CN112890822B - 一种胎儿心电仿体 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种胎儿心电仿体，包括孕仿体，孕仿体内部设有胎儿心脏仿体、母体心脏仿体和信号源；相较于仅提供单一信号源的胎儿心电发生器考虑了更多可能影响胎儿心电采集的因素，且对这些因素抽象成距离、位置、尺寸、形状等可调节量，用于仿体设计。仿体采用双信号源组，更真实模拟胎儿心电的生物电产生过程及其影响因素。仿体还考虑了皮肤和皮下组织层对信号的影响，技术层面上采用了电极的合理分布和激励时序；应用层面上整个模型设置和两组互相独立的信号源，提供了更加逼真的仿真效果。

Description

一种胎儿心电仿体
技术领域
本发明涉及生物电检测领域，具体是一种胎儿心电仿体。
背景技术
胎儿心电信号(FECG)反映了胎儿心脏的电生理活动，不仅可以对胎儿心脏疾病进行监测，还可以对胎儿宫内窘迫等急症进行预警。在整个孕期特别是围产期监测中都有重要作用。
通过孕妇腹壁监测胎儿心电信号，方便、安全，但得到的电信号往往混合有孕妇心电成分(MECG)，基线漂移(BW)等噪声，不能直接使用。从孕妇腹壁混合信号中提取出清晰的胎儿心电信号，是当今胎儿监护技术研究的热点和难点问题。有许多专利和文献给出了多种方法和算法。但这些算法缺乏有效的验证方法。临床数据往往不能同时得到经腹壁的间接信号和直接测量的胎儿心电。有限的数据库提供的信号也是医生肉眼分辨得到，难以保证信号准确性。且算法仅针对有限的数据，而采样过程中的误差和噪声，是少量数据难以体现的。
为验证胎儿心电检测算法，有人提出了信号发生器方案。已有胎儿心电发生器(CN107693008A)由孕妇腹部三导联心电和单导联胎儿心电发生电路构成。通过电路模拟输出孕妇腹部心电信号和胎儿心电信号，并可调节信号频率和电压幅值。为胎儿心电检测方法验证带来了极大的方便。
胎儿心电发生器方法仅考虑了心电的电信号，忽略了作为信号源的胎儿心脏在母体内的位置会影响体表探头检测到的信号。胎儿心电经母体腹部这个容积导体传递，其信号源位置随胎儿姿态而改变，与成人心电有很大不同。成人心电信号源为胸腔内的心脏，其位置、收缩方向等相对固定，而成人体表心电图对电极的位置也有明确规定。故而各个导连对应波形的含义明确，有临床意义。不考虑位置因素，胎儿心电则很难做到成人心电的准确性。胎儿心电数据的意义也难以完全发现。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种胎儿心电仿体，为胎心检测方法设备的验证提供便利。
本发明的一种胎儿心电仿体，包括信号源和孕仿体，孕仿体内部设有胎儿心脏仿体和母体心脏仿体；
胎儿心脏仿体和母体心脏仿体均包括左心房、右心房、左心室和右心室；
胎儿心脏仿体和母体心脏仿体的左心房、右心房、左心室和右心室内各设有多个电极；
信号源分为两组，一组为用于模拟母体心电信号的母体信号源，另一组为用于模拟胎儿心电信号的胎儿信号源，两组信号源分离设置，两组信号源信号的频率、幅值和信号形状均可在一定范围内调节；
胎儿心脏仿体的左心房、右心房、左心室和右心室的电极经导线与胎儿信号源连接；
母体心脏仿体的左心房、右心房、左心室和右心室的电极经导线与母体信号源连接；
母体心脏仿体和母体心电模拟信号组的位置在孕仿体内固定，胎儿心脏仿体的位置可在子宫仿体内一定范围内调节；
孕仿体包括皮肤模拟层和设置在皮肤模拟层与胎儿心脏仿体和母体心脏仿体之间的填充体。
进一步，所述信号源提供的模拟信号由微型电脑或者单片机存储和激发。
进一步，所述皮肤模拟层使用导电热塑弹性体TPE材料模拟皮肤表面和各种中间界面，用于探头贴附。
进一步，所述填充体使用聚酯PCTG与煤油混合物，模仿人体容积导体。
本发明的有益效果是：本发明的一种胎儿心电仿体，相较于仅提供单一信号源的胎儿心电发生器考虑了更多可能影响胎儿心电采集的因素，且对这些因素抽象成距离、位置、尺寸、形状等可调节量，用于仿体设计。仿体采用双信号源组，更真实模拟胎儿心脏的生物电产生过程及其影响因素。仿体还考虑了皮肤和皮下组织层对信号的影响，技术层面上采用了电极的合理分布和激励时序；应用层面上整个模型设置两组互相独立的信号源，提供了更加逼真的仿真效果。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它相关的附图：
图1为本发明的孕仿体的结构示意图；
图2为本发明的胎儿心脏仿体和母体心脏仿体的结构示意图；
图3为本发明的信号产生过程示意图。
附图标记如下：1-孕仿体、2-母体心脏仿体、3-胎儿心脏仿体、4-母体信号源、5-胎儿信号源、6-子宫、7-导线、11-皮肤模拟层、12-填充体、21-左心房、22-右心房、23-左心室、24-右心室、25-电极。
具体实施方式
如图1-图3所示：本实施例的一种胎儿心电仿体，包括孕仿体1，孕仿体1内部设有子宫6、母体心脏仿体2和信号源，子宫6内部设有胎儿心脏仿体3；
胎儿心脏仿体3和母体心脏仿体2均包括左心房21、右心房22、左心室23和右心室24；胎儿心脏仿体3和母体心脏仿体2的左心房21、右心房22、左心室23和右心室24内各设有多个电极25；
信号源分为两组，一组为用于模拟母体心电信号的母体信号源4，另一组为用于模拟胎儿心电信号的胎儿信号源5，两组信号源分离设置，两组信号源信号的频率、幅值和信号形状均可在一定范围内调节；
胎儿心脏仿体3的左心房21、右心房22、左心室23和右心室24的电极经导线7与胎儿信号源5连接；
母体心脏仿体2的左心房21、右心房22、左心室23和右心室24的电极经导线7与母体信号源4连接；
母体心脏仿体2和母体心电模拟信号组的位置在孕仿体1内固定，胎儿心脏仿体3的位置可在一定范围内调节，信号形状设计基于前期研究采集的临床数据，大量而真实；
孕仿体1包括皮肤模拟层11和设置在皮肤模拟层11与胎儿心脏仿体3、母体心脏仿体2和信号源之间的填充体12。
信号源采用2组12通道信号源分布在仿体特定位置，按一定时序输出信号；信号可由大量真实病例解算后生成并存储于数据库，由树莓派等微型设备记录和发放；
胎儿心脏仿体3、母体心脏仿体2和信号源和皮肤模拟层11之间填充聚酯PCTG(TX1501HF)与煤油混合物，模仿人体容积导体。
孕仿体1用导电热塑弹性体TPE(Thermoplastic elastomer)材料模拟皮肤表面和各种中间界面，用于探头贴附。可用于研究腹部形状对探头位置的影响，供使用者精确设计与算法适配的探头贴附位置。
仿体形状参考不同孕期的腹围尺寸和不同身高人群心脏距腹部位置，可设计不同形状、尺寸的仿体。
为母亲和胎儿心脏分别设置信号源组，用一组信号源模拟心脏电活动的时空分布特性。在心脏仿体的四个腔室(左心房21、右心房22、左心室23、右心室24)不同位置分别内置多个电极25，按算法设计有时序先后地释放解算出的电信号。这些信号组电活动之和模拟心电在空间上有旋转的心电轴，在时间上有PQRST等波段的特性。
算法根据真实临床数据库研发，首先分离出母亲和胎儿心电，并将不同导连的心电随时间变化信号综合成三维心电矢量随时间的变化。再将该变化投影到仿体内置电极25方位上，为各个不同方位的电极25分配随时间变化的信号并输出。
孕仿体1采用导电热塑弹性体TPE(Thermoplastic elastomer)材料，兼顾形状和电特性。
本发明的一种胎儿心电仿体，相较于仅提供单一信号源的胎儿心电发生器考虑了更多可能影响胎儿心电采集的因素，且对这些因素抽象成距离、位置、尺寸、形状等可调节量，用于仿体设计。仿体采用双信号源组，更真实模拟胎儿心电的生物电产生过程及其影响因素。仿体还考虑了皮肤和皮下组织层对信号的影响，技术层面上采用了电极25的合理分布和激励时序；应用层面上整个模型设置和两组互相独立的信号源，提供了更加逼真的仿真效果。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种胎儿心电仿体，其特征在于：包括信号源和孕仿体，孕仿体内部设有胎儿心脏仿体和母体心脏仿体；
胎儿心脏仿体和母体心脏仿体均包括左心房、右心房、左心室和右心室；
胎儿心脏仿体和母体心脏仿体的左心房、右心房、左心室和右心室内各设有多个电极；
信号源分为两组，一组为用于模拟母体心电信号的母体信号源，另一组为用于模拟胎儿心电信号的胎儿信号源，两组信号源分离设置，两组信号源信号的频率、幅值和信号形状均可在一定范围内调节；
胎儿心脏仿体的左心房、右心房、左心室和右心室的电极经导线与胎儿信号源连接；
母体心脏仿体的左心房、右心房、左心室和右心室的电极经导线与母体信号源连接；
母体心脏仿体和母体心电模拟信号组的位置在孕仿体内固定，胎儿心脏仿体的位置可在子宫仿体内一定范围内调节；
孕仿体包括皮肤模拟层和设置在皮肤模拟层与胎儿心脏仿体和母体心脏仿体之间的填充体。
2.根据权利要求1所述的一种胎儿心电仿体，其特征在于：所述信号源提供的模拟信号由微型电脑或者单片机存储和激发。
3.根据权利要求1所述的一种胎儿心电仿体，其特征在于：所述皮肤模拟层使用导电热塑弹性体TPE材料模拟皮肤表面和各种中间界面，用于探头贴附。
4.根据权利要求1所述的一种胎儿心电仿体，其特征在于：所述填充体使用聚酯PCTG与煤油混合物，模仿人体容积导体。
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