CN206687728U - 一种便携式多普勒胎心检测装置 - Google Patents

Abstract

一种便携式多普勒胎心检测装置，包括采集电路、外围电路以及MCU；采集电路包括超声回波信号进行滤波的滤波模块、对滤波后的回波信号进行放大的放大模块以及用于采集超声回波信号的ADC采集模块；外围电路包括用于将CPLD的胎心心率的原始数据传输给MCU的SPI总线模块、SD卡存储模块、用于对锂电池供电进行管理的电源模块、通过与通信模块连接将原始数据传输到PC端的串口模块以及用于对胎心心跳进行解码的音频解码模块；实施本实用新型，能够将胎儿的瞬时心率、平均心率，探测深度，心率曲线的监护传输到PC端进行动态实时显示，对于降低胎儿死亡率，抑制先天缺陷及弱智胎儿的出生具有重要意义。

Description

一种便携式多普勒胎心检测装置

技术领域

本发明涉及超声多普勒胎心检测技术技术领域，更具体地说，涉及一种便携式多普勒胎心检测装置。

背景技术

胎心率常常被用来作为评判胎儿健康状况的一项重要指标，它是表征生命体存在与否的重要生命参数，其往往被用来反映母腹中胎儿心脏生理活动及其健康状况，一般的，正常胎儿心跳速率约为120-160次/每分钟。而当胎儿心跳速率每分钟低于99次大于180次就属于心率异常。然而母体中胎儿出现心率异常往往是因为胎儿缺氧、缺血等因素造成，一旦出现胎儿缺氧、缺血等现象常常极易导致出生先天缺陷，甚至死胎的风险。因而，为提高分挽质量、降低新生胎儿死亡率,抑制先天缺陷及弱智胎儿的出生，超声多普勒胎心仪对于围产期孕妇来说具有很重要的作用，一方面可以实时的对母腹中胎儿的健康状况进行筛查，另一方面可以结合医院医生给出的建议进行胎儿心率的长期监控，还可对母腹中不同探测深度的胎心率进行运动分析，最主要的是孕妇可自主的对其母腹中的胎儿进行不定时的检查来及时确保胎儿健康发育，从而避免母体中胎儿意外事故的发生。

现有胎心率检测装置大都采用模拟乘法器进行解调的方法进行胎心率的检测，其功能有限、不能进行探测深度的自主选择，不能对胎心率曲线进行显示，其灵敏度也不够，测量的胎心数据封闭，不能进行SD卡存储或不能通过有线或无线的方式发送给上位机PC端进行全面数据的分析。

发明内容

针对现有的胎心率检测装置大都采用模拟乘法器进行解调的方法进行胎心率的检测，其功能有限、不能进行探测深度的自主选择，不能对胎心率曲线进行显示，其灵敏度也不够，测量的胎心数据封闭，不能进行SD卡存储或不能通过有线或无线的方式发送给上位机PC端进行全面数据的分析的问题，提出一种便携式、可供家庭使用的多普勒胎心检测装置，本实用新型采用非传统模拟解调方式，通过对超声回波加窗，数字相乘，数据积分的方法获得频移信号，且可对特定组织深度进行运动检测，检测精度高，便携式，可供家庭使用，具有广阔的应用前景。

一种便携式多普勒胎心检测装置，包括用于采集超声波回波信号的采集电路、用于对胎儿心脏频率进行存储和动态显示分析的外围电路以及用于对 CPLD和外围电路进行控制以及对回波频移信号的参数进行解析的MCU；所述采集电路包括超声回波信号进行滤波的滤波模块、对滤波后的回波信号进行放大的放大模块以及用于采集超声回波信号的ADC采集模块；所述外围电路包括用于将CPLD的胎心心率的原始数据传输给MCU的SPI总线模块、SD 卡存储模块、用于对锂电池供电进行管理的电源模块、通过与通信模块连接将原始数据传输到PC端的串口模块以及用于对胎心心跳进行解码的音频解码模块。

所述外围电路还包括连接MCU与CPLD的16位I/O总线模块、开关按键模块、显示模块、与音频解码模块连接的扬声器模块和耳机接口、与电源模块连接用于对锂电池进行充电和向PC端传输数据的USB接口模块、与电源模块连接的锂电池以及与串口模块连接的通信模块。

根据本实用新型所述的一种便携式多普勒胎心检测装置，所述通信模块包括蓝牙模块以及WIFI模块。

所述胎心检测装置还包括用于激励超声波探头产生高频超声波的超声激励电路以及发射和接收高频超声波的超声波探头，所述超声激励电路包括用于控制激励模块产生激励方波信号和对回波信号数据进行运算的CPLD、用于产生激励方波信号的激励模块、用于将激励方波信号放大的驱动放大模块以及用于保障激励方波信号全部作用于超声波探头的阻抗匹配模块。

所述电源模块包括第一继电器常开点、第二继电器常开点以及第一、二、三电压变换器；锂电池通过所述第一继电器常开点闭合以及第一电压转换器向外围电路供电；锂电池通过所述第二继电器常开点闭合以及第二电压转换器向超声激励电路供电；所述锂电池通过第三电压转换器向MCU供电。

根据本实用新型所述的一种便携式多普勒胎心检测装置，在开关按键模块开启后，所述超声波探头在设定的时间检测不到回波信号，所述MCU控制第一、二继电器常开点断开，停止向外围电路和超声波激励电路供电。

根据本实用新型所述的一种便携式多普勒胎心检测装置，所述MCU通过所述开关按键模块选择超声探测深度以及画面冻结和缩放。

根据本实用新型所述的一种便携式多普勒胎心检测装置，所述MCU通过所述通信模块以及USB接口模块将原始数据传输到PC端进行动态显示。

一种便携式多普勒胎心检测装置，实施本实用新型适用于家庭使用，具有便携式，全数字，高精度的，显示模块实时显示，可无线或有线上传数据等优点；与传统或现有技术相比，本装置不仅具有上述优点，而且内含电源低功耗管理机制，应用场所广，探测深度可调，操作简单，精度高，因此特别适合于对母腹中12-24周胎儿进行心率监测，且胎儿瞬时心率、平均心率，探测深度，心率曲线的监护可通过显示模块动态实时显示，因而本实用新型专利具有广阔的应用前景和社会需求，并对提高分挽质量、降低胎儿死亡率,抑制先天缺陷及弱智胎儿的出生具有重要意义

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本实用新型一种便携式多普勒胎心检测装置实施例的模块连接示意图；

图2本实用新型一种便携式多普勒胎心检测装置中的超声激励实施例的模块连接示意图；

图3本实用新型一种便携式多普勒胎心检测装置中的采集电路电路实施例的模块连接示意图；

图4是本实用新型一种便携式多普勒胎心检测装置中的外围电路与 MCU连接实施例的模块连接示意图；

图5是本实用新型一种便携式多普勒胎心检测装置中的电源模块实施例的模块连接示意图。

具体实施方式

胎心率常常被用来作为评判胎儿健康状况的一项重要指标，它是表征生命体存在与否的重要生命参数，其往往被用来反映母腹中胎儿心脏生理活动及其健康状况。现有胎心率检测装置大都采用模拟乘法器进行解调的方法进行胎心率的检测，其功能有限、不能进行探测深度的自主选择，不能对胎心率曲线进行显示，其灵敏度也不够，测量的胎心数据封闭，不能进行SD卡存储或不能通过有线或无线的方式发送给上位机PC端进行全面数据的分析。本实用新型要解决的实际问题是：如何自主选择胎心检测仪的探测深度、对胎心率曲线进行显示、提高灵敏度以及使检测到的胎心原始数据进行SD卡存储和上传到PC 端进行分析、动态显示。

本实用新型解决问题的思路是：提出一种便携式多普勒胎心检测装置，利用多普勒频移的原理检测胎儿心率，多普勒频移是指多普勒频移效应是指声源与物体之间存在相对运动时，反射声波频率发生变化的现象。其往往被用来表征胎儿运动速率的变化，即当超声探头发射激励信号，耦合进入胎儿母体后遇到运动的胎儿心脏，并通过超声探头接收反射返回的超声回波信号，再通过计算发射和接收超声频率之差来计算多普勒频移，根据多普勒频移效应，超声探头与胎儿心脏运动方向间夹角θ及胎儿心脏运动速度v之间的关系，有：

从而有：

其中：f₁为发射的超声激励频率，f₂为回波接收频率，f_d为多普勒频移， v₀表示超声在组织中传播速度，一般选择1540m/s,通过上述公式计算出胎儿心脏运动速度，从而计算出胎儿心率值。检测装置中的超声波激励电路用于激励超声波探头产生高频超声波和接收来自胎儿心脏的反射回波，再通过计算发射和接收超声频率之差来计算多普勒频移，由公式(1)、(2)计算出胎儿心脏的运动速度，进一步得出胎儿的心率。

图1是本实用新型一种便携式多普勒胎心检测装置实施例的模块连接示意图，一种便携式多普勒胎心检测装置，包括超声激励电路10、采集电路20、外围电路30、MCU40以及超声波探头50，超声激励电路用于产生激励信号来激励微波探头产生高频超声波，高频超声波发射出去遇到运动的心脏会发送频移效应，超声波探头接收发送频移的高频超声波，采集电路用于采集超声波回波信号，回波信号经过CPLD数字滤波后的原始数据例如瞬时心率、平均心率、探测深度、心率曲线等参数通过SPI总线模块发送到MCU进行解析，解析后的数据有三个方面的用途：1、通过外围电路的显示模块显示出来；2、进行 SD卡存储；3、通过串口模块连接的通信模块传输到PC端进行动态显示和分析。本实用新型通过采集电路、MCU以及外围电路中的SPI总线模块、串口模块和通信模块改变了现有胎儿心率检测技术中的数据封闭问题，实现了胎儿心率数据的存储，动态显示和分析；本实用新型通过采用低功耗电源模块和高性能的CPLD芯片，提高了锂电池的使用寿命和检测装置检测精度，另外，本实用新型是便携式的可适用于家庭的，对于提高分挽质量、降低胎儿死亡率, 抑制先天缺陷及弱智胎儿的出生具有重要意义，如图1。

图2本实用新型一种便携式多普勒胎心检测装置中的超声激励实施例的模块连接示意图，请参考图2，超声激励电路包括用于控制激励模块产生激励方波信号的CPLD11、用于产生激励方波信号的激励模块12、用于将激励方波信号放大的驱动放大模块13以及用于保障激励方波信号全部作用于超声波探头的阻抗匹配模块14。CPLD11为高频超声激励源的控制核心以及超声数字运算处理单元，用于控制激励模块产生激励信号和对采集后的回波信号进行运算，激励信号经过驱动放大模块13的放大后传输到阻抗匹配模块14中，以确保全部的激励信号能够作用于超声波探头50，超声波探头产生高频超声波发射出去。

图3本实用新型一种便携式多普勒胎心检测装置中的采集电路电路实施例的模块连接示意图，请参考图3，采集电路20是本实用新型的创新点之一，采集电路20包括滤波模块21、放大模块22以及ADC采集模块23，微波探头接收到回波信号后经过滤波模块21滤除杂波，由于回波信号较弱，因此需要经过放大模块进行放大，然后通过ADC采集模块采集回波信号，接着发送到CPLD模块进行数字滤波。由于超声回波信号很弱，因次很难对多个干扰的无效频移信号进行区分，又由于胎心多普勒频移量一般在50-200Hz之间，因此，为提超声回波信号的信噪比，本使用新型采用滤波模块和放大模块组成的带通滤波和前置放大电路来尽可能的减小干扰信号的影响，并对滤波后微弱回波信号进行两级放大，并将放大后的回波信号送给ADC采集模块进行采集，随后送给CPLD芯片进行数字滤波，CPLD通过加窗，相乘，数据积分后即可得到多普勒频移信号，从而计算出胎心心率值。

图4是本实用新型一种便携式多普勒胎心检测装置中的外围电路与MCU 连接实施例的模块连接示意图，请参考图4，外围电路是本实用新型关键的创新点，外围电路包括16位I/O总线模块31、SPI总线模块32、SD卡存储模块 33、电源模块34、串口模块35、音频解码模块36、开关按键模块37、显示模块38、与音频解码模块36连接的扬声器模块362和耳机接口361、与电源模块34连接用于对锂电池进行充电和向PC端传输数据的USB接口模块342、与MCU连接的SD卡存储模块以及与电源模块连接的锂电池341。通过SPI 总线模块342，CPLD11将对回波信号运算出来的数据例如瞬时心率、平均心率、探测深度、心率曲线等参数发送到MCU40进行解析，MCU40解析后具有以下几个方面的作用：1、通过SD卡存储模块33将解析后的胎儿心率数据存储到SD卡中，以备可以将数据传输移动终端进行分析；2、通过USB接口模块342连接数据线到PC端，实现将数据通过有线方式传输到PC端进行动态显示和分析；3、MCU40与所述串口模块35连接，所述串口模块35与蓝牙技术或WIFI技术传输到PC端进行动态显示和分析。通过多种通信方式连接 PC端或其他智能终端，大大方便了用户对胎儿的心率数据进行分析，及时掌握胎儿的心率情况。

音频解码模块36与耳机接口模块361以及扬声器模块362连接，音频解码模块36对胎儿数据进行解码，用户可以通过连接耳机或者通过扬声器直接听取胎儿的心率情况。

MCU40通过开关按键模块37选择超声探测深度以及画面冻结和缩放，这样有助于用户对胎儿的心率数据进行分析。

电源模块34包括第一继电器常开点341a、第二继电器常开点341b以及第一、二、三电压变换器(3411,3412,3413)；锂电池通过MCU40控制第一继电常开点341a闭合、第一电压转换器3411向外围电路供电，第一电压转换器3411用于将锂电池提供的12V电压转换成3.3V供外围电路30使用；锂电池通过MCU控制第二继电常开点341b闭合、第二电压转换器3412向超声激励电路10供电，第二电压转换器用于将锂电池提供的12V电压转换成8V电压供超声激励电路10使用；锂电池通过第三电压转换器3413向MCU供电，第三电压转换器3413用于将锂电池的12V电压转换成MCU40的3.3V工作电压。在开关按键模块37开启后，超声波探头50在设定的时间(例如50S或者其它用户设定的时间)检测不到回波信号，MCU控制第一、二继电器常开点 (341a，341b)断开，停止向外围电路、超声波激励电路(30,10)供电，这样有利于降低整个电路的功耗，减少锂电池的损耗，提高锂电池的使用寿命。

一种便携式多普勒胎心检测装置，实施本实用新型适用于家庭使用，具有便携式，全数字，高精度的，显示模块实时显示，可无线或有线上传数据等优点；与传统或现有技术相比，本装置不仅具有上述优点，而且内含电源低功耗管理机制，应用场所广，探测深度可调，操作简单，精度高，因此特别适合于对母腹中12-24周胎儿进行心率监测，且胎儿瞬时心率、平均心率，探测深度，心率曲线的监护可通过显示模块动态实时显示，因而本实用新型专利具有广阔的应用前景和社会需求，并对提高分挽质量、降低胎儿死亡率,抑制先天缺陷及弱智胎儿的出生具有重要意义

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种便携式多普勒胎心检测装置，其特征在于，包括用于采集超声波回波信号的采集电路(20)、用于对胎儿心脏频率进行存储和动态显示分析的外围电路(30)以及用于对CPLD和外围电路进行控制以及对回波频移信号的参数进行解析的MCU(40)；所述采集电路(20)包括超声回波信号进行滤波的滤波模块(21)、对滤波后的回波信号进行放大的放大模块(22)以及用于采集超声回波信号的ADC采集模块(23)；所述外围电路(30)包括用于将CPLD的胎心心率的原始数据传输给MCU的SPI总线模块(32)、SD卡存储模块(33)、用于对锂电池供电进行管理的电源模块(34)、通过与通信模块连接将原始数据传输到PC端的串口模块(35)以及用于对胎心心跳进行解码的音频解码模块(36)。

2.根据权利要求1所述的一种便携式多普勒胎心检测装置，其特征在于，所述外围电路还包括连接MCU与CPLD的16位I/O总线模块(31)、开关按键模块(37)、显示模块(38)、与音频解码模块连接的扬声器模块(362)和耳机接口(361)、与电源模块连接用于对锂电池进行充电和向PC端传输数据的USB接口模块(342)、与电源模块连接的锂电池(341)以及与串口模块连接的通信模块(351)。

3.根据权利要求2所述的一种便携式多普勒胎心检测装置，其特征在于，所述通信模块包括蓝牙模块以及WIFI模块。

4.根据权利要求1所述的一种便携式多普勒胎心检测装置，其特征在于，所述胎心检测装置还包括用于激励超声波探头产生高频超声波的超声激励电路(10)以及发射和接收高频超声波的超声波探头(50)，所述超声激励电路(10)包括用于控制激励模块产生激励方波信号和对回波信号数据进行运算的CPLD(11)、用于产生激励方波信号的激励模块(12)、用于将激励方波信号放大的驱动放大模块(13)以及用于保障激励方波信号全部作用于超声波探头的阻抗匹配模块(14)。

5.根据权利要求2所述的一种便携式多普勒胎心检测装置，其特征在于，所述电源模块(34)包括第一继电器常开点(341a)、第二继电器常开点(341b)以及第一、二、三电压变换器(3411,3412,3413)；锂电池(341)通过所述第一继电器常开点(341a)闭合以及第一电压转换器(3411)向外围电路(30)供电；锂电池(341)通过所述第二继电器常开点(341b)闭合以及第二电压转换器(3412)向超声激励电路(10)供电；所述锂电池(341)通过第三电压转换器(3413)向MCU(40)供电。

6.根据权利要求5所述的一种便携式多普勒胎心检测装置，其特征在于，在开关按键模块(37)开启后，所述超声波探头(50)在设定的时间检测不到回波信号，所述MCU(40)控制第一、二继电器常开点(341a，341b)断开，停止向外围电路(30)和超声波激励电路(10)供电。

7.根据权利要求2所述的一种便携式多普勒胎心检测装置，其特征在于，所述MCU(40)通过所述开关按键模块(37)选择超声探测深度以及画面冻结和缩放。

8.根据权利要求2所述的一种便携式多普勒胎心检测装置，其特征在于，所述MCU(40)通过所述通信模块(351)以及USB接口模块(342)将原始数据传输到PC端进行动态显示。