CN104586428B - 胎儿心跳声音拾取装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种胎儿心跳声音拾取装置，包括：一个连接智能设备音频插口的接口；一个用于接收胎儿心跳声音的传感器，所述传感器将胎儿器官发出的声音转化为电信号；一个用于聚集胎儿心跳声音的声音聚集装置，所述声音聚集装置，类似喇叭口的声波导，将胎儿器官发出的声音聚集；一根导线；一个或者一组扬声器，所述扬声器通过接口同智能设备连接，用于播放声音；一个切换开关，所述切换开关用于切换传感器和地的连接以符合OMTP标准或CTIA标准。本发明将用户已有的智能设备能力发挥出来，从而使外接的装置做到最简，进而使成本最低，功能与现有产品相当或者更强。

Description

胎儿心跳声音拾取装置

技术领域

本发明属于医疗健康管理服务领域，具体而言，涉及一种胎儿心跳声音拾取的智能设备外设装置。

背景技术

1、当前市面上出售的检测胎心音仪器主要是利用超声波多普勒效应来感知胎心音，这种方式主要的缺点是：

1)需要耦合剂，从公开资料中得知耦合剂含有三乙醇胺(TEA)，三乙醇胺在胺类中口服毒性最低，同样从公开的资料中可以查到“三乙醇胺被列入《化学武器公约》”，“还可用作纤维处理剂、防腐添加剂、增塑剂、照相显影液添加剂、发动机积碳防止剂等”，这种成分如果经皮肤吸收进入血液，会对人体造成影响，欧盟对三乙醇胺的使用有严格的法律规定，三乙醇胺在生产过程中混入的一些杂质也会对人体造成损害；

2)耦合剂的使用感受不是很好，涂到腹部时耦合剂与人体的温差和油腻感造成使用者不适，尤其是在冬天，使用后需要将身上的耦合剂擦拭干净，耦合剂经常会污染衣物，给使用者造成不便；

3)超声波也可能对胎儿、孕妇造成潜在的伤害，在网上能查到的超声波损伤相关的论文超过15000篇；

4)体积过大，不方便携带；

5)需要电源或者电池供电，增加使用成本，电池充电会有爆炸的风险，也因为需要电源或者电池供电，增加了重量和使用者的人身伤害风险；

6)孕妇自己使用不方便，正常抓取胎音需要孕妇平躺，平躺时涂耦合剂、使用比较大、比较重的超声波多普勒胎音仪不是很方便。

2、多功能听诊器、木制胎音听筒，这两种产品主要缺点是：

1)没有放大功能，寻找胎音困难；

2)体积过大，不方便携带；

3)使用体验不好，没有使用过多功能听诊器的人在使用时耳朵会有不适感，孕妇使用木制胎音听筒没法自己听胎儿的胎心音；

4)没有存储胎心音的功能；

5)没有滤波功能，孕妇很难分辨夹杂在母体心跳音、子宫音、脐带音中的胎心音。

3、可以查询到的相关专利所描述的实现方式都无法做到利用客户群已有的存量计算、存储、显示、联网、交互资源基础上产品最简约，如专利申请号201310259836.9、201320317521.0、201310375539.0、201420040741.8所披露的专利，上述专利中描述的发明都含有存储单元、微处理器、放大电路、检测联通电路、电源等部件的一个或多个，没有在保持原有功能的前提下将客户群已有的资源利用到极致，产品无法做到最简，本专利描述的产品保持原有功能的前提下不包含上述导致成本增加的元器件，只有最基本的传感器，其它全部利用平板电脑、手机现有存量计算、存储、显示、联网、交互资源的功能，实现与原有的超声波多普勒胎音仪、多功能听诊器、木制胎音听筒相同或者更强的功能，并增加很多提高用户体验的附加功能；相比于本专利描述的产品，前述专利所描述的产品在没有增加新的功能的前提下，多用了很多元器件，造成了社会财富的浪费。自从2007年苹果iPhone上市后，智能手机迅速占领市场，智能手机的开放平台、分辨率更高的显示屏、更大的存储空间、无缝的网络连接在3G时代迅速普及，成为社会的存量计算资源，在有效的利用这些资源上原有的设备无所作为，这些设备对现有的存量资源是一种浪费，这些浪费反映到商业上就是商业上的失败。

发明内容：

为了弥补现有产品成本高、使用不便等问题的不足，本发明提出了新的解决方案：

本发明的最简化经济胎儿心率拾取装置只有六个部分组成(其中导线，扬声器、切换装置可选)：

1、传感器，用于将胎儿器官发出的声音转化为电信号，可以采用针对胎儿器官发出声音频率响应增强对其它频率响应大幅衰减的部件，对应增强的频段为60～180Hz，0～60Hz、180Hz以上为抑制频段，传感器不含电源，利用和本专利描述装置连接的其它设备为本专利描述装置的传感器供电，传感器可以是驻极体式、电容式等类型的声电转换器件；

2、扬声器，可以供使用者同时听到经过手机、平板降噪、滤波处理过的胎儿器官声音信号，这一部分可以没有，直接使用手机、平板原有的扬声器也可，耳机也是扬声器的一种，使用耳机的目的是经过处理的胎音信号从耳机放出，声音很小，从耳机发出后再回到传感器的量比较小，虽有回路(传感器—>耳机—>传感器—>耳机)，但回路不是正激励并且在正常使用时衰减很快，不会形成啸叫，不需要使用手机、平板等智能设备的计算资源来完成回声消除的工作，在带有回声消除芯片的手机、平板等智能设备中，回声消除芯片的调校是按照手机、平板等智能设备自带的麦克风和喇叭、听筒来适配做出，所以参数不一定适合本专利描述产品的传感器、扬声器，本专利描述产品的传感器与手机、平板等智能设备通过线路相连，连接后本专利描述产品的传感器与手机、平板等智能设备的距离在使用过程中不确定，不确定性导致了无法使用一套固定的回音消除参数来消除回音，故如果想获得最佳效果需要用耳机，使其无法在回路中形成正向激励，避免造成使用者不便，耳机可以是有线式或者无线式(如蓝牙耳机)，为方便家人同时听，本专利描述的装置可同时带多个耳机，或者同时支持有线耳机和利用智能设备连接无线耳机(如蓝牙耳机)；

3、声音聚集装置，类似喇叭口的声波导，用于将胎儿器官发出的声音聚集，为增强传感器的效果，需要设计成针对胎儿器官发出声音频率响应增强对其它频率响应大幅衰减的形状，对应增强的频段为60～180Hz，0～60Hz、180Hz以上为抑制频段，声音聚集装置没有任何电子电路，不含电源，纯粹是一个低成本的结构件，在实际实现过程中，为使用方便此部分在实现时也可以与传感器做成一体；

4、与智能设备连接的接口，根据目前客户群实际的保有智能设备的情况，采用四段式接口，3.5mm四段式耳机插头，插头的电器定义一路地，两路声音出，一路声音输入，原有的技术标准保证插头在音频范围内没有问题，本专利所述装置需要的工作频率包含在音频范围内，所以市面上量产的标准品耳机插头的电器性能不会对本专利所述装置所产生的信号产生不良影响，插头的生产工艺、元器件也可采用现有的量产产品，在插头上不会有成本的增加，为保证接口的质量，插头金属部分可以采用镀金等工艺，智能设备内的A/D、D/A器件，其需要支持的频率范围是音频，频率范围包含了本专利所述装置需要的频率，所以智能设备内的A/D、D/A器件也不会对本专利所述装置工作时产生不良影响；

5、切换装置，因传感器本身有极性，为避免不同的智能设备支持不同的国际标准(OMTP、CTIA)而导致与本专利所述装置连接时出现信号大幅衰减的情况，本专利所述装置可以在设计有一双刀双掷开关作为切换装置，也可用其它能实现相同功能的器件(如二极管、三极管、电容等电子元件组成的电路，电路可以自动做切换以适应不同的国际标准)做切换装置，用于同时支持OMTP、CTIA标准；也可出两种版本(即支持OMTP标准的版本和支持CTIA标准的版本)，供用户自己选择，如果用户不清楚自己的智能设备是支持OMTP、CTIA中哪一个标准，可以用简单的方法测试或直接在网上查找用户自己的手机支持哪一种标准；另外有很多智能设备可以智能识别插入的耳机是支持OMTP、CTIA中哪个标准，在此种情况下，上述带切换开关的形式与支持OMTP标准的版本和支持CTIA标准的版本都可以使用；在不带双刀双掷开关时，如果客户的手机、平板等智能设备接口标准与本专利所述不带双刀双掷开关装置支持的标准不同时，由传感器获得的信号幅度会很小，但本专利所述装置考虑到了大幅降低电路、外界导致的电路噪音，信噪比还在可接受范围内，信号幅度的减小可以在手机、平板等智能设备内用数字放大还原，在此种情况下，得到的信号高频、低频的增益会有差别，但我们只关心低频部分，所以在此种情况时，对最终效果没有影响；在使用二极管、三极管做切换装置时，信号通过切换用器件也会有高低频衰减不一致、低频衰减大的情况，在保证外界干扰很小的情况下，需要用手机、平板等智能设备内用数字放大还原信号；

6、导线，导线可采用一般耳机用的线，为获得更好的效果，也可使用中间有钢丝或尼龙线加强的导线，防止用户拉扯连接线造成信号线或者焊点断裂，使装置失效；因为传感器出来的信号幅度有可能比较小，为防止信噪比过小，所以需要将地线、音频线绞在一起，外面加屏蔽，防止智能设备输出的音频信号和外界对传感器输出的信号造成干扰。导线在极端情况下也可以不要。本专利所述装置需要的工作频率包含在音频范围内，所以市面上量产的标准品耳机线的电器性能不会对本专利所述装置所产生的信号产生不良影响，线材可采用现有的量产产品。

使用时将本专利描述装置通过手机、平板电脑等智能设备的耳机接口与手机、平板电脑等智能设备相接，本专利描述装置直接用手机、平板电脑等智能设备的接口提供的电流驱动，手机、平板等智能设备上运行的专用软件直接将从接口得到的信号进行放大、滤波后，根据需要进行播放、存储、显示、特征提取、传输，也可将得到的数据分析，将分析结果对应的音频、视频、文字、震动信息等资料显示、播放、震动。

本发明的有益效果：

本发明创造的拾取装置对现有胎心音听取、超声波胎心仪等相关产品进行创新，与以往的产品、方案相比有以下明显优点：

1、没有数字信号处理电路和元器件、这一部分电路和元器件的功能全部由手机、平板等智能设备原有的处理器完成，目前手机、平板电脑的处理器很多自带数字信号处理单元(DSP)，没有带数字信号处理单元的处理器主频也很高、大部分是用多核处理器，处理音频信号的能力没有计算能力瓶颈，不带数字信号处理电路的实现方式节省了数字信号处理的成本；

2、没有存储部分电路和元器件、这一部分电路和元器件的功能全部由手机、平板等智能设备原有的电路完成，节省了存储部分电路和元器件的成本。手机、平板的存储可以通过TF卡扩充，并且可以通过联网存在云盘等地方，相对于以往产品的存储部分，存储能力在减少成本的前提下有百倍的提高；

3、没有A/D转换电路和元器件、这一部分电路和元器件的功能全部由手机、平板等智能设备原有的电路完成，节省了A/D转换电路和元器件的成本。手机、平板的A/D转换电路可以做到16位A/D，每秒44100次采样甚至更高，在某些不支持44100采样率的手机上，由软件自动侦测其支持的采样频率，采样频率可能是48000、32000、22050、16000、11025、8000、4000，这些频率高出胎心音60～180Hz不止一倍，从理论上讲高出频率一倍的采样率即可获取模拟信号的信息，即fs>＝2fmax时，在这些频率下运行的A/D转换处于过采样的情况，数字信号能重建成原来的模拟信号，采样结果抽样可以完全反映出胎心音的情况，即手机、平板等智能设备的A/D转换对于胎心音应用能力完全适用；

4、相对于超声波多普勒胎音仪，没有发射部分电路和元器件，只有接收传感器，节省了发射部分电路和元器件成本；

5、相对于带检测电路检测是否和手机、电脑连接成功的产品，本发明直接使用手机、平板等智能设备本身的检测电路，在手机、平板上显示是否连接成功，节省了检测和联通指示灯部分的电路和器件成本；

6、没有功放、运放电路和元器件，这一部分电路和元器件的功能全部由手机、平板等智能设备对数字信号直接进行放大，节省了功放、运放部分电路和元器件成本。电子元器件的功放、运放的性能有极限，在倍数大时会有失真，相对而言数字信号的放大则没有此种情况发生；

7、自身不带电源，使用手机、平板等智能设备接口供出的电流进行工作，节省电池、充电器、充电线的成本。手机、平板的接口会有微弱的电流供出，这个电流无法驱动现有大部分芯片和电路，但是可以驱动本专利描述装置使用的专用传感器；

8、和现有产品相比，由于省去大部分电路和元器件，相对于现有产品，本专利描述的装置可以做到相对非常小，方便随身携带，增加了易用性；

9、和现有产品相比，由于省去大部分电路和元器件，本专利描述的装置成本相对非常低，生产商的投入相对很小，降低了商业风险；

10、和现有产品相比，由于省去大部分电路和元器件，本专利描述的装置出现故障的可能性极大降低，减少售后维修、备品备件的成本，用户的满意度也会提高；

11、和现有产品相比，由于省去大部分电路和元器件，本专利描述的装置生产的良率相对提升，从而降低出厂成本；

12、和现有的超声多普勒胎音仪相比，本专利描述的装置不用使用耦合剂，没有不适感，没有使用成本，避免耦合剂内的化学品和皮肤的接触；

13、本专利描述的装置胎音数据的放大、滤波、识别、处理全部由软件完成，软件可藉由网络升级，产品做的简单，降低了产品的质量风险；

14、使用者使用本专利描述的装置时在熟悉的设备、熟悉的界面下操作，很方便存储、分享，提高了使用者的使用体验；

15、本专利描述的装置在使用时完全没有超声辐射出，杜绝了超声波对胎儿、孕妇身体造成的潜在危害。

附图说明

图1为本发明实施例中带扬声器的形式。

图2为本发明实施例不带扬声器的形式。

图3为本发明实施例外形结构示意图。

图4为本发明连接的智能设备登陆后显示界面的形象示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步描述。

本发明利用现有社会拥有最多存量计算、存储、显示、联网、交互等资源的手机、平板电脑等智能设备作为核心处理、显示设备，除此之外的外围传感部分做到最简，最简的外围配合手机强大的显示、处理能力，实现同原有产品相同、甚至更强的功能同时对商业上的经济性也做到极致，使用者可以用最小的代价获取原有产品的功能、甚至更强的功能，从而方便设备的普及，造福使用人群。

1、带扬声器的形式

如图1，组成、工作原理与过程如下：

1)胎儿心脏的声音和其它噪声通过定制的用于60～180Hz传输的声波导聚集到传感器处，这一部分全部经由注塑制成，材料可以是PP、PC、ABS或PC+ABS；传感器是定制的对60～180Hz频响增强、其它人可听见的频段频响衰减大的传感器；

2)传感器和双刀双掷开关连接，双刀双掷开关和四段式插头之间的连线需要将传感器进出的两股线搅在一起并且外面需要有屏蔽层，防止外界电磁辐射对信号的干扰，连接线需要在壳体内打结，用于防止用户不小心跌落导致的双刀双掷开关与连接线的焊接脱离；

3)胎儿心脏的声音信号从四段式插口的麦克风通道进入手机，插头镀金以减少衰减，保证信号的传输质量；

4)在手机内对信号进行A/D采样，在采样前先以下面的波特率48000、44100、32000、22050、16000、11025、8000、4000轮询查看手机对采样率的支持，得到手机支持的采样率后，设置此采样率为当前采样率，声道设置为单声道，开始采样，经过采样变为数字信号的胎心音由手机对信号进行放大，将信号显示在屏幕上，如图4，同时通过傅里叶变换对胎心音数字信号进行数字滤波，将滤波过后的数据进行D/A变换，手机处理后的音频信号从四段式插口输出，由扬声器放出。

使用时，将本专利描述产品的四段式插头插入手机的耳机接口，打开配套程序，进入登录界面登录，登陆后进入界面如图4，打开手机飞行模式，防止使用时手机辐射对胎儿影响，打开监听按钮，软件确认本专利描述装置已经连接，把本专利描述产品放到孕检时医生听胎音的位置附近，寻找胎心音，监听到胎心音后可按记录按钮，程序自动将胎心音记录到文件中，记录完毕后按停止按钮，同时输入文件名称保存；

2、不带扬声器的形式

如图2，外形如图3，组成、工作原理与过程如下：

1)胎儿心脏的声音和其它噪声通过定制的用于60～180Hz传输的声波导聚集到传感器处，这一部分全部由注塑制成，材料可以是PP、PC、ABS或PC+ABS；传感器是定制的对60～180Hz频响增强、其它人可听见的频段频响衰减大的传感器；

2)传感器和四段式插头之间的连线需要将传感器进出的两股线搅在一起并且外面需要有屏蔽层，防止外界电磁辐射对信号的干扰，连接线需要在壳体内打结，用于防止用户不小心跌落导致的传感器与连接线的焊接脱离；

3)胎儿心脏的声音信号从四段式插口的麦克风通道进入手机，插头镀金以减少衰减，保证信号的传输质量；

4)在手机内对信号进行A/D采样，在采样前先以下面的波特率48000、44100、32000、22050、16000、11025、8000、4000轮询查看手机对采样率的支持，得到手机支持的采样率后，设置此采样率为当前采样率，声道设置为单声道，开始采样，经过采样变为数字信号的胎心音由手机对信号进行放大，将信号显示在屏幕上，如图4，同时通过傅里叶变换对胎心音数字信号进行数字滤波，将滤波过后的数据进行D/A变换，手机处理后的音频信号从四段式插口输出；

5)产品带一个四段式插口，四段式插口的定义和苹果4代手机的耳机相同，不接MIC这一路，地和左右声道接到四段式插头相应的部分，插头的定义和苹果4代手机的耳机相同，四段式插口内的弹片镀金。

使用时，将本专利描述产品的四段式插头插入手机的耳机接口，同时将耳机插入本专利描述产品的四段式插口，带上耳机，打开配套程序，进入登录界面登录，登陆后进入界面如图4，打开手机飞行模式，防止使用时手机辐射对胎儿影响，打开监听按钮，软件确认本专利描述装置已经连接，把本专利描述装置放到孕检时医生听胎音的位置附近，寻找胎心音，监听到胎心音后可按记录按钮，程序自动将胎心音记录到文件中，记录完毕后按停止按钮，同时输入文件名称保存。

虽然本发明通过实施例进行了描述，但实施例并非用来限定本发明。本领域技术人员可在本发明的精神的范围内，做出各种变形和改进，均在本发明的保护范围之内。因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求保护范围所界定的为准。

Claims (4)

1.一种胎儿心跳声音拾取装置，其特征在于，包括：

一个连接智能设备音频插口的接口；

一个用于接收胎儿心跳声音的传感器，所述传感器将胎儿器官发出的声音转化为电信号，传感器不含电源，使用智能设备接口供出的电流进行工作；

一个用于聚集胎儿心跳声音的声音聚集装置，所述声音聚集装置，类似喇叭口的声波导，将胎儿器官发出的声音聚集，采用针对胎儿器官发出声音频率响应增强对其它频率响应大幅衰减的形状，对应增强的频段为60～180Hz，0～60Hz、180Hz以上为抑制频段，声音聚集装置没有任何电子电路，不含电源；

一根导线，用于连接所述接口和传感器；所述导线采用中间有钢丝或尼龙线加强的导线，同时将地线、音频线绞在一起，外面加屏蔽；

一个切换开关，所述切换开关为一双刀双掷开关，或者所述切换开关为二极管、三极管和电容电子元件组成的等效自动切换电路；所述切换开关用于切换传感器和地的连接以符合OMTP标准，或者符合CTIA标准，或者同时符合OMTP标准和CTIA标准。

2.根据权利要求1所述的胎儿心跳声音拾取装置，其特征在于，还包括：

一个或者一组扬声器，所述扬声器通过所述连接智能设备音频插口的接口同智能设备连接，用于播放声音；所述扬声器供使用者听到经过手机或平板降噪、滤波处理过的胎儿器官声音信号；

一个或多个耳机插口，插入耳机后，耳机通过所述连接智能设备音频插口的接口同智能设备连接，用于播放声音；所述耳机是有线式或者无线式。

3.根据权利要求1所述的胎儿心跳声音拾取装置，其特征在于：

所述连接智能设备音频插口的接口，采用四段式接口，3.5mm四段式耳机插头，插头的电器定义一路地，两路声音出，一路声音输入，插头金属部分采用镀金工艺，支持的频率范围是音频。

4.根据权利要求1所述的胎儿心跳声音拾取装置，其特征在于：

所述传感器是驻极体式或电容式类型的声电转换器件。