CN104470420A - 用于对母体心率的改进的确定的方法和其中的胎儿监测系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于从心率和呼吸速率中确定至少一个母体生理参数的方法，包括以下步骤：(a)将胎儿监测系统(10)的至少两个换能器单元(16、18)附着到母体腹部(14)；(b)关于频率、幅度以及信号样式中的至少一个来评估加速度信号，以得到对应于所述至少一个母体生理参数的加速度信号；一种胎儿监测系统(10)，包括：至少两个换能器单元(16、18)，至少一个换能器(24、26、28)被提供用于接受生理参数；至少第一信号处理单元(34)；以及不同于所述至少两个换能器(24、26、28)的至少一个加速度传感器(30、32)，其中，所述至少一个加速度传感器(30、32)在至少一种操作模式中被刚性地安装在所述至少两个换能器单元(16、18)中的一个的壳体(20、22)内部；并且其中，所述第一信号处理单元(34)被提供为关于频率、幅度以及信号样式中的至少一个来评估所述加速度信号，以得到对应于至少一个母体生理参数的加速度信号；以及用于在胎儿监测系统(10)中使用的换能器单元(16、18)。

Description

用于对母体心率的改进的确定的方法和其中的胎儿监测系统
技术领域
本发明涉及一种用于通过使用胎儿监测系统来从心率和呼吸速率中确定至少一个母体生理参数的方法，涉及一种胎儿监测系统，并且涉及一种用于在胎儿监测系统中使用的传感器单元。
背景技术
在胎儿监测领域(即，对未出生人类的多于一个生理参数的测量和可视化的领域)中，已知使用包括多个换能器的监测系统，用于测量子宫活动和胎儿心搏。基本上应用两种方法：
外部或间接方法，其采用对被放置在母体腹部上的外部换能器的使用。典型地，超声(US)多普勒换能器用于该种类，其中，高频声波反射胎儿心脏的机械动作。
另一方法为内部或直接方法，其使用螺旋电极，以转换从未出生胎儿的先露部获得的胎儿心电图。该方法仅能够在所述先露部可接近且可识别时使用。由于本发明的应用范围有限，因此本文中将不进一步详细考虑该方法。
现有技术的胎儿监测系统也提供针对母体参数的测量，如心电图(ECG)、由脉搏血氧定量法的血氧饱和度(SpO2)、血压(NBP)或温度。总体而言，胎儿监测系统的设计者必须在提供全面监测与促进最自然分娩而不妨碍缆线和传感器之间做出权衡。
使用超声多普勒技术的监测系统一般能够准确地计算胎儿心率。然而，多普勒信号包括来自母体身体中的全部移动结构的反射。正常地，这些仅源自胎儿心搏，但是来自母体血管(如主动脉或其他腹部血管)的反射也可以贡献于所述多普勒信号。在大多数情况下，母体心率与胎儿心率容易区分，这是因为胎儿信号的频率比母体心率高得多。在母体应激或药物递送的情况下，以及在胎儿心率下降的情况下，两种心率可以交会或者甚至变得倒置。由于胎儿监测技术在应用换能器以用于拾取胎儿心率时不能探测胎儿信号源与母体信号源之间的差异，因此产生连续的母体心率轨迹是推荐的方法。
大多数胎儿监测系统具有内置的比较算法，用于识别心率的重叠。该特征有助于探测轨迹重合。无论何时两个记录的心率轨迹在特定的时间量上显示相似，均自动打印问号。
上述用于获得母体心率的方法要求额外的传感器或至少额外的电极。电极和传感器均增加额外的缆线，因此增加患者和护理者的不便。结果，任意增加额外的传感器或电极的方法都不被很好地采纳。
因此，提供一种用于确定至少一个母体生理参数(例如，母体心率)的方法是可期望的，所述方法既可靠又鲁棒，且不采用额外的传感器、电极等。
发明内容
在本发明的一个方面中，所述目标通过用于从心率和呼吸速率中确定至少一个母体生理参数的方法得以实现，所述方法包括以下步骤：
(a)将胎儿监测系统的至少两个换能器单元(16、18)附着到母体腹部，所述胎儿监测系统还包括：
至少一个换能器，其被提供用于接受生理参数并且将所述生理参数转换成对应的信号；
至少一个信号处理单元，其被提供为处理信号；
至少一个加速度传感器，其被提供用于将在所述母体腹部处的机械加速度转换成对应的加速度信号，其中，所述至少一个加速度传感器不同于所述至少一个换能器，并且其中，所述至少一个加速度传感器在至少一种操作模式中被刚性地安装在壳体内部，所述壳体至少部分地包围所述至少两个换能器中的至少一个；
(b)关于频率、幅度以及信号样式中的至少一个来评估加速度信号，以得到对应于所述至少一个母体生理参数的加速度信号。
本申请中所使用的词语“换能器”应当被具体理解为用于将一种形式的能量转换成另一种形式的能量的器件，具体地，用于将机械能或辐射能转换成电能或者相反的器件。应当被包围的示范性换能器为无源操作的换能器(例如，压敏传感器)以及在一次操作时为有源操作并且在另一次操作时为无源操作的换能器(例如，超声多普勒换能器)。
通过该方法，能够获得来自独立源的额外信号，所述额外信号允许生理数据的证实，并且因此允许预防犯错。这因此提供降低的错误解读胎儿生理参数的风险，同时维持对护理者而言的操作舒适性和对怀孕母亲或生育母亲而言的容易性，这是因为能够以可靠且鲁棒的方式确定母体生理参数而不采用额外的传感器、电极等。
在本发明的其他方面中，所述方法还包括以下步骤：
(c)确定并跟踪所述加速度信号与对应于胎儿心率的所述至少一个换能器的至少一个信号之间的交叉通道验证(cross-channel verification)；并且
(d)取决于所述交叉通道验证的结果，激活警报信号。
本申请中所使用的词语“交叉通道验证”应当被具体理解为获得对在时域中的两个信号之间的相似度的量度的任意方法，并且应当具体包括从对两个信号的频率分析得到的方法。通过这样，加速度信号能够被用作来自独立源的信号，以核对从换能器中的一个获得的胎儿心率信号，并且将母体生理参数(例如，母体心率)错误解读为胎儿生理参数(例如，胎儿心率)的风险大幅降低。
在本发明的又另一方面中，所述方法还包括以下步骤：
(c2)基于对信号历史和信号质量中的至少一个的评估，从所述换能器信号和所述加速度计信号中选择一个。
从而，能够将母体生理参数的期望的连续轨迹保持到较高程度，在轨迹中有较低数目的间隙，并且能够进一步降低将母体生理参数错误解读为胎儿生理参数的风险。
本发明的另一目标是提供一种胎儿监测系统，所述胎儿监测系统包括：至少两个换能器单元，至少一个换能器被提供用于接受生理参数并且将所述生理参数转换成对应的信号；至少第一信号处理单元，其被提供为处理信号；以及至少一个加速度传感器，其被提供用于将母体腹部的机械加速度转换成对应的加速度信号，其中，所述至少一个加速度传感器不同于所述至少一个换能器，其中，所述至少一个加速度传感器在至少一种操作模式中被刚性地安装在所述至少两个换能器单元中的一个的壳体内部，并且其中，所述第一信号处理单元被提供为关于频率、幅度以及信号样式中的至少一个来评估所述加速度信号，以得到对应于至少一个母体生理参数的加速度信号。
能够从至少一个加速度传感器获得来自独立源的额外的信号，所述加速度传感器允许对生理数据的证实，并且因此允许预防犯错。胎儿监测系统可以提供降低的错误解读母体生理参数的风险，同时维持对护理者而言的操作舒适性和对怀孕母亲或生育母亲而言的容易性，这是因为能够以可靠且鲁棒的方式确定所述母体生理参数而不采用额外的传感器、电极等。
优选地，第一信号处理单元可以驻留在换能器单元中的一个的壳体中，并且可以被设计为接收加速度信号作为输入信号，加速度传感器被刚性地安装在所述换能器单元中。备选地，第二信号处理单元可以被定位在换能器单元中的一个的壳体中，所述第二信号处理单元可以被专门分配用于评估加速度信号，加速度传感器被刚性地安装在所述换能器单元中。
能够通过用信号选择器单元装备胎儿监测系统来获得连续的实时监测，所述信号选择器单元被提供用于基于对信号历史和信号质量中的至少一个的评估来从换能器信号和加速度计信号中选择一个。这也可以允许对所选择的信号到至少一个母体生理参数的明确归属。
在优选实施例中，信号选择器单元包括软件模块，所述软件模块被提供用于实施：确定并跟踪交叉通道验证并且取决于所述交叉通道验证的结果来激活警报的步骤，和/或从换能器信号和加速度计信号中选择一个的步骤。所述步骤被转换成程序代码，所述程序代码能在胎儿监测系统中实施并且能由胎儿监测系统运行。从而，可以容易地达到对方法和方法参数以及产品的均匀性的灵活调节、容易携带性。
胎儿监测系统还可以包括交叉通道验证单元，所述交叉通道验证单元被提供用于确定信号中的至少两个在至少部分连续的时间间隔中的轨迹之间的交叉通道验证。从而，可以高度降低将母体生理参数错误解读为胎儿生理参数的风险。
在优选实施例中，至少一个加速度传感器被设计为微机电系统(MEMS)。因此，能够提供对于加速度传感器的鲁棒且可靠的解决方案，所述加速度传感器能以容易的方式被刚性地安装在至少两个换能器中的一个的壳体内部。
优选地，至少一个加速度传感器被提供用于将机械加速度转换成在三个基本上正交的方向上的对应的加速度信号，通过这样可以实现监测针对胎儿监测系统的换能器与对象的全部潜在的相对布置的生理参数的完整覆盖。
本发明的另一个目标是提供一种用于在胎儿监测系统中使用的换能器单元。所述换能器单元包括：至少一个换能器，其被提供用于接受生理参数并且将所述生理参数转换成对应的信号；壳体，其至少部分地包围所述换能器；以及至少一个加速度传感器，其被提供用于将机械加速度转换成对应的加速度信号，其中，所述至少一个加速度传感器在至少一种操作模式中被刚性地安装在所述壳体内部，使得不要求额外的外部布线。
附图说明
参考下文中描述的实施例，本发明的这些方面和其他方面将是明显的并且得到阐明。然而，这样的实施例不是必须表示本发明的全部范围，并且因此参考权利要求和本文以用于解读本发明的范围。
附图中：
图1示出了胎儿监测系统的两个换能器单元的示意性平面视图，所述换能器单元被布置为准备在分娩之前在母亲处的操作状态，并且
图2图示了按照图1的胎儿监测系统的示意性功能图表。
附图标记列表
10  胎儿监测系统
12  母亲
14  腹部
16  换能器单元
18  换能器单元
20  壳体
22  壳体
24  换能器
26      换能器
28      换能器
30      加速度传感器
32      加速度传感器
34      信号处理单元
36      信号监测单元
38      信号选择器单元
40      软件模块
42      交叉通道验证单元
44      警报信号
D       显示器
MHR1    母体心率信号
MHR2    母体心率信号
MHR3    母体心率信号
FHR     胎儿心率信号
具体实施方式
图1示出了胎儿监测系统10的示意性平面视图，所述胎儿监测系统10包括两个换能器单元16、18，所述两个换能器单元16、18被布置为准备在分娩之前在母亲12处的操作状态。两个换能器单元16、18被设计为利用带子(未示出)被附着到母亲的腹部14。
第一换能器单元16包括部分地包围换能器24的壳体20，所述换能器24被设计为具有与腹部14接触的平坦区的分娩力计。所述分娩力计被提供用于接受第一母体生理参数(即，宫缩压力)，所述第一母体生理参数被分娩力计转换成对应的宫缩压力信号。而且，第一换能器单元16包括另一换能器26，所述换能器26被设计为被集成在壳体20的下部外表面处的第一换能器单元16中的光学传感器。光学换能器26因此也与腹部14接触。所述光学换能器26使用光学方法探测真皮血管的脉搏，以得到母体的心率信号MHR1。腹部皮肤中的脉搏极其微弱，并且光学换能器26(尽管在其他方面有许多优点)对换能器26与皮肤之间的移动非常敏感，所述移动是由母亲12的移动或者甚至是由她的咳嗽或笑引起的。这可能导致母体心率MHR1的轨迹中的间隙。
第二换能器单元18包括另一壳体22，所述另一壳体22部分地包围被设计为超声多普勒传感器的换能器28，所述换能器28被提供用于接受另一生理参数，即，胎儿心率FHR。如引言中所述，来自超声多普勒传感器的信号(其旨在对应于胎儿心率FHR)可能受未出生胎儿的位置移位的影响，或者如果未被正确地调节，则可能受来自母体血管(如主动脉或其他腹部血管)的反射的影响。
第一换能器单元16和第二换能器单元18每个均包括加速度传感器30、32，所述加速度传感器30、32不同于各自的换能器单元16、18的换能器24、26、28。在操作状态中，加速度传感器30、32中的每一个(其被提供用于将母体腹部14的机械加速度转换成对应的加速度信号)被刚性地安装在各自的换能器单元16、18的壳体20、22内部。
第二换能器单元18的加速度传感器32对传感器与皮肤之间的任意物质不灵敏，所述任意物质如超声多普勒传感器要正常运行所要求的水或声耦合凝胶。因此，超声多普勒传感器的用途不以任何方式受加速度传感器32限制。
加速度传感器30、32中的每个均被设计为基于悬臂梁和质量块原理类型的微机电系统(MEMS)。该类型的传感器是本领域技术人员公知的，并且因此不应在本文中进一步详细描述。加速度传感器30、32被提供用于将机械加速度转换成在三个正交方向上的对应的加速度信号，使得能够探测母体腹部14在任意方向上的移动。由于换能器单元16、18被定位在腹部14处的不同位置处并且具有关于腹部14的不同的相对取向，因此两个加速度传感器30、32将采集略微不同且独立的信号。
换能器24、26、28中的每个以及加速度传感器30、32中的每个都具有被分配给它的信号处理单元34，所述信号处理单元34被提供为处理分别由换能器24、26、28以及加速度传感器30、32响应于生理参数而生成的信号。
加速度传感器30、32中的每个的信号处理单元34被提供为关于频率、幅度以及信号样式中的至少一个来评估加速度信号，以得到对应于至少一个母体生理参数的加速度信号，如将在以下所说明的。
在图2中图示了胎儿监测系统10的示意性功能图表。两个换能器单元16、18经由布线，或者备选地经由无线连接，将经处理的信号提供到信号监测单元36。
如通常已知的，胎儿监测系统10的信号监测单元36提供为显示经处理的信号的若干选项。而且，信号监测单元36包括信号选择器单元38，随后将说明所述信号选择器单元38的功能。信号选择器单元38被提供为实施用于从心率和呼吸速率中确定至少一个母体生理参数的方法的特定步骤。为此，信号选择器单元38包括被提供用于实施这些特定步骤的软件模块40，其中，所述步骤被转换成程序代码，所述程序代码在信号选择器单元38中得以实施，并且由信号选择器单元38在操作状态中运行。
此外，胎儿监测系统10包括交叉通道验证单元42，所述交叉通道验证单元42被提供用于随时间推移连续地确定信号中的两个的轨迹之间的交叉通道验证。两个信号中的一个为从加速度传感器30、32以及光学换能器26中的任一个得到的母体心率信号MHR1、MHR2、MHR3。两个信号中的另一个为由被设计为超声多普勒传感器的换能器28接受的胎儿心率FHR。一般地，多于一个超声多普勒传感器换能器能够用于胎儿监测，例如在多胎分娩的情况下。在那时，也将随时间推移连续地确定母体心率信号MHR1、MHR2、MHR与由额外的超声多普勒传感器换能器接受的第二胎儿的心率之间的另一交叉通道验证。
一旦胎儿监测系统10被布置为如图1所示并被投入运行，则换能器24、26、28以及加速度传感器30、32提供它们的对应的信号。被分配给每一个加速度传感器30、32的信号处理单元34包括器件，所述器件用于关于频率、幅度以及信号样式中的至少一个来评估加速度信号，以得到对应于至少一个母体生理参数的加速度信号(即，母体心率MHR2、MHR3)。
从加速度传感器30、32以及光学传感器26中的任一个得到的母体心率MHR1、MHR2、MHR3，以及从超声多普勒传感器的信号得到的胎儿的心率FHR，以被分配的信号处理单元34的采样速率被馈送到交叉通道验证单元42。由信号选择器单元38基于多个参数(如逻辑考虑，心率历史、信号质量或其他信息)来选择意在最好地表示母体心率MHR1、MHR2、MHR3的信号。交叉通道验证单元42将所选择的母体心率信号MHR1、MHR2、MHR3的频率与来自超声多普勒传感器的胎儿的心率FHR信号进行比较，并且随时间推移跟踪结果。将针对频率差的预定阈值储存在交叉通道验证单元42能够访问的存储器中。只要所确定的频率差大于该预定阈值，则由信号选择器单元38选择的信号就表示正确的母体心率MHR1、MHR2、MHR3。一旦所确定的频率差小于预定阈值，则交叉通道验证单元42激活警报信号44，以指示超声多普勒传感器信号可能受母体脉搏活动影响。响应于警报信号44，护理者能够调节超声多普勒传感器在母体腹部14处的位置，从而超声多普勒传感器的信号再次正确地对应于胎儿的心率FHR。通过这样，显著提高了胎儿监测系统10的可靠性和鲁棒性，并且降低了分娩时胎儿死亡的风险。
尽管已经在附图和前面的描述中详细图示和描述了本发明，但是这样的图示和描述应当被认为是图示性或示范性的，而非限制性的。本发明不限于所公开的实施例。本领域技术人员通过研究附图、公开内容以及权利要求，在实践所要求保护的发明时能够理解和实现对所公开的实施例的其他变型。在权利要求中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。尽管在互不相同的从属权利要求中记载的特定措施，但是这并不指示不能有效地使用这些措施的组合。在权利要求中的任何附图标记都不应被解释为对范围的限制。

Claims (10)

1.一种用于从心率和呼吸速率中确定至少一个母体生理参数的方法，包括以下步骤：
(a)将胎儿监测系统(10)的至少两个换能器单元(16、18)附着到母体腹部(14)，所述胎儿监测系统(10)还包括：
至少一个换能器(24、26、28)，其被提供用于接受生理参数并且将所述生理参数转换成对应的信号；
至少一个信号处理单元(34)，其被提供为处理信号；
至少一个加速度传感器(30、32)，其被提供用于将在所述母体腹部(14)的机械加速度转换成对应的加速度信号，其中，所述至少一个加速度传感器(30、32)不同于所述至少一个换能器(24、26、28)，并且其中，所述至少一个加速度传感器(30、32)在至少一种操作模式中被刚性地安装在壳体(20、22)内部，所述壳体至少部分地包围所述至少一个换能器(24、26、28)；
(b)关于频率、幅度以及信号样式中的至少一个来评估所述加速度信号，以得到对应于所述至少一个母体生理参数的加速度信号。
2.如权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：
(c)确定并跟踪所述加速度信号与对应于胎儿心率(FHR)的所述至少一个换能器(24、26、28)的至少一个信号之间的交叉通道验证；并且
(d)取决于所述交叉通道验证的结果，激活警报信号(44)。
3.如权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：
(c2)基于对信号历史和信号质量中的至少一个的评估，从所述换能器信号和所述加速度计信号中选择一个。
4.一种胎儿监测系统(10)，包括：
至少两个换能器单元(16、18)，至少一个换能器(24、26、28)被提供用于接受生理参数并且将所述生理参数转换成对应的信号；
至少第一信号处理单元(34)，其被提供为处理信号；
至少一个加速度传感器(30、32)，其被提供用于将母体腹部(14)的机械加速度转换成对应的加速度信号，
其中，所述至少一个加速度传感器(30、32)不同于所述至少一个换能器(24、26、28)，
其中，所述至少一个加速度传感器(30、32)在至少一种操作模式中被刚性地安装在所述至少两个换能器单元(16、18)中的一个的壳体(20、22)内部；并且
其中，所述第一信号处理单元(34)被提供为关于频率、幅度以及信号样式中的至少一个来评估所述加速度信号，以得到对应于至少一个母体生理参数的加速度信号。
5.如权利要求4所述的胎儿监测系统(10)，还包括信号选择器单元(38)，所述信号选择器单元被提供为实施权利要求3的步骤(c2)。
6.如权利要求4或5所述的胎儿监测系统(10)，还包括交叉通道验证单元(42)，所述交叉通道验证单元被提供用于确定所述信号中的至少两个在至少部分连续的时间间隔中的轨迹之间的交叉验证。
7.如权利要求4至6中的任一项所述的胎儿监测系统(10)，其中，所述至少一个加速度传感器(30、32)被设计为微机电系统。
8.如权利要求4至7中的任一项所述的胎儿监测系统(10)，其中，所述至少一个加速度传感器(30、32)被提供用于将机械加速度转换成在三个基本上正交的方向上的对应的加速度信号。
9.一种被提供用于执行如权利要求2所述的步骤(c)和步骤(d)和/或如权利要求3所述的步骤(c2)的软件模块(40)，其中，所述步骤被转换成程序代码，所述程序代码能在如权利要求4至8中的任一项所述的胎儿监测系统(10)中实施并且能由如权利要求4至8中的任一项所述的胎儿监测系统(10)运行。
10.一种用于在如权利要求4至8中的任一项要求保护的胎儿监测系统(10)中使用的换能器单元(16、18)，包括：
至少一个换能器(24、26、28)，其被提供用于接受生理参数并且将所述生理参数转换成对应的信号；
壳体(20、22)，其至少部分地包围所述换能器(24、26、28)；
至少一个加速度传感器(30、32)，其被提供用于将机械加速度转换成对应的加速度信号，其中
所述至少一个加速度传感器(30、32)在至少一种操作模式中被刚性地安装在所述壳体(20、22)内部。
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