CN109157244A - 一种基于机器学习和物联网的智能胎心监护系统 - Google Patents

Abstract

一种基于机器学习和物联网的智能胎心监护系统，包括监护设备终端、服务端和客户端，服务端分别与监护设备终端和客户端连接；监护设备终端中包括分别与第一中央处理模块连接的模数转化模块、电源模块、第一通信模块、认证鉴权模块一、用户接口显示交互模块；拾音模块通过音电转化模块与模数转化模块连接；服务端包括分别与第二中央处理模块连接的第二通信模块、机器学习模块、数模转换模块、数据库、比对模块、认证鉴权模块二和统计分析模块连接；数模转换模块、通过声音预处理模块与识别模块连接，识别模块和数据库均与比对模块连接。该系统能随身佩戴，实时监测，其监测过程便利，监测结果准确性高，制造成本较低，另外，其安全性和智能性较高。

Description

一种基于机器学习和物联网的智能胎心监护系统

技术领域

本发明涉及胎心监护技术领域，具体是一种基于机器学习和物联网的智能胎心监护系统。

背景技术

胎儿心率是胎儿健康的重要指标，胎心监护是通过胎心监测的方式，来诊断胎儿能量储备能力和胎儿健康的状况，同时也可以诊断胎儿心脏功能，还可以诊断胎儿中枢神经系统功能。目前的胎心监测方法主要采用超声波对胎儿在宫内的情况进行监测，是目前评估胎儿宫内的状况的主要检测手段。现有技术中，孕妇需要定期到医院长时间的排队、挂号、候诊、交费、咨询、检查，耗时耗力，对孕妇和胎儿的健康较为不利。为了解决上述存在的问题，现有技术中出现了两大类解决方案，一种是便携式胎心监护终端，另一种是远程医疗系统：

1)便携式胎心监护终端

便携式胎心监护终端有几种，一种是胎心监护仪配置各种探头，主要是多普勒胎心探头，宫锁压力探头等，这种终端需要在安静的环境下或者需要专业的医护技能才能找到胎心位置，准确率和便利性都不足。并且容易对医护资源造成不必要的占用。还有一种是智能设备比如智能手机之类，利用设备上自带的麦克风等输入设备采集胎心音，由于胎心监护软件受设备本身硬件的限制，软件获得的胎儿监护数据也是不够准确的，极易受到来自外界的噪声干扰；数据的准确性和软件本身算法的非专业性，可能导致软件显示结果的出现偏差，对孕妇判断胎儿情况造成误判，并且此类设备普遍价格高昂。

2)远程医疗系统

普通的远程医疗系统使用都比较复杂，通常需要医生在线值守，使用十分的不便，不能及时对胎心进行远程监护，需要病人或者医生主动发起才建立远程对话，由于病人的医学知识的缺乏，经常出现对医护资源的过度占用，使医护资源不堪重负，或者错失正确的医疗介入时机。

综上所述，传统的胎心监测方案存在以下不足：

1)由于需要连接有线的电源，便携性不足。

2)实时性不足，定期进行胎心监测，不能随时随地的24小时监控，容易错失医疗介入时机。

3)便利性不足，需要专业人员手动定位胎心，每次使用需要超声设备耦合剂。监测环境要求高，孕妇需要在静态的环境下接受监测。

4)普及性不足，设备成本普遍较高，非孕期闲置。

5)安全性不足，主动式的超声是否会对胎儿产生影响；现有的远程胎心监护系统没有强化用户和设备鉴权认证。

6)智能性不足，需要医护人员和孕妇长期值守，关注。由于病人的医疗知识不足，容易造成本来就紧张的医护资源的浪费，不能智能配置医疗资源。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种基于机器学习和物联网的智能胎心监护系统，该系统能够使孕妇方便地随身佩戴，能便于实现24小时实时监测胎心数据，其监测过程便利，监测结果准确性高，同时，其制造成本较低，便于推广，另外，其安全性和智能性较高，监测过程不会对胎儿产生影响。

为了实现上述目的，本发明提供一种基于机器学习和物联网的智能胎心监护系统，包括监护设备终端、服务端和客户端，所述服务端分别与监护设备终端和客户端连接；

所述监护设备终端中包括拾音模块、音电转化模块、模数转化模块、电源模块、第一通信模块、认证鉴权模块一、用户接口显示交互模块和第一中央处理器；所述服务端包括机器学习模块、第二通信模块、数模转换模块、声音预处理模块、识别模块、比对模块、数据库、认证鉴权模块二、统计分析模块和第二中央处理器模块；所述第一通信模块和第二通信模块均为无线传输通信模块；

所述拾音模块用于对声音数据的采集，并将其发送给音电转化模块；

所述音电转化模块用于将所接收的声音数据转换成模拟电信号，并将转换后的模拟电信号发送给模数转化模块；

所述模数转化模块用于将模拟电信号转换为数字电信号，并发送给第一中央处理器；

所述电源模块用于对第一中央处理器进行供电；

所述第一通信模块用于将第一中央处理器发出的数据向外部发出，并将由外部接收的数据传送给第一中央处理器；

所述认证鉴权模块一内部包含有设备唯一识别码，用于实现与服务器连接时的鉴权和认证；

所述用户接口显示交互模块用于显示第一中央处理器处理后的数据，并用于向用户提供数据交互的接口；

所述第一中央处理器用于对所接收的数据进行处理，并将处理后的数据通过第一通信模块向外部发出；

所述机器学习模块用于从所预制的胎心样本中学习胎心特征和对应胎心特征的胎心监测结果，并将其通过第二中央处理模块存储到数据库中；

所述第二通信模块用于与第一通信模块和客户端建立通信连接，用于将接收的数据传送给第二中央处理器、将第二中央处理器发出的数据向外部发出；

所述第二中央处理器用于将来自监护设备终端的数据发送给数模转换模块，用于在接收到比对结果后对比正常胎心监测结果对监测到的统计结果进行评估并且给出参考性评估结果；

所述数模转换模块用于将来自监控设备终端发出的数字信号转换为模拟信号，并发送给声音预处理模块；

所述声音预处理模块用于将模拟信号转换为声音，并在过滤掉环境噪音和宫内音后发送给识别模块；

所述识别模块用于从接收的声音数据中识别出胎心音，并将识别出的胎心音输送给比对模块；

所述比对模块用于将所接收的胎心音与数据库中存储的胎心特征进行比对，并将比对结果发送给第二中央处理模块；

所述数据库用于存储数据；所述数据库用于存储胎心音数据、胎心音特征数据、正常胎心监测结果数据、分析结果数据、日志数据、用户数据和设备数据；

所述认证鉴权模块二内部包含有设备唯一识别码，用于实现与服务器、客户端连接时的鉴权和认证；

所述统计分析模块用于胎心音对检测结果的收集、对检测结果进行对比，并将分析结果输出给第二中央处理模块；

所述客户端用于对使用用户进行鉴权和认证，用于与服务端进行数据的交互，用于给终端用户展示胎心监测数据和呈现参考性评估分析结果。

该系统中的监护设备终端带有电源模块，能够使孕妇方便地随身佩戴，且能在对环境没有限制的情况下24小时实时监测胎心数据，该系统中的服务端对预制胎心音样本进行机器学习，并做出识别，把数据存储进数据库，其中监护设备终端能通过物联网无线的方式连接把采集数据实时发送到服务端，服务端在收到采集数据后能自动地与数据库中存储的胎心音样本进行匹配，匹配后会向客户端发出与正常胎心监测结果相对比的结果，并对监测到的统计结果进行评估，同时给出参考性评估结果；客户端能根据设定的阈值自动地进行健康情况判断。该系统能实现可穿戴智能的精准胎心监测体验。

进一步，所述客户端包括用户鉴权认证模块、与服务端交互模块和结果展示模块，所述用户鉴权认证模块用于对使用用户身份的鉴权和认证；所述与服务端交互模块用于与服务端之间数据的交互；所述结果展示模块用于展示胎心监测数据和呈现参考性评估分析结果。医生和孕妇等授权用户可以通过客户端便捷地连接服务端以查看相关数据。

进一步，所述监护设备终端还包括与第一中央处理器连接的第一存储模块，第一存储模块用于存储数据。

进一步，所述服务端还包括与第二中央处理器连接的第二存储模块，第二存储模块用于存储数据。

进一步，所述拾音模块包括至少两个麦克风。

进一步，所述服务端还包括设备管理模块，设备管理模块用于提供用户控制监控设备终端或服务器的交互接口。

进一步，所述客户端是手机、电脑或智能手表中的一种，且通过有线或无线的方式接入互联网，所述客户端用于供用户打开网页或者应用软件以通过鉴权和认证方式接入服务端。

进一步，所述电源模块为锂电池组。

进一步，对应胎心特征的胎心监测结果由专业医生比对相应胎心特征给出。

附图说明

图1是本发明的原理框图；

图2是本发明中的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1和图2所示，一种基于机器学习和物联网的智能胎心监护系统，包括监护设备终端、服务端和客户端，所述服务端分别与监护设备终端和客户端连接；

所述监护设备终端中包括拾音模块、音电转化模块、模数转化模块、电源模块、第一通信模块、认证鉴权模块一、用户接口显示交互模块和第一中央处理器；其中，拾音模块依次通过音电转化模块、模数转化模块与第一中央处理器连接，第一中央处理器还分别与电源模块、认证鉴权模块一、第一通信模块、用户接口显示交互模块连接；

所述服务端包括机器学习模块、第二通信模块、数模转换模块、声音预处理模块、识别模块、比对模块、数据库、认证鉴权模块二、统计分析模块和第二中央处理器模块；服务端可以采用蓄电池组进行供电，也可以采用市电进行供电。其中第二中央处理器模块分别与第二通信模块、机器学习模块、数模转换模块、数据库、比对模块、认证鉴权模块二和统计分析模块连接，数模转换模块、通过声音预处理模块与识别模块连接，识别模块和数据库均与比对模块连接；

所述拾音模块用于对声音数据的采集，并将其发送给音电转化模块；

所述音电转化模块用于将所接收的声音数据转换成模拟电信号，并将转换后的模拟电信号发送给模数转化模块；

所述模数转化模块用于将模拟电信号转换为数字电信号，并发送给第一中央处理器；

所述电源模块用于对第一中央处理器进行供电；

所述第一通信模块用于将第一中央处理器发出的数据向外部发出，并将由外部接收的数据传送给第一中央处理器；

所述认证鉴权模块一内部包含有设备唯一识别码，用于实现与服务器连接时的鉴权和认证；作为优选，认证鉴权模块一的外部可以包覆有防水天然橡胶套。

所述用户接口显示交互模块用于显示第一中央处理器处理后的数据，并用于向用户提供数据交互的接口；

所述第一中央处理器用于对所接收的数据进行处理，并将处理后的数据通过第一通信模块向外部发出；

所述机器学习模块用于从所预制的胎心样本中学习胎心特征和对应胎心特征的胎心监测结果，并将其通过第二中央处理模块存储到数据库中；

所述第二通信模块用于与第一通信模块和客户端建立通信连接，用于将接收的数据传送给第二中央处理器、将第二中央处理器发出的数据向外部发出；

所述第二中央处理器用于将来自监护设备终端的数据发送给数模转换模块，用于在接收到比对结果后对比正常胎心监测结果对监测到的统计结果进行评估并且给出参考性评估结果；同时，第二中央处理器还将比对模块的比对结果发送给统计分析模块；其中参考性评估结果通过第二通信模块发送给客户端供用户查看。

所述数模转换模块用于将来自监控设备终端发出的数字信号转换为模拟信号，并发送给声音预处理模块；

所述声音预处理模块用于将模拟信号转换为声音，并在过滤掉环境噪音和宫内音后发送给识别模块；

所述识别模块用于从接收的声音数据中识别出胎心音，并将识别出的胎心音输送给比对模块；

所述比对模块用于将所接收的胎心音与数据库中存储的胎心特征进行比对，并将比对结果发送给第二中央处理模块；

所述数据库用于存储数据；所述数据库用于存储胎心音数据、胎心音特征数据、正常胎心监测结果数据、分析结果数据、日志数据、用户数据和设备数据；

所述认证鉴权模块二内部包含有设备唯一识别码，用于实现与服务器、客户端连接时的鉴权和认证；同时，还可以对各监控设备终端进行统一的标识和鉴权管理；作为优选，认证鉴权模块二的外部可以包覆有防水天然橡胶套。

所述统计分析模块用于胎心音对检测结果的收集、对检测结果进行对比，并将分析结果输出给第二中央处理模块；

所述客户端用于对使用用户进行鉴权和认证，用于与服务端进行数据的交互，用于给终端用户展示胎心监测数据和呈现参考性评估分析结果，用于供授权用户便捷地连接服务端查看相关数据。

所述客户端包括用户鉴权认证模块、与服务端交互模块和结果展示模块，所述用户鉴权认证模块用于对使用用户身份的鉴权和认证；所述与服务端交互模块用于与服务端之间数据的交互；所述结果展示模块用于展示胎心监测数据和呈现参考性评估分析结果。

所述监护设备终端还包括与第一中央处理器连接的第一存储模块，第一存储模块用于存储数据。

作为优选，服务端可以架设在云平台上。所述服务端还包括与第二中央处理器连接的第二存储模块，第二存储模块用于存储数据。

所述拾音模块包括至少两个麦克风。

所述第一通信模块和第二通信模块均为无线传输通信模块，且均可以与互联网连接。作为优选，第一通信模块和第二通信模块均可以为物联网(IOT)通信模块；

所述服务端还包括设备管理模块，设备管理模块用于提供用户控制监控设备终端或服务器的交互接口。

所述客户端是手机、电脑或智能手表中的一种，且通过有线或无线的方式接入互联网，所述客户端用于供用户打开网页或者应用软件以通过鉴权和认证方式接入服务端，进而便于从服务端获得胎心监测数据和评估结果。客户端内设置有监测单元，监测单元根据设置好的阈值对胎心监护情况进行及时告警。客户端内还可以设置有认证和鉴权模块三，认证和鉴权模块三用于给使用的相应孕妇和医护人员进行授权，以使孕妇和医护人员及时了解胎心监护情况。客户端还可以包括指令控制单元，指令控制单元用于通过服务端给监控设备终端发送控制指令，该控制指令可以是请求或关闭数据传输的指令。

所述电源模块为锂电池组。

对应胎心特征的胎心监测结果由专业医生比对相应胎心特征给出。

监控设备终端为便捷可穿戴式，在使用过程中佩戴在孕妇的肚子上，并贴身穿戴，开启设备的电源模块后即工作，第一通信模块会自动选择物联网服务商，以通过物联网无线的方式连与服务端建立连接，并且监控设备终端上的认证自动发送标识码通过鉴权接入服务端以开启数据链路。至此服务端和监控设备终端(声音采集和发送接受设备)进行数据交互。

在云平台上部署好服务端，并上传正确的胎心音样本到服务端上，机器学习模块将胎心音样本存入数据库，并通过机器学习，得到胎心音特征。服务端对从监控设备终端得到的声音数据信号通过数模转化模块转化为模拟信号，并通过声音预处理模块对其进行过滤和规整，然后通过识别模块识别出胎心音，再利用比对模块与数据库存储的胎心音进行比对，第二中央处理模块收到比对结果后，匹配出数据库中的监测结果，并且进行评估给出参考性评估结果给客户端，客户端再对比医生为孕妇预先定制的个性化阈值判断是否给出告警。

在客户端(可以是智能手机)上可以安装有对应的胎心监测软件，打开该软件后，可以选择医生或者孕妇角色，并输入用户名和密码，通过服务端认证后进入系统，第一次需要绑定监控设备终端(声音采集和发送接受设备)唯一标识号。医生可以根据孕妇的姓名或者身份证号或者医疗号，查询相应的病人情况，可以为对应的病人设定不同的告警阈值。病人可以进入系统可以查看自己的情况。软件实时运行在系统后台，24小时值守，接受服务端发来的告警和提示。

Claims (9)

1.一种基于机器学习和物联网的智能胎心监护系统，包括监护设备终端、服务端和客户端，所述服务端分别与监护设备终端和客户端连接；

其特征在于，所述监护设备终端中包括拾音模块、音电转化模块、模数转化模块、电源模块、第一通信模块、认证鉴权模块一、用户接口显示交互模块和第一中央处理器；所述服务端包括机器学习模块、第二通信模块、数模转换模块、声音预处理模块、识别模块、比对模块、数据库、认证鉴权模块二、统计分析模块和第二中央处理器模块；所述第一通信模块和第二通信模块均为无线传输通信模块。

所述拾音模块用于对声音数据的采集，并将其发送给音电转化模块；

所述音电转化模块用于将所接收的声音数据转换成模拟电信号，并将转换后的模拟电信号发送给模数转化模块；

所述模数转化模块用于将模拟电信号转换为数字电信号，并发送给第一中央处理器；

所述电源模块用于对第一中央处理器进行供电；

所述第一通信模块用于将第一中央处理器发出的数据向外部发出，并将由外部接收的数据传送给第一中央处理器；

所述认证鉴权模块一内部包含有设备唯一识别码，用于实现与服务器连接时的鉴权和认证；

所述用户接口显示交互模块用于显示第一中央处理器处理后的数据，并用于向用户提供数据交互的接口；

所述第一中央处理器用于对所接收的数据进行处理，并将处理后的数据通过第一通信模块向外部发出；

所述机器学习模块用于从所预制的胎心样本中学习胎心特征和对应胎心特征的胎心监测结果，并将其通过第二中央处理模块存储到数据库中；

所述第二通信模块用于与第一通信模块和客户端建立通信连接，用于将接收的数据传送给第二中央处理器、将第二中央处理器发出的数据向外部发出；

所述第二中央处理器用于将来自监护设备终端的数据发送给数模转换模块，用于在接收到比对结果后对比正常胎心监测结果对监测到的统计结果进行评估并且给出参考性评估结果；

所述数模转换模块用于将来自监控设备终端发出的数字信号转换为模拟信号，并发送给声音预处理模块；

所述声音预处理模块用于将模拟信号转换为声音，并在过滤掉环境噪音和宫内音后发送给识别模块；

所述识别模块用于从接收的声音数据中识别出胎心音，并将识别出的胎心音输送给比对模块；

所述比对模块用于将所接收的胎心音与数据库中存储的胎心特征进行比对，并将比对结果发送给第二中央处理模块；

所述数据库用于存储数据；所述数据库用于存储胎心音数据、胎心音特征数据、正常胎心监测结果数据、分析结果数据、日志数据、用户数据和设备数据；

所述认证鉴权模块二内部包含有设备唯一识别码，用于实现与服务器、客户端连接时的鉴权和认证；

所述统计分析模块用于胎心音对检测结果的收集、对检测结果进行对比，并将分析结果输出给第二中央处理模块；

所述客户端用于对使用用户进行鉴权和认证，用于与服务端进行数据的交互，用于给终端用户展示胎心监测数据和呈现参考性评估分析结果。

2.根据权利要求1所述的一种基于机器学习和物联网的智能胎心监护系统，其特征在于，所述客户端包括用户鉴权认证模块、与服务端交互模块和结果展示模块，所述用户鉴权认证模块用于对使用用户身份的鉴权和认证；所述与服务端交互模块用于与服务端之间数据的交互；所述结果展示模块用于展示胎心监测数据和呈现参考性评估分析结果。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于机器学习和物联网的智能胎心监护系统，其特征在于，所述监护设备终端还包括与第一中央处理器连接的第一存储模块，第一存储模块用于存储数据。

4.根据权利要求3所述的一种基于机器学习和物联网的智能胎心监护系统，其特征在于，所述服务端还包括与第二中央处理器连接的第二存储模块，第二存储模块用于存储数据。

5.根据权利要求4所述的一种基于机器学习和物联网的智能胎心监护系统，其特征在于，所述拾音模块包括至少两个麦克风。

6.根据权利要求5所述的一种基于机器学习和物联网的智能胎心监护系统，其特征在于，所述服务端还包括设备管理模块，设备管理模块用于提供用户控制监控设备终端或服务器的交互接口。

7.根据权利要求6所述的一种基于机器学习和物联网的智能胎心监护系统，其特征在于，所述客户端是手机、电脑或智能手表中的一种，且通过有线或无线的方式接入互联网，所述客户端用于供用户打开网页或者应用软件以通过鉴权和认证方式接入服务端。

8.根据权利要求7所述的一种基于机器学习和物联网的智能胎心监护系统，其特征在于，所述电源模块为锂电池组。

9.根据权利要求8所述的一种基于机器学习和物联网的智能胎心监护系统，其特征在于，对应胎心特征的胎心监测结果由专业医生比对相应胎心特征给出。