CN111772578A - 一种基于蓝牙技术的胎动监测系统及其胎动监测方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于蓝牙技术的胎动监测系统及其胎动监测方法，属于数据处理领域。现有的市场上家用胎动监测设备仍是空白。一种基于蓝牙技术的胎动监测方法，胎动信号的数据采集；通过数据采集单元的数据采集模块采集原始胎动信号的数据，再讲数据经过单片微型计算机MCU进行处理，并由无线通讯模块进行数据传输；对采集的胎动信号数据进行滤波处理；利用BP网络采用最速下降法进行修正调整权值和阈值；BP网络中，信号从输入层经过隐含层逐层向后传播，BP网络根据误差从后向前逐层进行修正。本发明对干扰信号进行滤波处理，采用精度更高的估计算法，降低噪音干扰，实现更准确的信号监测。
Description
技术领域
本发明涉及一种胎动监测方法。
背景技术
随着生活质量的不断提高，大众对个人健康的关注意识日益加强。从最初患病怕就医，发展到医院人满为患，再到现在把健康的关注点逐渐转移到日常生活中，开始更加注重运动、健康饮食、定期体检等等，这是一个巨大的社会进步。与此同时，有两类人的健康，尤其得到个人和社会的重点关注：一类是老人，因为中国老龄化进程的加剧；另一类则是胎儿，因为这是新生命的开始。胎动监测系统可以实现实时监测孕妇的胎动变化。该系统采用加速度传感器采集孕妇腹壁上的胎动信号，由控制处理器进行数据打包处理，通过低功耗蓝牙链接模式，实现手机链接，将数据发送到手机端，实现便捷实时进行胎动、宫缩数据采集监测。在设计和制造上将严格遵循国家对医疗器械的安全技术要求和试验方法。
近些年来，随着高龄孕妇数量不断增长，二胎全面开放，胎儿健康逐渐成为一个关注热点。胎动作为重要的生理指标，对诊断胎儿健康与否具有重要意义。胎动信号本身是一种生物医学信号，相对于其他信号，生物医学信号会受到其他很多不确定因素的影响。胎动信号可能包含由母体移动或其他可能降低信号质量的人为因素引起的虚假信息，因此阻碍胎动的检测。另一个复杂因素是加速度计信号可能包含具有类似于真实胎儿活动特征的伪像。在胎动信号中，如果母体的伪动信号与真实胎动信号极其相似的话，简单的时频分布并不能有效地区分这些干扰信号。这给胎动信号的识别造成了很大的困难。目前有两种测量胎动的通用方法：被动和主动。被动的方法，如加速度计，表音和血流动力学测量胎儿在母亲腹部的振动事件。主动方法，如超声波，使用高频率的声波对胎儿的回声产生的信号显示为一系列的图像。随着MEMS技术的发展，微型电磁式感应器技术正越来越多地应用于医疗领域。低功率，灵敏和稳健的加速度传感器在医疗仪器方面得到了广泛的临床应用。从而使其成为长期监测的理想选择。该项目的目标是开发和调整先进的信号处理方法，以自动和准确地检测胎儿的运动，并定量表征这些运动。同时智能终端的越来越普及而且硬件配置也不断提高，这为医疗监护设备提供了非常强大的平台。目前很多医疗仪器都趋向于便携化、实时化。
国内外也进行了一系列的研发，甘广辉等人将低功耗蓝牙应用到家用胎动监测中，通过蓝牙组建的无线网络，将采集到的胎心率、宫缩信号、胎动等上传至手机监护端。该设计同样采用宫缩传感器，仅仅是对胎动信号做了简单的处理，识别率不够准确。韩国成均馆大学的Been Jeon等人在ACM国际会议上提出了一种智能孕妇装。该智能孕妇装内嵌由压力传感器、LED环形阵列、MCU组成的检测设备，胎儿活动的强度和持续时间由LED环形阵列来显示，胎动的数据将通过蓝牙传输到智能设备上。但这种孕妇装缺陷是不易于穿戴。Kyoko等人在《Early Human Development》上发表的文章中称：他们设计了带有新型加速度传感器的设备来采集胎动信号，并和母亲自我计数的得到的数据作比较，证明了加速度传感器可以用来做家用的胎动检测。不过这项研究主要是研究了胎动信号对母亲睡眠质量的影响，没有对胎动信号的采集和处理作深入的研究。
在近二十年里，虽然国内外的很多研究工作者在胎动识别领域做了很多研究和探索，但目前为止，实用化的家用胎动监测设备在市场上仍然是空白的。因此，在胎动识别领域仍需要进一步研究，提高胎动信号的识别精确度。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的市场上家用胎动监测设备仍是空白的问题，而提出一种基于蓝牙技术的胎动监测系统及监测方法。
一种基于蓝牙技术的胎动监测系统，其组成包括：数据采集单元、信号预处理单元、信号修正单元；数据采集单元无线连接信号预处理单元，信号预处理单元连接信号修正单元；
数据采集单元，用于对胎动信号的数据进行采集；
信号预处理单元，用于对采集的胎动信号数据进行滤波处理；
信号修正单元，用于利用BP网络采用最速下降法进行修正调整权值和阈值。
优选地，所述的数据采集单元包括数据采集模块、单片微型计算机MCU和无线通讯模块；将数据采集模块采集原始胎动信号的数据，经过单片微型计算机MCU进行处理，并由无线通讯模块进行数据传输。
一种基于蓝牙技术的胎动监测方法，所述方法通过以下步骤实现：
步骤一、胎动信号的数据采集；
通过数据采集单元的数据采集模块采集原始胎动信号的数据，再讲数据经过单片微型计算机MCU进行处理，并由无线通讯模块进行数据传输；
步骤二、对步骤一采集的胎动信号数据进行滤波处理；
步骤二一、使用FIR数字滤波器对步骤一采集的胎动信号进行预处理；
步骤二二、通过FIR数字滤波器带通滤波器滤波后，去除低频和高频的干扰信号；再选择小波去噪来对信号做进一步的预处理；
步骤三、利用BP网络采用最速下降法进行修正调整权值和阈值；
BP 网络中，信号从输入层经过隐含层逐层向后传播， BP网络根据误差从后向前逐层进行修正；
且所述的BP 网络选用典型的三层BP神经网络。
本发明的有益效果为：
1.本发明对干扰信号进行滤波处理，采用精度更高的估计算法，降低噪音干扰，实现更准确的信号监测。
2.通过神经网络学习，训练信号识别。
3.高效微型处理器和锂电池组合，快速低功耗稳定，工作功率小于10mw。
4.超大容量，简易操作手机APP和简洁的软件显示功能。
附图说明
图1为本发明涉及的一种基于蓝牙技术的胎动监测系统的结构原理图；
图2为本发明涉及的滤波处理流程图；
图3为本发明涉及的三层BP神经网络图。
具体实施方式
具体实施方式一：
本实施方式的一种基于蓝牙技术的胎动监测系统，其组成包括：数据采集单元1、信号预处理单元2、信号修正单元3；数据采集单元1无线连接信号预处理单元2，信号预处理单元2连接信号修正单元3；
数据采集单元1，用于对胎动信号的数据进行采集；
信号预处理单元2，用于对采集的胎动信号数据进行滤波处理；
信号修正单元3，用于利用BP网络采用最速下降法进行修正调整权值和阈值。
具体实施方式二：
与具体实施方式一不同的是，本实施方式的一种基于蓝牙技术的胎动监测系统，所述的数据采集单元1包括数据采集模块4、单片微型计算机MCU（图中附图标记为5）和无线通讯模块6；将数据采集模块4采集原始胎动信号的数据，经过单片微型计算机MCU（图中附图标记为5）进行处理，并由无线通讯模块6进行数据传输。
基于蓝牙技术的胎动监测系统的结构原理图如图1所示。
本发明的一种基于蓝牙技术的胎动监测系统是在医学理论指导下，融合计算机信息技术、电子工程技术、生物医学工程技术等，充分利用现代科学技术，通过产、学、研相结合，使胎动诊断具有智能化、客观化、可量化、可视化及师范化的功能，为逐步建立医学诊疗技术平台、推动医疗的现代化、国际化的发展起到极大的推动作用。胎动监测系统是一款适用于孕妇在孕期时，胎动和宫缩变化能随时通过手机端可检测的设备。该设备采用锂电池和低功耗元器件，与手机端采用BLE低功耗蓝牙连接模式，可靠性、稳定性、便携性都能使用户满意，在设计和制造商严格遵循国家对医疗器械的安全技术要求和试验方法。
本发明涉及的胎动监测系统将联合哈尔滨医大一院妇产科，根据医大一院产科多年的经验总结，一般只要胎盘功能健全，胎儿的发育正常，胎儿可以在子宫内活动自如。一般在胎儿16周时可以通过超声成像检测到胎动。在胎儿18-20周时，孕妇也可以自我感知到胎动。根据临床数据显示，一般胎动次数每小时有5次左右，但也有12小时100次的。只要胎动保持规律性都算正常。一般来说胎动次数会随着胎龄的增长而增长。但在预产期，由于胎儿的头部会贴近孕妇的骨盆处，因此胎动的活跃度会相对变弱。但在20周至35周内，如果胎动的次数明显骤减往往是胎儿重度窒息的警报。
目前在胎动信号的采集上，有超声多普勒和压力传感器两种方案，超声多普勒只能在医院中使用而且不适合长期监测，压力传感器只能测量单一维度的信号。考虑到胎动信号的多维性，根据加速计的工作原理，在采集胎动信号时，固定在孕妇腹部上的传感器会感受到胎儿活动对腹壁的冲击，从而改变自身相对的位置，产生加速度值上的变化，记录下胎儿活动。
具体实施方式三：
本实施方式的一种基于蓝牙技术的胎动监测方法，所述方法通过以下步骤实现：
步骤一、胎动信号的数据采集；
通过数据采集单元的数据采集模块采集原始胎动信号的数据，再讲数据经过单片微型计算机MCU进行处理，并由无线通讯模块进行数据传输；
在加速度传感器采集到的原始胎动信号数据中，含有大量的环境噪声，其中包括母体本身的呼吸噪声、孕妇心电信号以及胎儿心电信号等干扰噪声。经过数据采集平台简单的预处理过后，可以将由母体部分大幅度动作引起的干扰噪声过滤掉，比如咳嗽、说话等。
步骤二、对步骤一采集的胎动信号数据进行滤波处理；
步骤二一、但在胎动信号中，如果母体的伪动信号与真实胎动信号极其相似的话，这些干扰信号并不能被完全滤除。对于此类非平稳信号，分析过程可以用时频分析方法完成。数字滤波器分为两种，一种是无限长单位脉冲响应(IIR)滤波器，另外一种是有限长单位脉冲响应(FIR)滤波器。IIR滤波器一般用于语音通讯这种对相位不敏感的系统；FIR滤波器一般应用在以波形携带信息的系统，诸如信号传输、图像处理等，这些系统对线性相位要求较高在，因此本发明中使用FIR数字滤波器对步骤一采集的胎动信号进行预处理；
步骤二二、通过FIR数字滤波器带通滤波器滤波后，去除低频和高频的干扰信号；不过仅仅依靠带通滤波器对采集到的原始信号做预处理是远远不够的，依然需要对信号做进一步的处理来获取信噪比更高的信号来进行下一步的深入分析。考虑到胎动信号作为非平稳信号的这一事实，再选择小波去噪来对信号做进一步的预处理；
处理流程如图2所示；
步骤三、利用BP网络采用最速下降法进行修正调整权值和阈值；
BP 网络中，信号从输入层经过隐含层逐层向后传播，修正权值时，BP网络根据误差从后向前逐层进行修正；且所述的BP 网络选用典型的三层BP神经网络；
三层BP神经网络如图3所示。
Claims (3)
1.一种基于蓝牙技术的胎动监测系统，其特征在于：其组成包括：数据采集单元、信号预处理单元、信号修正单元；数据采集单元无线连接信号预处理单元，信号预处理单元连接信号修正单元；
数据采集单元，用于对胎动信号的数据进行采集；
信号预处理单元，用于对采集的胎动信号数据进行滤波处理；
信号修正单元，用于利用BP网络采用最速下降法进行修正调整权值和阈值。
2.根据权利要求1所述的一种基于蓝牙技术的胎动监测系统，其特征在于：所述的数据采集单元包括数据采集模块、单片微型计算机MCU和无线通讯模块；将数据采集模块采集原始胎动信号的数据，经过单片微型计算机MCU进行处理，并由无线通讯模块进行数据传输。
3.一种利用上述任意权利要求所述的监测系统进行的胎动监测方法，其特征在于：所述方法通过以下步骤实现：
步骤一、胎动信号的数据采集；
通过数据采集单元的数据采集模块采集原始胎动信号的数据，再讲数据经过单片微型计算机MCU进行处理，并由无线通讯模块进行数据传输；
步骤二、对步骤一采集的胎动信号数据进行滤波处理；
步骤二一、使用FIR数字滤波器对步骤一采集的胎动信号进行预处理；
步骤二二、通过FIR数字滤波器带通滤波器滤波后，去除低频和高频的干扰信号；再选择小波去噪来对信号做进一步的预处理；
步骤三、利用BP网络采用最速下降法进行修正调整权值和阈值；
BP 网络中，信号从输入层经过隐含层逐层向后传播， BP网络根据误差从后向前逐层进行修正；
且所述的BP 网络选用典型的三层BP神经网络。
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2020
- 2020-05-24 CN CN202010445282.1A patent/CN111772578A/zh active Pending
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| PB01 | Publication | ||
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