的周期信号叠加。

图3a是示出根据本发明具有测量路径但没有参考路径的方法和装置的另一实施例的方框图。图3a示出的超声胎儿心脏监测装置包括：超声换能器10，其用于产生超声信号并用于接收由胎儿反射的超声信号；解调器20，其用于解调在具有特定持续时间的至少一个时间窗口中所接收的信号；含混性检测器30，其用于评估至少一个时间窗口中是否包含多于一个周期信号；窗口控制器40，其用于基于来自含混性检测器30的指示多于一个周期信号的信号来调整解调器20的至少一个时间窗口的持续时间；以及胎儿心脏信号计算器50，其用于基于至少一个解调信号计算胎儿心脏信号（FCS）。

图3a示出该装置还包括用于放大由超声换能器10接收的超声信号的放大器11。该放大的接收信号被从放大器11发送到解调器20。图3a还示出，该装置包括用于去除边带并且执行解调器20的解调信号的抗混叠滤波的滤波器21。此外，图3a示出，该装置包括用于转换滤波器21的经解调和滤波的信号的模数转换器22。此外，图3a示出，该装置包括用于调节模数字转换器22的经解调、滤波和A/D转换的信号的信号调节器23。

图3a示出含混性检测器30和心脏信号计算器50都连接到信号调节器23，其中含混性检测器30通过窗口控制器40和连接到解调时钟41的门控（gate）42而连接到解调器10。

图3b是示出根据本发明具有测量路径和参考路径的方法和装置的另一实施例的方框图。图3b所示的实施例与图3a所示的实施例的本质区别在于，该装置包括用于将接收到的信号分割成测量路径（上部路径）和参考路径（下部路径）的信号分割器12。在此，测量路径和参考路径都包括解调器20、20'、连接到解调器20、20'的滤波器21、21'、连接到滤波器21、21'的模数转换器22、22'以及连接到模数转换器22、22'的信号调节器23、23'。图3b示出胎儿心脏信号计算器50被连接到测量路径的信号调节器23，而含混性检测器30被连接到参考路径的信号调节器23'，并通过窗口控制器40和连接到解调时钟41的门控42、42'而连接到测量路径的解调器20。

在图3a和图3b所示的实施例中，超声换能器10可以是压电元件阵列，其被反复激励以便产生超声波包，所述超声波包在发射阶段朝向胎儿心脏行进。这些行波包例如从胎儿心脏和母体动脉而被反射和移频，这是由于在孕妇和胎儿体内的各种移动层上的多普勒效应。由于胎儿心脏和母体动脉相对于换能器的表面处于不同的距离，因此波包需要不同的行进时间深入到反射点并返回到换能器。

压电元件阵列10可以在两个方向上使用。当发射已完成时，换能器10从发射模式切换到接收模式。在被放大器11放大后，所接收的信号任选地被分割成两个信号路径即参考路径和测量路径。对于信号处理的前三个阶段，这两个信号路径可以完全一致。

在图3a所示的没有参考路径的更简单实施例中，含混性检测器30的信号来源于测量路径的信号调节器23。通过结合测量路径和参考路径，含混性检测的执行效率增强。

在带有或不带有单独的参考路径的情况下，信号特别地首先经过解调级。解调器20、20'从载波信号中提取多普勒频移信号。为了解调多普勒频移信号，具有完全相同频率的脉冲信号作为载波信号被施加到解调器20、20'的输入端（同步解调）。脉冲信号的持续时间由窗口控制器40控制。如上所述，在本发明的背景下参考路径和测量路径不必具有相同的持续时间和解调信号起点。

优选地，带通滤波器21、21'具有100Hz和500Hz的截止频率，以便消除边带并执行抗混叠滤波。在模数转换器22、22'进行模数转换后，原始信号经过信号调节器23、23'，在此信号可以被高通滤波以去除DC偏移、被整流并被低通滤波以便变得平滑。

最后，测量路径的胎儿心脏信号计算器50可以通过使用例如傅立叶变换或自相关和随后的评分和决策单元来计算心率。

根据不同的实施例，测量路径或参考路径的信号调节器23、23'的输出在含混性检测器30中被进一步处理。含混性检测尤其可以通过预处理信号的快速傅立叶变换（FFT）处理来完成。然而，也可以使用其他方法如自相关。为了降低伪影灵敏度，在更长的时间帧例如约4秒至8秒内计算快速傅立叶变换。来自一个单一源的纯信号将显示基频处的一个峰和多倍基频处的额外峰。信号来自具有不同频率的两个源如胎儿心脏和母体动脉，两个峰及其倍数在频域上是可见的。为了含混性检测，这些峰随着时间的推移进行分类和计数。如果在一定时间内含混的峰的数目达到预定义的阈值，至窗口控制单元40的信号可能至少迫使测量路径的解调时间窗口变化。假设测量路径的解调时间窗口处于其最大值，则深度范围内可能覆盖胎儿心脏和母体动脉的信号总和。

在含混性信号的强制作用下，解调时间窗口随后可能减小一定值。相应地，超声波束的最大范围的减小是成比例的。可以在测量期的整个持续时间内保持解调时间窗口的持续时间的减小。全深度的复位例如与检测到信号损失相关联，或取决于存在独立的参考路径而与含混性信号的消失相关联。

如果没有参考信道是可用的，则可以通过固定步骤或者在一个循环中完成解调时间窗口的持续时间的减小，在该循环中窗口持续时间小步减小并且随后检查含混是否消失。

尽管在附图和前面的描述中已经示出并详细描述本发明，但此类图示和描述将被认为是说明性的或示例性的，而不是限制性的；本发明并不限定于所公开的实施例。本领域技术人员通过研究附图、公开内容和所附权利要求，在实施所要求保护的本发明中可以理解并实现所公开的实施例的其他变形。在权利要求中，词语“包括”并不排除其它元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”并不排除多个。某些措施在相互不同的从属权利要求中记载的纯粹事实并不表示这些措施的组合不能被有利地使用。权利要求中的任何参考符号不应该被解释为限制其范围。

Claims (25)

1.一种胎儿心脏监测的方法，其包括以下步骤：

a)接收由胎儿反射的超声信号；

b)解调在具有特定持续时间的至少一个时间窗口中接收的信号；

c)评估至少一个时间窗口是否包含多于一个周期信号；以及

d)在多于一个周期信号被评估的情况下，调整至少一个时间窗口的持续时间；

其中，以经调整或未调整的时间窗口重复步骤a)至d)。

2.根据权利要求1所述的方法，其包括以下步骤：

a)接收由胎儿反射的超声信号并将所述信号分割成至少一个测量路径和至少一个参考路径；

b)解调所述测量路径中的、在具有特定持续时间的第一时间窗口(1)中接收的所述信号的一部分，以及解调所述参考路径中的、在具有特定持续时间的第二时间窗口(2)中接收的所述信号的另一部分；

c)评估所述参考路径的所述第二时间窗口(2)是否包含多于一个周期信号；以及

d)在多于一个周期信号在所述参考路径的所述第二时间窗口中被评估的情况下，调整所述测量路径的所述第一时间窗口的持续时间；并且

其中，以所述经调整(1'，1")或未调整(1)的第一时间窗口重复步骤a)至d)。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述第二时间窗口(2)比所述第一时间窗口(1)具有更长的持续时间。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，基于至少一个解调信号计算胎儿心脏信号。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤d)中减小所述至少一个时间窗口的持续时间。

6.根据权利要求2所述的方法，其中，在步骤d)中减小所述第一时间窗口(1)的持续时间。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤d)通过将所述至少一个时间窗口的结束点设定得更早来减小所述至少一个时间窗口的持续时间。

8.根据权利要求2所述的方法，其中，在步骤d)通过将所述第一时间窗口(1)的结束点设定得更早来减小所述第一时间窗口(1)的持续时间。

9.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在前面的步骤c)中没有周期信号在所述经调整的时间窗口(1)中被评估时，在步骤d)中将所述经调整的时间窗口(1'，1")复位到原始时间窗口(1)。

10.一种胎儿心脏监测的设备，其包括：

用于接收由胎儿反射的超声信号的模块；

用于解调在具有特定持续时间的至少一个时间窗口中接收的信号的模块；

用于评估至少一个时间窗口是否包含多于一个周期信号的模块；以及

用于在多于一个周期信号被评估的情况下，调整至少一个时间窗口的持续时间的模块；

其中，以经调整或未调整的时间窗口重复上述模块的操作。

11.根据权利要求10所述的设备，其包括：

用于接收由胎儿反射的超声信号并将所述信号分割成至少一个测量路径和至少一个参考路径的模块；

用于解调所述测量路径中的、在具有特定持续时间的第一时间窗口(1)中接收的所述信号的一部分，以及解调所述参考路径中的、在具有特定持续时间的第二时间窗口(2)中接收的所述信号的另一部分的模块；

用于评估所述参考路径的所述第二时间窗口(2)是否包含多于一个周期信号的模块；以及

用于在多于一个周期信号在所述参考路径的所述第二时间窗口中被评估的情况下，调整所述测量路径的所述第一时间窗口的持续时间的模块；并且

其中，以所述经调整(1'，1")或未调整(1)的第一时间窗口重复上述模块的操作。

12.根据权利要求11所述的设备，其中，所述第二时间窗口(2)比所述第一时间窗口(1)具有更长的持续时间。

13.根据权利要求10或11所述的设备，其中，基于至少一个解调信号计算胎儿心脏信号。

14.根据权利要求10所述的设备，其中，在所述用于调整的模块的操作中减小所述至少一个时间窗口的持续时间。

15.根据权利要求11所述的设备，其中，在所述用于调整的模块的操作中减小所述第一时间窗口(1)的持续时间。

16.根据权利要求10所述的设备，其中，在所述用于调整的模块的操作中通过将所述至少一个时间窗口的结束点设定得更早来减小所述至少一个时间窗口的持续时间。

17.根据权利要求11所述的设备，其中，在所述用于调整的模块的操作中通过将所述第一时间窗口(1)的结束点设定得更早来减小所述第一时间窗口(1)的持续时间。

18.根据权利要求10或11所述的设备，其中，在所述用于评估的模块的操作中没有周期信号在所述经调整的时间窗口(1)中被评估时，在所述用于调整的模块的操作中将所述经调整的时间窗口(1'，1")复位到原始时间窗口(1)。

19.一种超声胎儿心脏监测装置，其包括：

-超声换能器(10)，其用于产生超声信号并接收由胎儿反射的超声信号，

-解调器(20)，其用于解调在具有特定持续时间的至少一个时间窗口中接收的信号，

-含混性检测器(30)，其用于评估至少一个时间窗口是否包含多于一个周期信号，

-窗口控制器(40)，其用于在来自所述含混性检测器(30)的信号指示多于一个周期信号时，调整所述解调器(20)的至少一个时间窗口的持续时间，以及

-胎儿心脏信号计算器(50)，其用于基于至少一个解调信号计算胎儿心脏信号。

20.根据权利要求19所述的装置，其中，所述装置包括用于放大由所述超声换能器(10)接收的所述超声信号的放大器(11)。

21.根据权利要求19所述的装置，其中，所述装置包括至少一个滤波器(21)。

22.根据权利要求19所述的装置，其中，所述装置包括用于转换所述解调信号的模数转换器(22)。

23.根据权利要求19所述的装置，其中，所述装置包括用于调节所述解调信号的信号调节器(23)。

24.根据权利要求19所述的装置，其中，所述含混性检测器(30)和所述心脏信号计算器(50)都被连接到所述信号调节器(23)，其中，所述含混性检测器(30)通过所述窗口控制器(40)连接到所述解调器(20)。

25.根据权利要求19所述的装置，其中，所述装置包括用于将所接收的信号分割成测量路径和参考路径的信号分割器(12)，其中，所述测量路径和所述参考路径均包括解调器和连接到所述解调器的信号调节器，其中，所述胎儿心脏信号计算器(50)被连接到所述测量路径的所述信号调节器，并且其中，所述含混性检测器(30)被连接到所述参考路径的所述信号调节器并通过所述窗口控制器(40)连接到所述测量路径的所述解调器。