專利名稱：一種胎心信號采集的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及醫(yī)用監(jiān)護(hù)領(lǐng)域，具體是胎兒監(jiān)護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種胎心信號采集的方法及裝置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)在廣泛應(yīng)用于產(chǎn)科臨床的超聲多普勒胎兒監(jiān)護(hù)儀，利用了聲音的一個的特性——多普勒原理，即是指聲音遇到運動物體反射的回聲會發(fā)生頻率偏移，偏移量與運動物體的速度成比例。設(shè)超聲換能器發(fā)射的超聲波為む,=Acosiwr/ +為)，運動物體的速度為
v(|) , -是運動物體與超聲之間的夾角，與角頻率％對應(yīng)的頻率A = 運動產(chǎn)生的多普勒頻移公式為Aj =+2Jqv￡)cos^
C
其中
力超聲波的頻率；
V 為界面的速度，I為時間；
盧為界面與超聲之間的夾角；
C為超聲波在器官內(nèi)的傳播速度；
44為多普勒效應(yīng)產(chǎn)生的頻率偏移量；
“+”表示運動物體朝向聲源運動使得頻率增加，而表示運動物體背向聲源運動使得頻率降低。普通的超聲多普勒胎兒監(jiān)護(hù)儀一般具有信號發(fā)生單元，超聲發(fā)射單元，超聲接收単元、移相単元、解調(diào)單元、増益控制單元、過零檢測單元控制計算單元等等部分，普通的超聲多普勒胎兒監(jiān)護(hù)儀工作時一般采用如下步驟
啟動裝置，由信號發(fā)生單元產(chǎn)生一定頻率/d的正弦波信號CW =為幻，其中為
為信號幅度，角頻率( = 2^0,1為時間，并通過超聲發(fā)射單元發(fā)射到孕婦腹部；
超聲接收單元再接收胎兒心臟反射回的含頻率偏移的超聲回波信號為r =為+ ，其中4為信號幅度頻率偏移量為與^)；
然后在解調(diào)單元中將回波信號Kめ與發(fā)射信號做乘法運算，由三角函數(shù)積化和差公式可得兩種頻率的信號，ー種是頻率為2倍 D附近的信號(一般為幾兆赫茲)，一種是頻
率為偏移量的信號(一般為幾百赫茲)，兩者頻率相差很大。所述三角函數(shù)積化和差公式如下Vi3 (i) = r(i)c(t) = A1 cos{mniJtg^￡))Al cos(^)
=—[cos(的))+ cos(2 叫 + 與X))]
再由低通濾波器將高頻信號co<2叫+典;f))濾除掉，得到頻率偏移信號 ￠)
Vj(￡) = ililcos(_))
由于胎兒心臟跳動對應(yīng)的心壁、瓣膜速度在一定范圍內(nèi)，控制計算單元對上述的信號經(jīng)過增益控制單元、過零檢測單元的放大、濾波能夠辨認(rèn)出由胎心反射的回聲，控制計算單元得到包絡(luò)信號，胎兒監(jiān)護(hù)儀還利用這個回聲周期，進(jìn)行分析和處理為醫(yī)生提供中間處理參考數(shù)據(jù)。一次心跳是由心壁和瓣膜活動時產(chǎn)生的一系列運動組成的，監(jiān)護(hù)儀有可能接收到所有這些運動器官的回聲信號。但是，胎心跳動的形態(tài)在某些特殊情況下會造成監(jiān)護(hù)儀的 胎兒心率采集錯誤，比如當(dāng)胎心率升高到180次每分鐘或更高時，心臟運動逐漸變得很密集，兩次心跳所產(chǎn)生的回波信號在幅度和形態(tài)上都非常接近，類似一次心跳的收縮和舒張，以致超聲監(jiān)護(hù)儀有可能對信號處理出錯，將兩次単獨心跳的心臟運動采集成一次心跳，這樣監(jiān)護(hù)出來的胎心率就是實際胎心率的一半，表現(xiàn)為心動過速時胎心率基線的突然大幅降落，接近為原數(shù)值的一半；而當(dāng)胎心率降低到90次每分鐘或者以下時，心臟收縮和舒張間隔逐漸變得很長，而且收縮和舒張所產(chǎn)生的回波信號在幅度和形態(tài)上都非常接近，以致超聲監(jiān)護(hù)儀有可能對信號處理出錯，將一次心跳的收縮和舒張兩次心臟運動采集成兩次單獨的心跳，這樣監(jiān)護(hù)出來的胎心率就是實際胎心率的兩倍，稱為翻倍，表現(xiàn)為胎兒心率基線的突然變化、劇烈減速或心搏徐緩時心率的大跳躍(如說明書附7所示)。這在產(chǎn)科胎心監(jiān)護(hù)業(yè)界內(nèi)被稱為超聲多普勒胎兒監(jiān)護(hù)儀的原理性缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
為克服上述缺陷，本發(fā)明的目的即在于一種胎心信號準(zhǔn)確采集的方法及裝置。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的
本發(fā)明ー種胎心信號采集的方法，包括如下步驟
步驟1，啟動裝置，產(chǎn)生一定頻車的正弦波發(fā)射信號“0 =為COS(CV)，并發(fā)射到孕婦
腹部，其中角頻率》0 = 2私；
步驟2，接收胎兒心臟反射回的含頻率偏移的超聲回波信號KCi，該超聲回波信號為
r(i) = 4 eos(_ + _))，其頻率偏移量為軸；
步驟3，然后將所述超聲回波信號與發(fā)射的正弦波信號做乘法運算，通過如下三角函數(shù)積化和差公式運算
Vi3 {￡) = r(t)c(i) = A cosi^t + 抑))為 cos(,0t)
=ム1J A [cos(的))+ cos(2+ 的))]得到兩種頻率的信號，ー種是頻率為2倍42jQ的信號，一種是頻率為偏移量^p(X)的イM
號;
再通過低通濾波器將其中的高頻信號+辦>))濾除掉，得到第一頻率偏移信號Vj(り:
V/ =^^C0S(fl5(￡))；
步驟4，將步驟I所述發(fā)射信號做90度相位偏移，以得到另外一路比較信號Kが，所述比較信號為作y =為m(叫)；本方法中步驟2與步驟4并沒有嚴(yán)格的先后次序邏輯關(guān)系。步驟5，將所述超聲回波信號〃 與所述比較信號4が進(jìn)行乘法運算，通過如下三角函數(shù)積化和差公式運算
Vtf (ty = r 的c(ty =為 CosO0I + 蝴)4 sir<
=^-[sm(柳)+— ^))]
同樣得到兩種頻率的信號，ー種是頻率為2倍％的信號,一種是頻率為偏移量漢1)的信號,同樣再將該高頻信號-(- m濾除掉以后，得到第二頻率偏移信號％の,
該第二頻率偏移信號具體為vfi(l') = ,sm(9<f))
所述第一、第二頻率偏移信號Vz(Z)和的頻率偏移量相同，相位相差90 ；
步驟6，獲取任意時刻頻率偏移量攤)= 當(dāng)所述頻率偏移量￠=(0 < 0時，即負(fù)頻率偏移的情況下，所述第一、第二頻率偏移信號為
V/(l) = Aficos(_^)}
VfiCO = sm( _)) = C0S(-_ + 吾)
此時可判斷得知，胎心壁與超聲探頭相背運動，胎兒心壁收縮，第二頻率偏移信號vS^-)相位超如第一頻率偏移信號V7(I)相位90，
頻率的偏移量祆€) > 0時，即正頻率偏移的情況下，所述第一、第二頻率偏移信號為
4 Ar,
V1(I) = -5-^- Cos(Ml))
Vg(f) = sm( _)) = cos神)--)
此時可判斷得知，胎心壁與超聲探頭相向運動，胎兒心壁舒張，第二頻率偏移信號Vり相位滯后第一頻率偏移信號V7(I)相位90° ;
步驟7，分別采集胎兒心壁收縮和/或胎兒心壁舒張信號，分別得出收縮和/或舒張信號的包絡(luò)曲線。進(jìn)ー步的，所述的胎心信號采集的方法還包括，設(shè)置在所述步驟3與步驟6以及步驟5與步驟6之間的步驟8 :將所述第一、第二頻率偏移信號和分別進(jìn)行濾波和增益控制處理，降低噪音放大有用信號。更進(jìn)一歩的，所述的步驟6為將所述第一、第二頻率偏移信號V7(I)和經(jīng)過過零檢測，做信號整形，得到第一、第二數(shù)字信號10)和Q0)，如圖6所示；
設(shè)置雙觸發(fā)器，該雙觸發(fā)器中的第一觸發(fā)器以第一數(shù)字信號1(d)作為數(shù)據(jù)輸入，以第ニ信號Q(d)作為時鐘、清零端輸入信號；第二觸發(fā)器以第一數(shù)字信號1(d)作為時鐘、清零 端輸入信號，以第二信號Qけ)作為數(shù)據(jù)輸入；將該第一、第二數(shù)字信號10)和Q(d)輸入到雙觸發(fā)器中做方向分離處理，
若胎兒心壁舒張(即負(fù)頻率偏移的情況下，如圖4所示)，由所述第一觸發(fā)器輸出；
若胎兒心壁收縮，(即正頻率偏移的情況下，如圖5所示)信號，由觸發(fā)器2輸出。再進(jìn)ー步的，所述的步驟6為對所述第一、第二頻率偏移信號V/(f)和V5(X)分別
進(jìn)行模擬數(shù)字轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)換為第一、第二頻率偏移信號數(shù)字信號和Vfi(H),
對上述信號進(jìn)行傅立葉變換運算，所述傅立葉變換運算公式如下
Xめ=1聯(lián)產(chǎn)\ Xめ=z 4(か>，分別對應(yīng)獲得頻域下的信號功率譜密
度；
正值即對應(yīng)胎兒心壁舒張信號，負(fù)值對應(yīng)胎兒心壁收縮信號；
分別提取正負(fù)信號的最大頻移點，并記錄下來；然后從左往右依次描記最大頻移點。作為另外一種改進(jìn)的，所述的步驟6為對所述第一、第二頻率偏移信號、⑷和
分別進(jìn)行模擬數(shù)字轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)換為第一、第二頻率偏移信號數(shù)字信號V1(H)和vfi(n),
比較某ー時刻的第一、第二頻率偏移信號數(shù)字信號V1(H)和Vfi(H)的相位，
若所述第二頻率偏移信號數(shù)字信號％(n)相位滯后述第一頻率偏移信號數(shù)字信號
V7Cfi) 90°，則判定胎心壁與超聲探頭相向運動，方向記錄為正，輸出信號保留正半周信號;
若所述第二頻率偏移信號數(shù)字信號1相位超前述第一頻率偏移信號數(shù)字信號V7Cn) 90°，則判定胎心壁與超聲探頭相背運動，方向記錄為負(fù)，輸出信號保留第一頻率偏移信號數(shù)字信號V1(Ii)負(fù)半周信號。本發(fā)明ー種實現(xiàn)上述胎心信號采集方法的胎心采集裝置，主要包括
信號發(fā)生單元，用于產(chǎn)生一定頻率的正弦波信號，輸出到超聲發(fā)射單元；超聲發(fā)射單元，用于所述正弦波信號將放大、濾波、整形，通過換能器其中的轉(zhuǎn)化為超聲波信號輸出到孕婦腹部，達(dá)到胎兒心臟；
超聲接收單元，用于接收胎兒心臟反射超聲波信號，根據(jù)多普勒原理，該回波信號已發(fā)生頻率偏移；
解調(diào)單元，用于解調(diào)出所述回波信號中的頻率偏移信號；
移相単元，用于將所述信號發(fā)生單元產(chǎn)生一定頻率的正弦波信號做相位偏移；
方向識別單元，用于獲取解調(diào)出所述回波信號中的頻率偏移信號的方向特征；
控制采集単元，根據(jù)正向和/或負(fù)向的信號，分別計算胎兒心壁收縮和/或胎兒心壁舒張信號，進(jìn)而分別得出收縮和/或舒張信號的包絡(luò)曲線并完成采集。
進(jìn)ー步的，還包括濾波單元和增益控制單元，
用于將經(jīng)過解調(diào)単元解調(diào)的頻率偏移信號中的有效信號基尼險那個保留和放大。進(jìn)ー步的，還包括過零檢測單元，用于對經(jīng)過解調(diào)単元解調(diào)的頻率偏移信號做過零檢測，進(jìn)行信號整形。更進(jìn)一歩的，所述解調(diào)単元包括第一、第二解調(diào)單元，
所述的信號發(fā)生單元產(chǎn)生一定頻率的正弦波信號，經(jīng)所述解調(diào)單元解出回波信號中的第一頻率偏移信號V1W ；
信號發(fā)生單元產(chǎn)生一定頻率的正弦波信號，經(jīng)所述移相単元做相位偏移后，經(jīng)所述解調(diào)單元解出回波信號中的第二頻率偏移信號;
所述方向識別單元根據(jù)第一、第二頻率偏移信號V#)和Ve(X)整形后的信號，獲取頻率
偏移信號的方向特征；
所述濾波単元、増益控制單元、過零檢測單元分別設(shè)有對應(yīng)第一、第二頻率偏移信號
Vバり和Vfi(I)的第一、第二濾波單元，第一、第二増益控制單元，第一、第二過零檢測單元。本發(fā)明ー種醫(yī)用設(shè)備，包括主機和胎心采集裝置，所述胎心采集裝置采用上述結(jié)構(gòu)。本發(fā)明提供的技術(shù)方案，根據(jù)多普勒原理，從收縮和舒張分別產(chǎn)生的回波信號中識別出心壁的方向特征，就可以完全區(qū)分出心臟收縮和舒張，從而徹底解決超聲多普勒胎兒監(jiān)護(hù)儀的原理性缺陷，提升信號采集的準(zhǔn)確性；采用該種方法的胎心采集裝置同樣具有上述優(yōu)點。


為了易于說明，本發(fā)明由下述的較佳實施例及附圖作以詳細(xì)描述。圖I是本發(fā)明所述方法的第一具體實施方式
的工作流程 圖2是本發(fā)明所述裝置的具體實施方式
的組成框 圖3是做正負(fù)向信號方向分離、方向識別的雙D觸發(fā)器 圖4是正向信號分離出的邏輯示意 圖5是負(fù)向信號分離出的邏輯示意 圖6是過零檢測示意圖；圖7是傳統(tǒng)超聲多普勒胎兒監(jiān)護(hù)儀方法采集的胎兒心音包絡(luò)信號；
圖8是本發(fā)明所述方法采集的胎兒心音包絡(luò)信號。
具體實施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)ー步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。如圖I所示，本發(fā)明ー種胎心信號采集的方法具體步驟描述如下
本發(fā)明ー種胎心信號采集的方法，包括如下步驟
步驟1，啟動裝置，產(chǎn)生一定頻率A的正弦波發(fā)射信號=為COS(AI)，并發(fā)射到孕婦
腹部，其中角頻率％ = 2#0 ；
步驟2，接收胎兒心臟反射回的含頻率偏移的超聲回波信號，該超聲回波信號為
r ￠)=為cos(^ + _))，其頻率偏移量為軸；
步驟3，然后將所述超聲回波信號與發(fā)射的正弦波信號做乘法運算，通過如下三角函數(shù)積化和差公式運算
(I)= r(￡)c(￡)=為 cos(qj￡ + 抑))為 cos(a^t)
令。s_)伽(寧綱
得到兩種頻率的信號，ー種是頻率為2倍％的信號，一種是頻率為偏移量與X)的イM
號;
再通過低通濾波器將其中的高頻信號coS(2 y + ^=(l))濾除掉，得到第一頻率偏移信號V/0)
V1CO= cos(^(￡));
步驟4，將步驟I所述發(fā)射信號“り做90度相位偏移，以得到另外一路比較信號，所述比較信號Cf/)1為C(ty = A1 sm(00￡)；
步驟5，將所述超聲回波信號KO與所述比較信號"び進(jìn)行乘法運算，通過如下三角函數(shù)積化和差公式運算
ル(i)1 = r(￡)c(t)' = 4 cos(m0t + _)) J1 sin( ay)
=........——[sin(抑))+ sinf 2<Skt — ￠￠))]
2'I
同樣得到兩種頻率的信號，一種是頻率為2倍 。的信號，一種是頻率為偏移量￠3 的信號，同樣再將該高頻信號sm(2 y-我I))濾除掉以后，得到第二頻率偏移信號化 ，該第二頻率偏移信號具體為
權(quán)利要求
1.一種胎心信號采集方法，其特征在于，包括， 步驟1，啟動裝置，產(chǎn)生正弦波發(fā)射信號·^的發(fā)射到孕婦腹部； 步驟2，接收胎兒心臟反射回的含頻率偏移的超聲回波信號Ki)，其頻率偏移量為； 步驟3，然后將所述超聲回波信號KO與所述發(fā)射的正弦波信號·=⑷做乘法算，通過三角函數(shù)積化和差公式運算，再通過低通濾波器將其中的高頻信號《42%￡ +我1))濾除棹，得到第一頻率偏移信號 ( )； 步驟4，將步驟I的所述發(fā)射信號做90度相位偏移，以得到另外一路比較信號，所述比較信號￠(ゲ為cCl)f=4smt>0i)； 步驟5，將所述超聲回波信號Κ 與所述比較信號4び進(jìn)行乘法運算，通過如下三角函數(shù)積化和差公式運算
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種胎心信號采集方法，其特征在于，所述的胎心信號采集的方法還包括，設(shè)置在所述步驟3與步驟6、以及步驟5與步驟6之間的步驟8，所述步驟8為將所述第一、第二頻率偏移信號ν7( )和分別進(jìn)行濾波和增益控制處理，降低噪音放大有用信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種胎心信號采集方法，其特征在于，所述的步驟6為將所述第一、第二頻率偏移信號V/(i)和％(￡)經(jīng)過過零檢測，做信號整形，得到第一、第二數(shù)字信號1(d)和Q(d),然后設(shè)置雙觸發(fā)器，該雙觸發(fā)器中的第一觸發(fā)器以第一數(shù)字信號1(d)作為數(shù)據(jù)輸入，以第二信號Q(め作為時鐘、清零端輸入信號；第二觸發(fā)器以第一數(shù)字信號1(d)作為時鐘、清零端輸入信號，以第二信號Q(d)作為數(shù)據(jù)輸入；將該第一、第二數(shù)字信號10)和Q(d)輸入到所述雙觸發(fā)器中做方向分離處理，即 若胎兒心壁舒張，由所述第一觸發(fā)器輸出； 若胎兒心壁收縮信號，由所述第二觸發(fā)器輸出。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種胎心信號采集方法，其特征在于，所述的步驟6為對所述第一、第二頻率偏移信號 ￠)和％ 分別進(jìn)行模擬數(shù)字轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)換為第一、第二頻率偏移信號數(shù)字信號V 和、⑷， 對上述信號進(jìn)行傅立葉變換運算，分別對應(yīng)獲得頻域下的信號功率譜密度； 正值即對應(yīng)胎兒心壁舒張信號，負(fù)值對應(yīng)胎兒心壁收縮信號； 分別提取正負(fù)信號的最大頻移點，并記錄下來；然后從左往右依次描記最大頻移點。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種胎心信號采集方法，其特征在于，所述的步驟6為對所述第一、第二頻率偏移信號たな)和％(1)分別進(jìn)行模擬數(shù)字轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)換為第一、第二頻率偏移信號數(shù)字信號VJ (η)和Vj0(H), 比較某ー時刻的第一、第二頻率偏移信號數(shù)字信號Vi(H)和Vfi(Ii)的相位， 若所述第二頻率偏移信號數(shù)字信號相位滯后述第一頻率偏移信號數(shù)字信號Vi(H) 90°，則判定胎心壁與超聲探頭相向運動，方向記錄為正，輸出信號保留Vj(H)正半周信號； 若所述第二頻率偏移信號數(shù)字信號νβ(η)相位超前述第一頻率偏移信號數(shù)字信號V.Cn) 90°，則判定胎心壁與超聲探頭相背運動，方向記錄為負(fù)，輸出信號保留第一頻率偏移信號數(shù)字信號V1(H)負(fù)半周信號。
6.一種實現(xiàn)上述胎心信號采集方法的胎心采集裝置，其特征在于，主要包括 信號發(fā)生單元，用于產(chǎn)生一定頻率的正弦波信號，輸出到超聲發(fā)射單元； 超聲發(fā)射單元，用于所述正弦波信號將放大、濾波、整形，通過換能器其中的轉(zhuǎn)化為超聲波信號輸出到孕婦腹部，達(dá)到胎兒心臟；超聲接收單元，用于接收胎兒心臟反射超聲波信號，根據(jù)多普勒原理，該回波信號已發(fā)生頻率偏移； 解調(diào)單元，用于解調(diào)出所述回波信號中的頻率偏移信號； 移相単元，用于將所述信號發(fā)生單元產(chǎn)生一定頻率的正弦波信號做相位偏移； 方向識別單元，用于獲取解調(diào)出所述回波信號中的頻率偏移信號的方向特征； 控制計算單元，根據(jù)正向和/或負(fù)向的信號，分別計算胎兒心壁收縮和/或胎兒心壁舒張信號，進(jìn)而分別得出收縮和/或舒張信號的包絡(luò)曲線并完成采集。
7.如權(quán)利要求6所述的胎心信號采集設(shè)備，其特征在于，還包括濾波單元和增益控制單元， 用于將經(jīng)過解調(diào)単元解調(diào)的頻率偏移信號中的有效信號保留和放大。
8.如權(quán)利要求7所述的胎心信號采集設(shè)備，其特征在于，還包括過零檢測單元，用于對經(jīng)過解調(diào)單元解調(diào)的頻率偏移信號做過零檢測，進(jìn)行信號整形。
9.如權(quán)利要求8所述的胎心信號采集設(shè)備，其特征在于，所述解調(diào)単元包括第一、第二解調(diào)單元， 所述的信號發(fā)生單元產(chǎn)生一定頻率的正弦波信號，經(jīng)所述解調(diào)單元解出回波信號中的第一頻率偏移信號V1CO ； 信號發(fā)生單元產(chǎn)生一定頻率的正弦波信號，經(jīng)所述移相単元做相位偏移后，經(jīng)所述解調(diào)單元解出回波信號中的第二頻率偏移信號； 所述方向識別單元根據(jù)第一、第二頻率偏移信號ν/( )和整形后的信號，獲取頻率偏移信號的方向特征； 所述濾波単元、増益控制單元、過零檢測單元分別設(shè)有對應(yīng)第一、第二頻率偏移信號ViCi)和％( )的第一、第二濾波單元，第一、第二増益控制單元，第一、第二過零檢測單元。
10.ー種醫(yī)用設(shè)備，包括主機和胎心采集裝置，其特征在干，所述胎心采集裝置采用如權(quán)利要求6-9任意ー項結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明涉及醫(yī)用胎兒監(jiān)護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種胎心信號采集的方法及裝置。本發(fā)明提供的技術(shù)方案，在醫(yī)用設(shè)備使用過程中，對胎心信號進(jìn)行了方向性識別和計算，提高系統(tǒng)測量的可靠性。
文檔編號A61B8/00GK102860843SQ20121037006
公開日2013年1月9日 申請日期2012年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月29日
發(fā)明者陳德偉, 尹新, 饒箭 申請人:深圳市理邦精密儀器股份有限公司