CN103222862A - 基于声学传感器的被动式胎心监护系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于声学传感器的被动式胎心监护系统，属一种胎心监护技术，所述监护系统中包括：声学传感器，直接或间接接入信号调理单元，用于将采集到的心音信号传输至信号调理单元；信号调理单元，接入无线发射机，用于接收来自于声学传感器的心音信号，并将其转发至无线信号发射机；无线信号发射机，将心音信号直接发送至智能终端设备；智能终端设备，用于通过应用程序将来自于信号调理单元的心音信号进行检测与记录。采用声学传感器在孕妇的腹部被动监测胎儿的心音信号，杜绝了超声波辐射以及较差的用户体验，适用于经常性、重复性的检查和家庭使用，亦可同时测量孕妇体温；结构简单，功耗小，使用成本低，且适于工业化生产，易于推广。

Description

基于声学传感器的被动式胎心监护系统

 

技术领域

本发明涉及一种胎心监护技术，更具体的说，本发明主要涉及一种基于声学传感器的被动式胎心监护系统。

 

背景技术

    目前，市场上存在大量的有源胎心监护设备，即采用超声辐射方式获取胎心率。这种获取胎心率方式是基于多普勒原理来实现的，而在实现的过程中需要主动对胎儿发射超声波，超声波遇到障碍物，即胎儿心脏后，发生反射，最后通过模拟乘法器将胎儿心率信号解调出来。虽说多普勒超声技术已经成熟，但是普遍存在一个辐射强度的问题，属于有损探测范畴，不适用于经常性、重复性的家庭监护使用。另外由于超声波的特性，用户也必须使用耦合剂（隔离空气）辅助才能准确监测到胎心，这必然带来了较差的用户体验。因此基于前述有源胎心监护设备所存在的缺陷，有必要对此类设备做进一步的改进和研究。

 

发明内容

本发明的目的之一在于针对上述不足，提供一种基于声学传感器的被动式胎心监护系统，以期望解决现有技术中胎心监测存在超声波辐射，不宜经常使用，且用户体验感较差等技术问题。

为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：

本发明所提供的一种基于声学传感器的被动式胎心监护系统，所述监护系统中包括：

声学传感器，直接或间接接入信号调理单元，用于将采集到的心音信号传输至信号调理单元；信号调理单元，接入无线信号发射机，用于接收来自于声学传感器的心音信号，并将其转发至无线信号发射机；无线信号发射机，用于将心音信号直接发送至智能终端设备；智能终端设备，用于通过应用程序将来自于信号调理单元的心音信号进行检测与记录。

作为优选，进一步的技术方案是：所述监护系统中还包括体温计，所述体温计也接入信号调理单元，用于将采集到的体温信号传输至信号调理单元，信号调理单元将其与心音信号分别转发至无线信号发射机，由无线信号发射机一并发送至智能终端设备进行分别检测与记录。

更进一步的技术方案是：所述信号调理单元还接入控制单元，用于由信号调理单元将来自于声学传感器与体温计的心音信号与体温信号传输至控制单元，控制单元对心音信号与体温信号进行模数转换，并通过输出单元将转换后的心音数字信号与体温数字信号发送至智能终端设备进行分别检测与记录。

更进一步的技术方案是：所述输出单元通过蓝牙传输或USB传输将心音数字信号与体温数字信号发送至智能终端设备；所述控制单元中包括模数转换器与微控制器，所述模数转换器接入微控制器，所述微控制器内部集成有存储区域，且微控制器还分别接入输入接口与输出接口。

更进一步的技术方案是：所述声学传感器采用压电材料加工制成，所述体温计为温度传感器，通过接触或非接触的方式进行测量。

更进一步的技术方案是：所述声学传感器、体温计与信号调理单元之间还设有放大单元与滤波单元，所述声学传感器与体温计分别接入放大单元，放大单元接入滤波单元，滤波单元接入信号调理单元，用于由放大单元将声学传感器、体温计采集到的心音信号与体温信号放大后，通过滤波单元滤波降噪后再传输至信号调理单元。

更进一步的技术方案是：所述放大单元中包括放大器与外围电路；所述滤波单元中包括二阶有源高通滤波器以及二阶有源低通滤波器。

更进一步的技术方案是：所述智能终端设备为智能手机或平板电脑，所述智能手机或平板电脑中预置有用于由应用程序对心音信号与体温信号进行比较判断的阈值，应用程序将来自于信号调理单元的心音信号与体温信号进行存储，并进行统计分析，通过LCD屏幕呈现分析结果。

更进一步的技术方案是：所述无线信号发射机通过FM调频传输将心音信号发送至智能终端设备；所述信号调理单元中包括二极管以及限流电阻，所述二极管接入限流电阻，所述二极管接入无线信号发射机，限流电阻接入信号来源端。

更进一步的技术方案是：所述应用程序中包括声信号检测模块，用于从诸多信号中提取代表胎心的声信号传输至数据处理模块；数据处理模块，用于通过滤波算法、自相关分析及阈值计算对提取的声信号进行处理，并将处理后的声信号分别传输至数据显示模块、数据记录与回放模块；数据显示模块，用于通过LCD显示屏呈现体温信号及处理后的声信号；数据记录与回放模块，用于将本地传输过来的信号数据进行存储，并可将存储的数据进行有针对性的回放；数据统计模块，用于对数据记录与回放模块中存储的数据进行统计分析。

与现有技术相比，本发明的有益效果之一是：采用声学传感器在孕妇的腹部被动监测胎儿的心音信号，杜绝了超声波辐射以及较差的用户体验，适用于经常性、重复性的检查和家庭使用，亦可同时测量孕妇体温；且采用FM调频信号及蓝牙、USB进行并行传输，使得信号调理单元与智能终端设备之间信号传输的抗干扰性较强，同时本发明所提供的一种基于声学传感器的被动式胎心监护系统的结构简单，功耗小，使用成本低，且适于工业化生产，易于推广。

 

附图说明

图1为用于说明本发明一个实施例的系统架构示意图；

图2为用于说明本发明另一个实施例的系统结构示意框图；

图3为用于说明本发明另一个实施例中控制单元的结构示意框图；

图4为用于说明本发明另一个实施例中应用程序的功能模块示意图。

 

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所示，本发明的被动式胎心监护系统，大致可分为两大组成部分，本地数据采集端以及远程智能终端。本发明中，数据采样率为2000 Hz，每两秒时间进行一次数据处理，数据采集过程中包括模拟信号放大，模拟滤波等模拟电路信号与处理过程；数据处理包括数字滤波，自相关分析，阈值处理等算法运用；数据发送主要包括蓝牙、调频（FM）等无线发送方式。另外在本地数据采集端，还可在LCD屏幕上显示基本的胎心率信息，电池电量信息，音量调节信息等。远程智能终端主要包括数据接收、数据处理以及相关应用程序等。应用程序可在智能终端设备上开发，譬如平板电脑以及智能手机等。这种开发方式不仅节约了成本，而且具有良好的用户体验。

参考图2所示，正如上述所提到的监护系统所具备的相应功能，本发明的一个实施例即为基于声学传感器的被动式胎心监护系统，该监护系统中应包括：

声学传感器，直接或间接接入信号调理单元，用于将采集到的心音信号传输至信号调理单元；

    信号调理单元，接入无线信号发射机，用于接收来自于声学传感器的心音信号，并将其转发至无线信号发射机；

    无线信号发射机，用于将心音信号直接发送至智能终端设备；

智能终端设备，用于通过应用程序将来自于信号调理单元的心音信号进行检测与记录。

在本实施例中，无线信号发射机将声学传感器采集到的心音信号由天线通过FM调频信号发射至智能终端设备，智能终端设备通过相应的硬件接收调频信号，采用无线传输心音信号的目的为使本地数据采集部分与远程智能终端相分离，以提高对孕妇的胎儿心音情况的有效管理，同时也避免信号线对使用所造成束缚。并且在实际应用中，可将上述的声学传感器设计为探头，以方便与孕妇的腹部进行接触。

再参考图2所示，在本发明的另一实施例中，为实现在进行胎儿心音信号检测的同时对孕妇的体温进行检测，以预防孕妇感冒、流感事件发生，还可在上述的监护系统中增设体温计，所述体温计也接入信号调理单元，用于将采集到的体温信号传输至信号调理单元，信号调理单元将其与心音信号分别转发至无线信号发射机，由无线信号发射机一并发送至智能终端设备进行分别检测与记录。

在上述的实施例中，发明人参考现有技术，将上述声学传感器采用高性能的压电材料加工制成，而体温计则可直接采用现有技术中的温度传感器，通过接触或非接触（红外）的方式进行温度测量。

仍然参考图2所示，在本发明用于解决技术问题更加优选的一个实施例中，发明人还考虑到FM调频信号易受到外界不良信号的干扰，影响数据传输的完整性，为解决前述的干扰问题，还可在监护系统中增设控制单元，并将信号调理单元接入控制单元，用于由信号调理单元将来自于声学传感器与体温计的心音信号与体温信号传输至控制单元，控制单元对心音信号与体温信号进行模数转换，并通过输出单元将转换后的心音数字信号与体温数字信号发送至智能终端设备进行分别检测与记录。前述的输出单元最好通过蓝牙传输将心音数字信号与体温数字信号发送至智能终端设备；同时考虑到信号传输的抗干扰性，也可在控制单元的信号传输上考虑有线的传输方式，例如采用USB传输等。

参考图3所示，正如上述所提到的控制单元应当具备的功能，作为其一种具体的实施方案，在其内部可同时设置模数转换器与微控制器（例如Cortex-M0等），所述模数转换器接入微控制器，所述微控制器内部集成有存储区域，且微控制器还分别接入输入接口与输出接口；而在实际应用中，可对前述的基础方案做出相应改进设置，例如图2所示出的与微控制器相连的可扩展输入接口、DMA（直接内存存取）控制器、静态随机存储器及闪存等；还可将模数转换器直接集成在芯片的内部。

同样参考图2所示，在本发明用于解决技术问题，更加优选的一个实施例中，为进一步提升心音信号及体温信号的完整性，避免发生衰减或不可被系统后端识别，最好再在监护系统中的声学传感器、体温计与信号调理单元之间增设放大单元与滤波单元，所述声学传感器与体温计分别接入放大单元，放大单元接入滤波单元，滤波单元接入信号调理单元，用于由放大单元将声学传感器、体温计采集到的心音信号与体温信号放大后，通过滤波单元滤波降噪后再传输至信号调理单元。进而保证了心音信号及体温信号的完整性。同时，与现有技术相同，声学传感器与体温计、放大单元、滤波单元、信号调理单元、无线信号发射机以及天线均接入电源管理模块。

另外，发明人还参考现有技术，对于上述提到的系统硬件单元进行了如下的细化，以便于本领域的技术人员实施，也即是本发明的优选实施方式：所述放大单元中包括放大器与外围电路；所述滤波单元中包括二阶有源高通滤波器以及二阶有源低通滤波器。所述信号调理单元中包括二极管以及限流电阻，二极管接入限流电阻，所述二极管接入无线信号发射机，限流电阻接入信号来源端。

根据本发明的另一实施例，上述的智能终端设备可直接采用智能手机或平板电脑，并在智能手机或平板电脑中预置有用于由应用程序对心音信号与体温信号进行比较判断的阈值，应用程序将来自于信号调理单元的心音信号与体温信号在相应的硬件中进行存储，并以此进行统计分析，再通过LCD屏幕呈现分析结果。

参考图4所示，上述应用程序为基于智能手机或平板电脑中的操作系统（例如Android OS、iOS、windows Phone）开发的各类应用软件，软件利用智能手机或平板电脑上的相应硬件执行上述的功能，由于目前智能手机与平板电脑的应用已较为普遍，故此处对于前述软件的开发以及调用硬件的方式不再详述。但是为保证上述功能的实现，应用程序中应当包括如下模块：

声信号检测模块，用于从诸多信号中提取代表胎心的声信号传输至数据处理模块；

数据处理模块，用于通过滤波算法、自相关分析及阈值计算对提取的声信号进行处理，并将处理后的声信号分别传输至数据显示模块、数据记录与回放模块；

数据显示模块，用于通过LCD显示屏呈现体温信号及处理后的声信号；

数据记录与回放模块，用于将本地传输过来的信号数据进行存储，并可将存储的数据进行有针对性的回放；

数据统计模块，用于对数据记录与回放模块中存储的数据进行统计分析。

另外，用户还可得到自己长期数据的一个数学统计，通过查看统计趋势图，孕妇可随时了解胎心率的随妊娠时间的发展趋势。

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 (10)

1.一种基于声学传感器的被动式胎心监护系统，其特征在于所述监护系统中包括：

声学传感器，直接或间接接入信号调理单元，用于将采集到的心音信号传输至信号调理单元；

   信号调理单元，接入无线信号发射机，用于接收来自于声学传感器的心音信号，并将其转发至无线信号发射机；

   无线信号发射机，用于将心音信号直接发送至智能终端设备；

   智能终端设备，用于通过应用程序将来自于信号调理单元的心音信号进行检测与记录。

2.根据权利要求1所述的基于声学传感器的被动式胎心监护系统，其特征在于：所述监护系统中还包括体温计，所述体温计也接入信号调理单元，用于将采集到的体温信号传输至信号调理单元，信号调理单元将其与心音信号分别转发至无线信号发射机，由无线信号发射机一并发送至智能终端设备进行分别检测与记录。

3.根据权利要求2所述的基于声学传感器的被动式胎心监护系统，其特征在于：所述信号调理单元还接入控制单元，用于由信号调理单元将来自于声学传感器与体温计的心音信号与体温信号传输至控制单元，控制单元对心音信号与体温信号进行模数转换，并通过输出单元将转换后的心音数字信号与体温数字信号发送至智能终端设备进行分别检测与记录。

4.根据权利要求3所述的基于声学传感器的被动式胎心监护系统，其特征在于：所述输出单元通过蓝牙传输或USB传输将心音数字信号与体温数字信号发送至智能终端设备；所述控制单元中包括模数转换器与微控制器，所述模数转换器接入微控制器，所述微控制器内部集成有存储区域，且微控制器还分别接入输入接口与输出接口。

5.根据权利要求2所述的基于声学传感器的被动式胎心监护系统，其特征在于：所述声学传感器采用压电材料加工制成，所述体温计为温度传感器，通过接触或非接触的方式进行测量。

6.根据权利要求2所述的基于声学传感器的被动式胎心监护系统，其特征在于：所述声学传感器、体温计与信号调理单元之间还设有放大单元与滤波单元，所述声学传感器与体温计分别接入放大单元，放大单元接入滤波单元，滤波单元接入信号调理单元，用于由放大单元将声学传感器、体温计采集到的心音信号与体温信号放大后，通过滤波单元滤波降噪后再传输至信号调理单元。

7.根据权利要求2所述的基于声学传感器的被动式胎心监护系统，其特征在于：所述放大单元中包括放大器与外围电路；所述滤波单元中包括二阶有源高通滤波器以及二阶有源低通滤波器。

8.根据权利要求2所述的基于声学传感器的被动式胎心监护系统，其特征在于：所述智能终端设备为智能手机或平板电脑，所述智能手机或平板电脑中预置有用于由应用程序对心音信号与体温信号进行比较判断的阈值，应用程序将来自于信号调理单元的心音信号与体温信号进行存储，并进行统计分析，通过LCD屏幕呈现分析结果。

9.根据权利要求1所述的基于声学传感器的被动式胎心监护系统，其特征在于：所述无线信号发射机通过FM调频传输将心音信号发送至智能终端设备；所述信号调理单元中包括二极管以及限流电阻，所述二极管接入限流电阻，所述二极管接入无线信号发射机，限流电阻接入信号来源端。

10.根据权利要求8所述的基于声学传感器的被动式胎心监护系统，其特征在于所述应用程序中包括：

声信号检测模块，用于从诸多信号中提取代表胎心的声信号传输至数据处理模块；

数据处理模块，用于通过滤波算法、自相关分析及阈值计算对提取的声信号进行处理，并将处理后的声信号分别传输至数据显示模块、数据记录与回放模块；

数据显示模块，用于通过LCD显示屏呈现体温信号及处理后的声信号；

数据记录与回放模块，用于将本地传输过来的信号数据进行存储，并可将存储的数据进行有针对性的回放；

数据统计模块，用于对数据记录与回放模块中存储的数据进行统计分析。

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