CN103142311B - 基于物联网的无辐射母婴健康监护平台 - Google Patents
基于物联网的无辐射母婴健康监护平台 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于物联网的无辐射母婴健康监护平台，属一种母婴健康监护系统，所述监护平台至少包括传感器感知模块、信号调理模块、控制模块、终端模块与云平台模块，云平台模块通过网络与终端模块相连，用于由终端模块向云平台模块上传胎心音、胎动数字信号与其生成的评估结果，通过被动采集胎心音信号和胎动信号进行分析与判断，在使用过程中无超声波辐射，对胎儿不造成伤害，适用于经常性，重复性的检查和家庭使用；且利用云平台可在云端进行不同个体的资源共享，数据统计以及各类信息的反馈，使得用户足不出户便可获得胎儿健康状态的评估；同时本发明可依附于现有的平板电脑或智能手机进行构建，使用成本低，应用范围广阔。
Description
技术领域
本发明涉及一种母婴健康监护系统，更具体的说，本发明主要涉及一种基于物联网的无辐射母婴健康监护平台。
背景技术
针对母婴的健康监护，传统的方法是采用多普勒超声仪来获取胎儿的心音信号，并根据心音信号计算出胎儿心率从而判断胎儿的健康状态。但多普勒超声仪普遍存在一个辐射强度的问题，尽管检测量很低，也属于有损探测范畴，若控制不好，会对婴儿造成一定的伤害，不适用于经常性、重复性的检查和长时间家庭使用。孕妇在使用多普勒超声仪的过程中需要借助耦合剂才能有效地测出胎儿心率，用户体验不佳。另一方面，家用多普勒超声仪器功能比较单一，仅仅能满足简单的心率计算，对于胎动信号则无法捕捉，难以对胎儿特别是30周后做出一个全面的、可靠的健康状态评估与信息反馈。
发明内容
本发明的目的之一在于针对上述不足，提供一种基于物联网的无辐射母婴健康监护平台，以期望解决现有技术中超声波检测胎儿心率所存在的辐射影响，因存在耦合剂使得用户体验不佳以及仪器功能单一等技术问题。
为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：
本发明一方面提供了一种基于物联网的无辐射母婴健康监护平台，所述监护平台至少包括：传感器感知模块，用于在前端同时被动采集胎心音信号与胎动信号，后端将其所采集到的胎心音信号与胎动信号输出至信号调理模块；
信号调理模块，与传感器感知模块的后端相连，其内部设有信号放大器与滤波器，用于将来自于传感器感知模块的胎心音信号与胎动信号进行预处理，并将预处理后的胎心音信号与胎动信号输出至控制模块；
控制模块，与信号调理模块相连，其内部设置具有至少一路模数转换器的微控制器，用于将来自于信号调理模块的胎心音信号与胎动信号由模拟信号转换为数字信号，并输出至终端模块；
终端模块，与控制模块相连，所述终端模块具有在物联网中的唯一身份标识，且其内部集成有应用程序，所述应用程序中预设有胎心音与胎动健康状态的一个或多个标准阙值范围，用于对来自于控制模块的胎心音与胎动数字信号进行处理，并将处理结果与其内部预设的一个或多个标准阙值范围进行比较，从而由输入的胎心音信号及胎动信号判断胎儿实时的健康状态，并生成评估结果。
作为优选，进一步的技术方案是：所述监护平台还包括云平台模块，云平台模块通过网络与终端模块相连，用于由终端模块向云平台模块上传胎心音、胎动数据与其生成的评估结果，云平台模块对其所上传的各类数据做进一步分析，并在指定时间段内进行数据统计，且提供多个终端模块的医护资源共享服务。
更进一步的技术方案是：所述云平台中包括基于云计算的云存储模块、云分析模块、云安全模块与云追踪模块，所述云存储模块用于将各个终端模块上传的数据，波形以及评估结果存储在云主机存储器中，并依照终端模块的唯一身份标识对其进行区分；所述云分析模块用于对云主机存储器中的数据、波形以及评估结果做进一步的分析，再次判断其对应的胎儿健康状态，并提供相应的医护措施或预警措施；所述云安全模块用于云主机存储器中的数据安全、隐私保护以及病毒监测；所述云追踪模块用于对云主机存储器中各个终端模块上传的数据进行反馈与追踪，并将同一终端模块多次上传的数据分别记录在案。
更进一步的技术方案是：所述传感器感知模块中包括纳米声学传感器与三向加速度传感器，其中纳米声学传感器用于采集胎心音信号，三向加速度传感器用于采集胎动信号。
更进一步的技术方案是：所述信号调理模块中包括依次连接的放大器、低通滤波器、高通滤波器、陷波器与阀值比较器，所述放大器用于通过多级放大电路将传感器感知模块所采集的信号放大到合理的范围内；所述低通滤波器与高通滤波器用于相互配合滤除胎心音信号中的其它噪声；所述陷波器用于滤除全部信号中的工频干扰；所述阀值比较器用于滤除全部信号中幅度超过或低于正常范围内的部分。
更进一步的技术方案是：所述信号调理模块上还设有模拟信号输出接口，并与终端模块相连，用于将经放大并滤波后的胎心音模拟信号同时通过耳机或扬声器直接输出至终端模块。
更进一步的技术方案是：所述控制模块中的微控制器还用于将转换为数字信号的胎心音信号与胎动信号压缩为应用程序可读的格式后，再输出至终端模块。
更进一步的技术方案是：所述终端模块为智能手机或平板电脑。
本发明另一方面提供了一种基于物联网的无辐射母婴健康监护平台的实现方法，所述方法包括如下步骤：
步骤A、传感器感知模块在前端同时被动采集胎心音信号与胎动信号，后端将其所采集到的胎心音信号与胎动信号输出至信号调理模块；
步骤B、信号调理模块将来自于传感器感知模块的胎心音信号与胎动信号进行预处理，并将预处理后的胎心音信号与胎动信号输出至控制模块；
步骤C、控制模块将来自于信号调理模块的胎心音信号与胎动信号由模拟信号转换为数字信号，并输出至终端模块；
步骤D、终端模块对来自于控制模块的胎心音与胎动数字信号进行处理，并将处理结果与其内部预设的一个或多个标准阙值范围进行比较，从而由输入的胎心音信号及胎动信号判断胎儿实时的健康状态，并生成评估结果。
步骤E、终端模块向云平台模块上传胎心音、胎动数据与其生成的评估结果，云平台模块对其所上传的各类数据做进一步分析，并在指定时间段内进行数据统计，且提供多个终端模块的医护资源共享服务。
作为优选，进一步的技术方案是：所述步骤E中的云平台中设有基于云计算的云存储模块、云分析模块、云安全模块与云追踪模块；其中云存储模块将各个终端模块上传的数据，波形以及评估结果存储在云主机存储器中，并依照终端模块的唯一身份标识对其进行区分；云分析模块对云主机存储器中的数据、波形以及评估结果做进一步的分析，再次判断其对应的胎儿健康状态，并提供相应的医护措施或预警措施；云安全模块云主机存储器中的数据安全、隐私保护以及病毒监测；云追踪模块对云主机存储器中各个终端模块上传的数据进行反馈与追踪，并将同一终端模块多次上传的数据分别记录在案。
与现有技术相比，本发明的有益效果之一是：通过被动采集胎心音信号和胎动信号进行分析与判断，在使用过程中无超声波辐射，对胎儿不造成伤害，适用于经常性，重复性的检查和家庭使用，且纳米声学传感器采集胎心音信号的灵敏度更高，测试精准，多组三向加速度传感器可采集到胎动的各种模式，避免单点测量造成的误差；信号调理模块将模拟信号及数字信号同时输出，可满足用户的不同需求，且利用云平台可在云端进行不同个体的资源共享，数据统计以及各类信息的反馈，使得用户足不出户便可获得胎儿健康状态的评估；同时本发明所提供的一种基于物联网的无辐射母婴健康监护平台可依附于现有的平板电脑或智能手机进行构建，使用成本低，并可实时分析胎儿健康状态以及数据、评估结论的显示，应用范围广阔。
附图说明
图1为用于说明本发明一个实施例的系统工作原理示意图；
图2为用于说明本发明一个实施例的硬件体系结构示意图；
图3为用于说明本发明另一个实施例的信号调理流程示意图；
图4为用于说明本发明另一个实施例的用户体验操作界面示意图；
图5为用于说明本发明再一个实施例的云平台体系结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步阐述。
参考图1、图2所示，本发明的一个实施例是一种基于物联网的无辐射母婴健康监护平台，所述监护平台中应当包括如下模块：
传感器感知模块，其作用是在前端同时被动采集胎心音信号与胎动信号，后端将其所采集到的胎心音信号与胎动信号输出至信号调理模块；
信号调理模块，与传感器感知模块的后端相连，其内部设有信号放大器与滤波器，其作用为将来自于传感器感知模块的胎心音信号与胎动信号进行预处理，并将预处理后的胎心音信号与胎动信号输出至控制模块；
控制模块，与信号调理模块相连，其内部设置具有至少一路模数转换器的微控制器，其作用为将来自于信号调理模块的胎心音信号与胎动信号由模拟信号转换为数字信号，并输出至终端模块；
终端模块，与控制模块相连，所述终端模块具有在物联网中的唯一身份标识，且其内部集成有应用程序，所述应用程序中预设有胎心音与胎动健康状态的一个或多个标准阙值范围，其作用为对来自于控制模块的胎心音与胎动数字信号进行处理，并将处理结果与其内部预设的一个或多个标准阙值范围进行比较，从而由输入的胎心音信号及胎动信号判断胎儿实时的健康状态，并生成评估结果。
在本实施例中，上述微控制器与终端模块之间传输数字信号采用有线或无线的方式均可，具体可参考现有技术中的各类传输协议或接口，例如图2中所示出的，有线传输可采用USB接口进行，而无线传输则采用蓝牙传输协议进行，但需要说明的是，图2中所示出的仅为前述无线或有线传输方式当中的一种，应当理解为，现有技术中与前述相类似的传输方式均可实现上述微控制器与终端模块之间进行的数字信号传输。同时为方便平台系统的构建，可采用例如智能手机或平板电脑之类搭载操作系统的智能设备作为上述的终端模块，而其所集成的应用程序则可以基于其操作系统进行开发，以不同的软件算法实现上述评估结果与波形的生成。
再参考图1所示，上述已提到本发明是基于物联网技术而架构的监护平台，因此本发明用于解决技术问题更加优选的一个实施例为在上述的监护平台系统中再增设云平台模块，并将其通过网络与终端模块相连，用于由终端模块向云平台模块上传胎心音、胎动数据与其生成的评估结果，云平台模块对其所上传的各类数据做进一步分析，并在指定时间段内进行数据统计，且提供多个终端模块的医护资源共享服务。而在本实施例中，基于物联网技术，前述终端模块与云平台模块之间的网络可以为局域网、物联网或者二者的结合，其目的为将两者的数据通过网络进行传输与交换。通过物联网技术提供的个体唯一的身份标识，将终端模块中的个体信息和网络云端无缝整合。
参考图5所示，根据本发明的另一实施例，上述云平台中包括基于云计算的云存储模块、云分析模块、云安全模块与云追踪模块，所述云存储模块用于将各个终端模块上传的数据、波形以及评估结果存储在云主机存储器中，并依照终端模块的唯一身份标识对其进行区分；所述云分析模块用于对云主机存储器中的数据、波形以及评估结果做进一步的分析，再次判断其对应的胎儿健康状态，并提供相应的医护措施或预警措施；所述云安全模块用于云主机存储器中的数据安全、隐私保护以及病毒监测；所述云追踪模块用于对云主机存储器中各个终端模块上传的数据进行反馈与追踪，并将同一终端模块多次上传的数据分别记录在案。通过前述的云平台系统设置，可便于在云端对终端模块的上传的信息进行管理及二次分析。
参考图2所示，为实现上述胎心音信号及胎动信号的精确采集，便于平台后续模块进行分析，在本发明的又一个实施例中，采用纳米声学传感器与三向加速度传感器组成上述传感器感知模块，其中纳米声学传感器用于采集胎心音信号，三向加速度传感器用于采集胎动信号。其中声学传感器采用高灵敏度的纳米探头，可以采集胎儿微弱的心音信号；三向加速度传感器采用多点测量方式，避免单点测量带来的误差。而在本实施例中所采用到的纳米声学传感器与三向加速度传感器均为现有技术中成品传感器的直接移植，由于其本身的结构在现有技术中呈已知的状态，本发明的目的在于利用它们的精确传感的功能为平台后续模块提供相应的原始信号，因此此处对于其本身的结构不再详述。
参考图3所示，由于纳米声学传感器与三向加速度传感器所采集的胎心音信号与胎动信号通常来讲非常微弱，为使得后续终端模块的分析工作顺利进行，在发明的另一实施例中，在上述信号调理模块中设置放大器、低通滤波器、高通滤波器、陷波器与阀值比较器，并将它们按照前述的顺序依次相连，其中放大器的作用是通过多级放大电路将传感器感知模块所采集的信号放大到合理的范围内；低通滤波器与高通滤波器组成一个带通滤波器，其作用是相互配合滤除胎心音信号中的其它噪声（如孕妇心跳音、摩擦声等）；陷波器的作用是滤除全部信号中的工频干扰；而阀值比较器的内部设有恒定的阀值范围，其作用是滤除全部信号中幅度超过或低于正常范围内的部分。
再参考图2所示，为实现在使用监护平台检查的过程中，使用户能第一时间感受到真实的胎儿心跳，在本发明的另一实施例中，在信号调理模块增设有模拟信号输出接口，并与终端模块相连，用于将经放大并滤波后的胎心音模拟信号同时通过耳机或扬声器直接输出至终端模块，此时通过终端模块即可通过耳机或扬声器的方式收听到前述的胎儿心跳声。而需要说明的是，上述胎动信号仅通过模数转换后通过无线或有线的方式传输至终端模块，优选为通过控制模块中的微控制器将其与胎心音模拟信号一同转换为数字信号，并压缩为终端模块中应用程序可读的格式后，再输出至终端模块。
即上述胎心音信号发送方式可分为四种：第一，数据不经模数转换器以耳机连接的方式（有线）发送到终端模块；第二，数据不经模数转换器以扬声器输出的方式（无线）发送到终端模块；第三，数据经过模数转换器后通过微控制器以无线方式(Bluetooth)输出至终端模块；第四，数据经过模数转换器后通过微控制器以有线方式(USB)输出至终端模块。胎动数据发送方式可分为两种：第一，通过微控制器以无线方式(Bluetooth)输出至终端模块；第二，通过微控制器以有线方式(USB)输出至终端模块。
参考图4所示，本平台终端设备提供一个用户操作界面供用户体验，内部应用程序对实时采集过来的胎心音信号和胎动信号进行分析，包括胎儿心率计算与胎动计数以及其他生理和病理特征分析。根据计算出来的结论，终端提供胎儿的健康状态评估供用户参考。用户也可将数据或者评估结论上传至云平台以获取更多的信息资源与反馈。
而胎心音以及胎动是判断胎儿在母体内健康状态的重要的生理和病理信息。传统的检测仪器大多是通过多普勒原理来获取胎儿的心率和胎动，这种主动获取方式存在一个辐射强度问题，若过量、过时使用会对胎儿造成一定的伤害。采用被动式的传感器来获取胎心音和胎动信号不仅避免了辐射的危害，而且采集的胎心音和胎动信号更加贴近胎儿原始的心跳信号与胎动信号，对于疾病的预测更加准确、可靠。传感器采集后的信号会通过信号调理模块进行信号预处理，并由微控制器发送到终端，最终传送到云平台。终端和云平台会评判胎儿的健康状态并根据健康状态提供指导性意见和预警，一旦发现异常，将结论及时反馈给孕妇并建议孕妇到医院做进一步的确诊。
不同于上述的实施例类型，本发明的另一个实施例为上述一种基于物联网的无辐射母婴健康监护平台的实现方法，仍然参考图1所示，所述的方法包括并优先按照如下步骤依次进行操作：
步骤A、传感器感知模块在前端同时被动采集胎心音信号与胎动信号，后端将其所采集到的胎心音信号与胎动信号输出至信号调理模块；
步骤B、信号调理模块将来自于传感器感知模块的胎心音信号与胎动信号进行预处理，并将预处理后的胎心音信号与胎动信号输出至控制模块；
步骤C、控制模块将来自于信号调理模块的胎心音信号与胎动信号由模拟信号转换为数字信号，并输出至终端模块；
步骤D、终端模块对来自于控制模块的胎心音与胎动数字信号进行处理，并将处理结果与其内部预设的一个或多个标准阙值范围进行比较，从而由输入的胎心音信号及胎动信号判断胎儿实时的健康状态，并生成评估结果；
步骤E、终端模块向云平台模块上传胎心音、胎动数据与其生成的评估结果，云平台模块对其所上传的各类数据做进一步分析，并在指定时间段内进行数据统计，且提供多个终端模块的医护资源共享服务。
在本实施例中，上述的各个步骤之间可以是无缝瞬时进行的，也可存在时间间隙，具体需根据平台系统中各模块之间的配合程度确定，而同上述实施例所介绍的，在步骤E中云平台应设有基于云计算的云存储模块、云分析模块、云安全模块与云追踪模块；其中云存储模块将各个终端模块上传的数据，波形以及评估结果存储在云主机存储器中，并依照终端模块的唯一身份标识对其进行区分；云分析模块对云主机存储器中的数据、波形以及评估结果做进一步的分析，再次判断其对应的胎儿健康状态，并提供相应的医护措施或预警措施；云安全模块云主机存储器中的数据安全、隐私保护以及病毒监测；云追踪模块对云主机存储器中各个终端模块上传的数据进行反馈与追踪，并将同一终端模块多次上传的数据分别记录在案。
除上述以外，还需要说明的是在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本发明的范围内。
尽管这里参照本发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开、附图和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。
Claims (6)
1.一种基于物联网的无辐射母婴健康监护平台，其特征在于所述监护平台至少包括：传感器感知模块，用于在前端同时被动采集胎心音信号与胎动信号，后端将其所采集到的胎心音信号与胎动信号输出至信号调理模块；
信号调理模块，与传感器感知模块的后端相连，其内部设有信号放大器与滤波器，用于将来自于传感器感知模块的胎心音信号与胎动信号进行预处理，并将预处理后的胎心音信号与胎动信号输出至控制模块；
控制模块，与信号调理模块相连，其内部设置具有至少一路模数转换器的微控制器，用于将来自于信号调理模块的胎心音信号与胎动信号由模拟信号转换为数字信号，并输出至终端模块；
终端模块，与控制模块相连，所述终端模块具有在物联网中的唯一身份标识，且其内部集成有应用程序，所述应用程序中预设有胎心音与胎动健康状态的一个或多个标准阙值范围，用于对来自于控制模块的胎心音与胎动数字信号进行处理，并将处理结果与其内部预设的一个或多个标准阙值范围进行比较，从而由输入的胎心音信号及胎动信号判断胎儿实时的健康状态，并生成评估结果；
所述传感器感知模块中包括纳米声学传感器与三向加速度传感器，其中纳米声学传感器用于采集胎心音信号，三向加速度传感器用于采集胎动信号；
所述信号调理模块中包括依次连接的放大器、低通滤波器、高通滤波器、陷波器与阀值比较器，所述放大器用于通过多级放大电路将传感器感知模块所采集的信号放大到合理的范围内；所述低通滤波器与高通滤波器用于相互配合滤除胎心音信号中的其它噪声；所述陷波器用于滤除全部信号中的工频干扰；所述阀值比较器用于滤除全部信号中幅度超过或低于正常范围内的部分。
2.根据权利要求1所述的基于物联网的无辐射母婴健康监护平台，其特征在于：所述监护平台还包括云平台模块，云平台模块通过网络与终端模块相连，用于由终端模块向云平台模块上传胎心音、胎动数据与其生成的评估结果，云平台模块对其所上传的各类数据做进一步分析，并在指定时间段内进行数据统计，且提供多个终端模块的医护资源共享服务。
3.根据权利要求2所述的基于物联网的无辐射母婴健康监护平台，其特征在于：所述云平台中包括基于云计算的云存储模块、云分析模块、云安全模块与云追踪模块，所述云存储模块用于将各个终端模块上传的数据，波形以及评估结果存储在云主机存储器中，并依照终端模块的唯一身份标识对其进行区分；所述云分析模块用于对云主机存储器中的数据、波形以及评估结果做进一步的分析，再次判断其对应的胎儿健康状态，并提供相应的医护措施或预警措施；所述云安全模块用于云主机存储器中的数据安全、隐私保护以及病毒监测；所述云追踪模块用于对云主机存储器中各个终端模块上传的数据进行反馈与追踪，并将同一终端模块多次上传的数据分别记录在案。
4.根据权利要求1所述的基于物联网的无辐射母婴健康监护平台，其特征在于：所述信号调理模块上还设有模拟信号输出接口，并与终端模块相连，用于将经放大并滤波后的胎心音模拟信号同时通过耳机或扬声器直接输出至终端模块。
5.根据权利要求1或2所述的基于物联网的无辐射母婴健康监护平台，其特征在于：所述控制模块中的微控制器还用于将转换为数字信号的胎心音信号与胎动信号压缩为应用程序可读的格式后，再输出至终端模块。
6.根据权利要求1或2所述的基于物联网的无辐射母婴健康监护平台，其特征在于：所述终端模块为智能手机或平板电脑。
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