CN106859626B - 一种胎心检测设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种胎心检测设备，其特征在于，该检测设备包括：一用于从母体获取合成脉搏信号的信号获取装置，其中，合成脉搏信号包括母体脉搏信号和胎儿脉搏信号；一用于对合成脉搏信号进行分离获得胎儿心率数据的信号处理器；一用于对获取的胎儿心率数据进行显示和/或预警的显示和/或预警装置；一用于对所述胎心检测设备的各器件进行供电的供电模块。本发明可以广泛应用于胎儿的胎心检测中。
Description
技术领域
本发明是关于一种能够从母体脉搏信号检测胎儿心率的胎心检测设备，涉及医疗设备技术领域。
背景技术
胎心检测设备是一种很常见的医用和家用设备，目前胎心检测设备多是基于非聚焦超声波多普勒原理，由与母体腹部声耦合的超声换能器及电路部分组成，可监测和记录胎儿心率功能。检测时，超声换能器产生的超声束直接对准胎儿，入射超声束的一部分到胎心运动表面，由于多普勒效应超声波频率发生频移，由接收换能器检测，经信号处理可将与胎心有关的低频信号进行分离完成胎心检测。
现有的胎心检测设备需要超声波束对准胎儿，入射超声束的一部分辐射到胎心运动表面，由于胎儿位置及胎心位置的不确定性，即使是专业医护人员有时都很难找到胎心位置，使得普通人员实时进行胎心检测从而监测和记录胎儿心率越发困难。由于现有胎心检测设备对使用者的技术水平有较高的要求，使胎心检测不能在大众中得到普及，不能随时随地的快速开展胎心检测。另外，现有的胎心检测设备必须在母体腹部进行，要将超声换能器紧贴母体腹部，并同时需要涂抹耦合剂。因此使得胎心检测不能随时随地开展，完成一次胎心检测步骤较为繁琐，不能快速、实时的开展胎心检测。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够实时高效地从母体脉搏信号获取胎儿心率的胎心检测设备。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种胎心检测设备，其特征在于，该检测设备包括：一用于从母体获取合成脉搏信号的信号获取装置，其中，合成脉搏信号包括母体脉搏信号和胎儿脉搏信号；一用于对合成脉搏信号进行分离获得胎儿心率数据的信号处理器；一用于对获取的胎儿心率数据进行显示和/或预警的显示和/或预警装置；一用于对所述胎心检测设备的各器件进行供电的供电模块。
优选地，所述信号获取装置采用传感器或带有闪光灯和摄像头的移动设备终端。
优选地，所述传感器通过承载装置与母体进行接触，所述承载装置为指环、夹子、腕带或绑带。
优选地，所述传感器采用光电容积脉搏传感器或压电式脉搏传感器。
优选地，该检测设备还包括一用于对合成脉搏信号进行滤波处理的滤波装置。
优选地，该检测设备还包括一用于将合成脉搏信号进行A/D转换得到合成脉搏数字信号的A/D转换器。
优选地，所述信号处理器包括FFT模块、脉搏分离及胎儿心率计算模块和统计模块；所述FFT模块用于将得到合成脉搏数字信号进行快速傅里叶变换，得到包含母体脉搏频率和胎儿脉搏频率的合成频谱数据；所述脉搏分离及胎儿心率计算模块用于将母体脉搏和胎儿脉搏进行分离，得到胎儿频谱并计算出胎儿心率；所述统计模块用于对胎儿心率进行记录和统计，当得到的胎儿心率与预设值进行比较超过正常范围表明胎儿可能存在危险发送信号到所述显示和/或预警装置进行显示和/或预警。
优选地，所述脉搏分离及胎儿心率计算模块用于将母体脉搏和胎儿脉搏进行分离，得到胎儿频谱并计算出胎儿心率，具体过程为：从合成频谱数据中将母体脉搏频率整数倍的频谱线去掉，母体脉搏频率为幅度最大频谱线的频率，剩下频谱为胎儿脉搏信号的频谱，其中谱线频率为胎儿的脉搏频率或其整数倍，将所有谱线频率构成一个数组F(X)：
F(X)＝(f1’，f2’，f3’，…fn’，…nf1’，nf2’，nf3’，…nfn’)
因胎儿的个数不同，脉搏频率可能存在多个基频f1’，f2’，f3’，…fn’，每个基频与一个胎儿的脉搏频率线性相关，即第n个频率fn’与第n个胎儿的脉搏频率线性相关，胎儿的心率为fn，则：
fn＝fn’×C
C为常数，初值为1，可通过试验验证后进行修正。
优选地，所述脉搏分离及胎儿心率计算模块用于将母体脉搏和胎儿脉搏进行分离，得到胎儿频谱并计算出胎儿心率，具体过程为：母体脉搏信号的傅里叶展开项的频谱频率应为母体脉搏频率的整数倍，母体脉搏频率为幅度最大频谱线的频率，从合成频谱数据中将母体脉搏频率整数倍的频谱线去掉，剩下频谱为胎儿脉搏信号的频谱F1(X)，F1(X)中幅度最大频谱线的频率f1’与第1个胎儿的脉搏频率线性相关，胎儿心率：
f1＝f1’×C
C为常数，初值为1，可通过试验验证后进行修正，当有第2个胎儿时：从F1(X)中去掉f1’整数倍频率的频谱线，获得胎儿频谱F2(X)，F2(X)中幅度最大频谱线的频率f2’与第2个胎儿的脉搏频率线性相关，胎儿心率：
f2＝f2’×C
当有第n个胎儿时，按照上述过程依次类推以获得胎儿心率fn。
优选地，所述脉搏分离及胎儿心率计算模块用于将母体脉搏和胎儿脉搏进行分离，得到胎儿频谱并计算出胎儿心率，具体过程为：将变换后数字信号进行傅里叶变换，得到包含周期、脉宽、幅度信息的母体和胎儿合成信号的频谱数据，假设母体脉搏脉冲序列信号周期为T1、脉宽为Ta、幅度为A；胎儿1的脉搏脉冲序列信号周期为T2、脉宽为Tb、幅度为B；胎儿2的脉搏脉冲序列信号周期为T3、脉宽为Tc、幅度为C，母体和胎儿脉搏脉冲信号分别表示为：
母体：
胎儿1：
胎儿2：
其中：
幅度为1矩形脉冲信号，k表示脉冲的序号；
对x1(t)、x2(t)、x3(t)求傅里叶变换，分别得到X1(f)、X2(f)、X3(f)，如下所示：
母体：
胎儿1：
胎儿2：
由于母体和胎儿数字信号傅里叶变换后频谱信号的周期、脉宽、幅度不同，因此，通过合成信号的频谱数据读出幅度较大的即为母体信号，该信号两个零点之间间隔2/Ta，峰峰值之间间隔为1/T1，即为母体的脉搏频率；幅度较小的信号即为胎儿信号，胎儿1和胎儿2信号的脉宽不同，根据频谱信号两个零点之间间隔进行区分，胎儿1为2/Tb，胎儿2为2/Tc，脉宽为2/Tb的胎儿信号峰峰值之间间隔为1/T2，即为胎儿1的脉搏频率，脉宽为2/Tc的胎儿信号峰峰值之间间隔为1/T3，即为胎儿2的脉搏频率，若有其他胎儿脉搏频率获取以此类推。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明通过采用传感器或带有闪光灯和摄像头的移动设备终端获取母体的脉搏信号对胎儿的胎心进行检测，无需涂抹耦合剂，操作简单方便。2、本发明将带有传感器的指环、绑带、夹子、腕带或移动设备终端的闪光灯和摄像头中的一种与母体的手指、耳垂或手腕进行接触即可进行胎心检测，操作快捷，并实现了随时随地，快捷高效的胎心检测。3、本发明无需在母体腹部查找胎儿位置，对使用者要求低，胎心检测用时短，使得普通人员能够随时随地实时进行胎心检测。4、本发明通过母体的肢体末梢进行胎心检测，不对胎儿产生任何形式的辐射伤害。本发明可以广泛应用于胎儿的胎心检测中。
附图说明
图1是本发明的第一实施例的胎心检测设备结构示意图；
图2是本发明的第二实施例的胎心检测设备结构示意图；
图3是本发明的第三实施例的胎心检测设备结构示意图；其中，图1～图3的虚线框均表示承载装置；
图4是本发明的第四实施例的胎心检测设备结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图来对本发明进行详细的描绘。然而应当理解，附图的提供仅为了更好地理解本发明，它们不应该理解成对本发明的限制。
如图1所示，本发明提供的胎心检测设备，包括传感器1、低通滤波器2、A/D转换器3、信号处理器4、显示和/或预警模块5、供电模块6和承载装置7。
本发明将传感器1通过承载装置7与母体的手指、耳垂或手腕进行接触，用于获取母体的脉搏信号，本发明认为胎儿处于母体内，其胎心脉动必然会造成母体的血管存在相同规律的脉动信息，因此从母体获得的脉搏信号不仅携带母体的脉搏信息同时携带胎儿的脉搏信息，本发明将其称之为合成脉搏信号，此合成脉搏信号包括母体脉搏信号和胎儿脉搏信号。
低通滤波器2用于对合成脉搏信号进行滤波处理。
A/D转换器3用于将合成脉搏信号进行A/D转换得到合成脉搏数字信号。
信号处理器4用于对合成脉搏数字信号进行分离处理获得胎儿心率数据。
显示和/或预警装置5用于对获取的胎儿心率数据进行显示和/或预警。
供电模块6用于为胎心检测设备的各器件进行供电。
在一个优选的实施例中，传感器1可以采用光电容积脉搏传感器，光电容积脉搏传感器包括光源和光电变换器两部分组成，其工作原理为：光源发射光束透过人体外周血管，由于动脉搏动充血容积变化导致光束的透光率改变，此时由光电变换器接收经人体组织反射的光线，光电转变为电信号并将其放大、输出。由于人体脉搏是随心脏搏动而周期变化信号，动脉血管容积也周期变化，因此光电变换后电信号的变化周期为人体脉搏率，光电容积脉搏传感器是利用人体组织在血管搏动时造成光束透光率不同进行脉搏测量获得。典型的光电容积脉搏传感器为可见光脉搏传感器PulseSensor(光电反射式模拟传感器)以及红外脉搏传感器HKG-07系列红外脉搏传感器。传感器1还可以采用压电式脉搏传感器，其工作原理为：压电式脉搏传感器采用压电复合材料作为换能元件，信号通过特殊的匹配层传递到换能元件上变成电荷量，再经压电式脉搏传感器内部放大电路转换成电压信号输出，典型的压电式脉搏传感器有SC0073压电脉搏传感器。
在一个优选的实施例中，承载装置7可以为指环、夹子、腕带或绑带等各种方便与母体进行接触的器件，在此不做限制，可以根据实际应用进行选择。
在一个优选的实施例中，信号处理器4包括FFT(快速傅里叶变换)模块、脉搏分离及胎儿心率计算模块和统计模块。FFT模块用于将得到合成脉搏数字信号进行快速傅里叶变换，得到包含母体脉搏频率和胎儿脉搏频率的合成频谱数据。脉搏分离及胎儿心率计算模块用于将母体脉搏和胎儿脉搏进行分离，得到胎儿频谱并计算出胎儿心率。统计模块用于对胎儿心率进行记录和统计，当得到的胎儿心率与预设值进行比较超过正常范围表明胎儿可能存在危险，发送信号到显示和/或预警装置进行预警提示。
在一个优选实施例中，脉搏分离及胎儿心率计算模块用于将母体脉搏和胎儿脉搏进行分离，得到胎儿频谱并计算出胎儿心率，具体计算方法包括以下三种：
方法一：在合成频谱数据中，由于母体脉搏幅度强，因此可以从频谱数据中找到幅度最大频谱线的频率，此频率即为母体脉搏，由于母体脉搏是一个周期性的脉冲信号，母体脉搏信号的傅里叶展开项的频谱频率应为母体脉搏频率的整数倍，因此可以从合成频谱数据中将母体脉搏频率整数倍的频谱线去掉，剩下频谱为胎儿脉搏信号的频谱，其中谱线频率为胎儿的脉搏频率或其整数倍，将所有谱线频率构成一个数组F(X)：
F(X)＝(f1’，f2’，f3’，…fn’，…nf1’，nf2’，nf3’，…nfn’)
因胎儿的个数不同，脉搏频率可能存在多个基频f1’，f2’，f3’，…fn’，每个基频与一个胎儿的脉搏频率线性相关，即第n个频率fn’与第n个胎儿的脉搏频率线性相关，胎儿的心率为fn，则：
fn＝fn’×C
C为常数，初值为1，可通过试验验证后进行修正。
方法二：将合成频谱数据中，由于母体脉搏幅度强，因此可以从频谱数据中找到幅度最大频谱线的频率，此频率即为母体脉搏，由于母体脉搏是一个周期性的脉冲信号，母体脉搏信号的傅里叶展开项的频谱频率应为母体脉搏频率的整数倍，因此可以从合成频谱数据中将母体脉搏频率整数倍的频谱线去掉，剩下频谱为胎儿脉搏信号的频谱F1(X)，F1(X)中幅度最大频谱线的频率f1’与第1个胎儿的脉搏频率线性相关，胎儿心率：
f1＝f1’×C
C为常数，初值为1，可通过试验验证后进行修正。当有第2个胎儿时：从F1(X)中去掉f1’整数倍频率的频谱线，获得胎儿频谱F2(X)，F2(X)中幅度最大频谱线的频率f2’与第2个胎儿的脉搏频率线性相关，胎儿心率：
f2＝f2’×C
当有第n个胎儿时，按照上述过程依次类推以获得胎儿心率fn。
方法三：将变换后数字信号进行傅里叶变换，可得到包含周期、脉宽、幅度信息的母体和胎儿合成信号的频谱数据。
假设母体脉搏脉冲序列信号周期为T1、脉宽为Ta、幅度为A；胎儿1脉搏脉冲序列信号周期为T2、脉宽为Tb、幅度为B；胎儿2脉搏脉冲序列信号周期为T3、脉宽为Tc、幅度为C。母体和胎儿脉搏脉冲信号分别表示为：
母体:
胎儿1：
胎儿2：
其中：Π(t)为
幅度为1矩形脉冲信号，k表示脉冲的序号。
对x1(t)、x2(t)、x3(t)求傅里叶变换，分别得到X1(f)、X2(f)、X3(f)，如下所示：
母体:
胎儿1：
胎儿2：
由于母体和胎儿数字信号傅里叶变换后频谱信号的周期、脉宽、幅度不同，因此，通过合成信号的频谱数据可读出幅度较大的即为母体信号，该信号两个零点之间间隔2/Ta，峰峰值之间间隔为1/T1，即为母体的脉搏频率。幅度较小的信号即为胎儿信号，胎儿1和胎儿2信号的脉宽不同，可根据频谱信号两个零点之间间隔进行区分。胎儿1为2/Tb，胎儿2为2/Tc，脉宽为2/Tb的胎儿信号峰峰值之间间隔为1/T2，即为胎儿1的脉搏频率，脉宽为2/Tc的胎儿信号峰峰值之间间隔为1/T3，即为胎儿2的脉搏频率，若有其他胎儿脉搏频率获取以此类推。
在一个优选的实施例中，显示和/或预警装置5可以固定设置在承载装置7上，显示和/或预警装置5可以为微型液晶屏或者数码管等能够进行显示和/或预警的设备。
在一个优选的实施例中，如图2所示，显示和/或预警装置5还可以是一外部终端8，外部终端8用于接收胎儿心率信号，并对胎儿心率信号进行显示和/或预警。外部终端8可以采用计算机或其他网络终端及移动设备终端等，外部终端8通过一传输模块9连接信号处理器获取胎儿心率信号，其中，传输模块9可以为无线传输模块，例如蓝牙等，传输模块9还可以采用有线网络模块。
在一个优选的实施例中，如图3所示，信号处理器4与显示和/或预警装置5都可以通过一外部终端8进行实现，外部终端8用于接收A/D转换器3输出从母体获取的合成脉搏信号，将母体脉搏信号和胎儿脉搏信号进行分离到胎儿心率，并对胎儿心率信号进行显示和/或预警。外部终端8可以采用移动设备终端、计算机或其他网络终端等，外部终端8通过一传输模块9连接A/D转换器3获取合成脉搏信号，其中，传输模块9可以为无线传输模块，例如蓝牙等，传输模块9还可以采用有线网络模块。
在一个优选的实施例中，如图4所示，本发明的传感器1还可以替换为带有闪光灯和摄像头的移动设备终端，例如移动电话、PDA等，带有闪光灯和摄像头的移动设备终端原理上可以构成一种光电容积脉搏传感器，闪光灯可以等效为光电容积脉搏传感器的光源，摄像头可以等效为光电容积脉搏传感器的光电变换器，摄像头通过摄取人体组织反射的光线图像从而得到母体脉搏信号，并通过摄像头自带或其它的图像处理系统进行滤波和/或A/D转换，信号处理器4可以直接采用移动设备终端的处理器进行数据处理，移动设备终端的处理器通过对摄像头摄取的数据采用本发明将母体脉搏信号和胎儿脉搏信号进行分离方法进行处理得到胎儿心率，显示和/或预警装置5可以为移动设备终端的显示屏，即本发明可以采用现有的移动设备终端就能够快速高效地从获取的母体脉搏信号中分离出胎儿心率。
上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。
Claims (10)
1.一种胎心检测设备，其特征在于，该检测设备包括：
一用于从母体获取合成脉搏信号的信号获取装置，其中，合成脉搏信号包括母体脉搏信号和胎儿脉搏信号的一个混合信号；
一用于对合成脉搏信号进行分离，提取胎儿合成频谱信号，并获得胎儿心率数据的信号处理器，所述信号处理器的处理过程为：
将合成脉搏信号进行频域变换，获得合成脉搏频谱信号；
根据合成脉搏频谱信号中母体脉搏频谱信号和胎儿脉搏频谱信号，提取胎儿合成频谱信号，通过胎儿合成频谱信号逐一解算得到一个以上的胎儿心率，具体实现方式为：
基于幅度最大的频谱为母体脉搏，从合成脉搏频谱信号中将母体脉搏频率整数倍的频谱去掉，剩下频谱为胎儿合成频谱信号；或者，
基于母体脉搏幅度强于胎儿脉搏幅度的特征，从合成频谱信号中找到幅度最大频谱的频率为母体脉搏，从合成频谱信号中将母体脉搏的频谱去掉，剩下频谱为胎儿合成频谱信号；或者，
合成脉搏频谱信号是包含周期、脉宽、幅度信息的母体和胎儿合成频谱数据，基于母体和胎儿数字信号频域变换后频谱信号的周期、脉宽和幅度的不同，通过合成信号的频谱数据读出幅度较大的为母体信号，幅度较小的信号为胎儿信号；
一用于对获取的胎儿心率数据进行显示和/或预警的显示和/或预警装置；
一用于对所述胎心检测设备的各器件进行供电的供电模块。
2.如权利要求1所述的一种胎心检测设备，其特征在于，所述信号获取装置采用传感器或带有闪光灯和摄像头的移动设备终端。
3.如权利要求2所述的一种胎心检测设备，其特征在于，所述传感器通过一承载装置与母体进行接触，所述承载装置为指环、夹子、腕带或绑带。
4.如权利要求2或3所述的一种胎心检测设备，其特征在于，所述传感器采用光电容积脉搏传感器或压电式脉搏传感器。
5.如权利要求1所述的一种胎心检测设备，其特征在于，该检测设备还包括一用于对合成脉搏信号进行滤波处理的滤波装置。
6.如权利要求1或5所述的一种胎心检测设备，其特征在于，该检测设备还包括一用于将合成脉搏信号进行A/D转换得到合成脉搏数字信号的A/D转换器。
7.如权利要求1～3、5任一项所述的一种胎心检测设备，其特征在于，所述信号处理器包括FFT模块、脉搏分离及胎儿心率计算模块和统计模块；
所述FFT模块用于将得到合成脉搏数字信号进行快速傅里叶变换，得到包含母体脉搏频率和胎儿脉搏频率的合成频谱数据；
所述脉搏分离及胎儿心率计算模块用于将母体脉搏和胎儿脉搏进行分离，得到胎儿频谱并计算出胎儿心率；
所述统计模块用于对胎儿心率进行记录和统计，当得到的胎儿心率与预设值进行比较超过正常范围表明胎儿可能存在危险发送信号到所述显示和/或预警装置进行显示和/或预警。
8.如权利要求7所述的一种胎心检测设备，其特征在于，所述脉搏分离及胎儿心率计算模块用于将母体脉搏和胎儿脉搏进行分离，得到胎儿频谱并计算出胎儿心率，具体过程为：
从合成频谱数据中将母体脉搏频率整数倍的频谱线去掉，剩下频谱为胎儿脉搏信号的频谱，其中谱线频率为胎儿的脉搏频率或其整数倍，将所有谱线频率构成一个数组F(X)：
F(X)=( f1 ’ ，f2 ’ ，f3 ’ ，…fn ’ ，…nf1 ’ ，nf2 ’ ，nf3 ’ ，…nfn ’)
因胎儿的个数不同，脉搏频率可能存在多个基频f1 ’ ，f2 ’ ，f3 ’ ，…fn ’，每个基频与一个胎儿的脉搏频率线性相关，即第n个频率fn ’与第n个胎儿的脉搏频率线性相关，胎儿的心率为fn，则：
fn＝fn ’×C
C为常数，初值为1，可通过试验验证后进行修正。
9.如权利要求7所述的一种胎心检测设备，其特征在于，所述脉搏分离及胎儿心率计算模块用于将母体脉搏和胎儿脉搏进行分离，得到胎儿频谱并计算出胎儿心率，具体过程为：
母体脉搏信号的傅里叶展开项的频谱频率应为母体脉搏频率的整数倍，从合成频谱数据中将母体脉搏频率整数倍的频谱线去掉，剩下频谱为胎儿脉搏信号的频谱F1(X)，F1(X)中幅度最大频谱线的频率f1 ’ 与第1个胎儿的脉搏频率线性相关，胎儿心率：
f1＝f1 ’×C
当有第2个胎儿时：从F1(X)中去掉f1 ’整数倍频率的频谱线，获得胎儿频谱F2(X)，F2(X)中幅度最大频谱线的频率f2 ’ 与第2个胎儿的脉搏频率线性相关，胎儿心率：
f2＝f2 ’×C
当有第n个胎儿时，按照上述过程依次类推以获得胎儿心率fn。
10.如权利要求7所述的一种胎心检测设备，其特征在于，所述脉搏分离及胎儿心率计算模块用于将母体脉搏和胎儿脉搏进行分离，得到胎儿频谱并计算出胎儿心率，具体过程为：
将变换后数字信号进行傅里叶变换，得到包含周期、脉宽、幅度信息的母体和胎儿合成信号的频谱数据，假设母体脉搏脉冲序列信号周期为T1、脉宽为Ta、幅度为A；胎儿1的脉搏脉冲序列信号周期为T2、脉宽为Tb、幅度为B；胎儿2的脉搏脉冲序列信号周期为T3、脉宽为Tc、幅度为C，母体和胎儿脉搏脉冲信号分别表示为：
母体：
胎儿1：
胎儿2：
其中：
为
幅度为1矩形脉冲信号，k表示脉冲的序号；
对
、
、
求傅里叶变换，分别得到
、
、
，如下所示：
母体： 
胎儿1：
胎儿2：
由于母体和胎儿数字信号傅里叶变换后频谱信号的周期、脉宽、幅度不同，因此，通过合成信号的频谱数据读出幅度较大的即为母体信号，该信号两个零点之间间隔2/Ta，峰峰值之间间隔为1/T1，即为母体的脉搏频率；幅度较小的信号即为胎儿信号，胎儿1和胎儿2信号的脉宽不同，根据频谱信号两个零点之间间隔进行区分，胎儿1为2/Tb，胎儿2为2/Tc，脉宽为2/Tb的胎儿信号峰峰值之间间隔为1/T2，即为胎儿1的脉搏频率，脉宽为2/Tc的胎儿信号峰峰值之间间隔为1/T3，即为胎儿2的脉搏频率，若有其他胎儿脉搏频率获取以此类推。
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