專利名稱：低輻射監護儀的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種低輻射監護儀。
背景技術：
隨著計算機在各領域的廣泛應用，數字化信息處理為醫學界進步和深入研究提供了新的技術手段。監護儀基于超聲多普勒原理和壓力傳感器探測信號，對胎兒的心率、胎動進行監護，并監護母親的宮縮壓等參數，連續記錄胎心率變化及其與子宮收縮關系，常用于高危妊娠產前或產時應用，了解胎兒宮內情況，早期發現胎兒窘迫，對胎兒在子宮內的情況進行監測、診斷。但超聲波密集在某一個固定地方，會有熱效應，這種熱效應達到一定程度時，可能會對人體組織產生不良的影響，影響細胞內的物質，包括染色體。早在2004年FDA就提醒人們要慎重使用超聲檢查。因此，在保證超聲多普勒靈敏度的前提下，盡量降低超聲 輻射，對產婦和胎兒的安全有著十分重要的意義。目前市場上的胎兒監護儀，均采用了提高輻射強度的方式以獲得較好的綜合信噪比，雖然符合國家設定的胎兒監護儀輻射標準為小于20mW/平方厘米，但仍然存在較大可能的傷害性。根據國際超聲醫學界的ALARP (as lowas reasonably practicable)原則，即“以盡可能低的聲波輸出獲得所需要的信息”提出了要利用最小的超聲輻射聲波達到足夠靈敏的超聲多普勒胎兒監護儀的要求。且目前國內外胎兒監護儀超聲探頭和監護儀主機基本采用有線連接方式，這種傳統連接方式帶來的是臨床使用和操作的不便捷和束縛，隨著無線連接技術日漸成熟且其他行業有廣泛應用，無線技術在醫療器械的廣泛應用也迫在眉睫。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供采用有線或無線連接方式的超低輻射、高靈敏度的一種低福射監護儀。為解決上述技術問題，本發明的技術方案一種低輻射監護儀，包括連接在主機上的超聲探頭、宮縮壓探頭、胎動打標器組成，所述超聲探頭為采用可進行運動補償超低輻射的超聲探頭。所述主機由連接在主控模塊上的按鍵和指示模塊、胎監模塊、打印模塊、醫用電源模塊、顯示模塊組成。所述醫用電源模塊將交流電轉變成為低壓直流電，向主機、打印模塊、顯示模塊供電。所述主控模塊采用ARM內核的處理器接收來自按鍵和指示模塊及胎監模塊的指令和信號并作出相應的處理，主控模塊最后將監護數據輸出至顯示模塊和打印模塊。所述胎監模塊由超聲多普勒信號處理電路、宮縮壓及打標器處理電路組成，胎監模塊驅動超聲探頭發出超聲波并對回波信號進行放大、信號提取、數模轉換處理，胎監模塊然后將提取的胎心率信號、胎兒活動信號、宮縮壓力信號送到主控模塊。優選的技術方案，所述顯示模塊采用觸摸屏的顯示器，所述觸摸屏加載按鍵和指示模塊。所述按鍵和指示模塊用以在顯示模塊上輸入指令以及顯示主機的當前狀態。優選的技術方案，所述主機連接大容量存儲裝置。優選的技術方案，所述主控模塊連接無線傳輸模塊。本發明采用超低輻射、高靈敏度超聲多普勒技術，利用有線或無線連接技術，實現超聲探頭、宮縮壓力探頭和主機無線連接，可以自動胎動識別，且全觸摸屏操作，可以為醫院信息化建設的中央站提供實時在線數據及自動分析，實現中央站監護數據管理和遠程數據共享，本發明具有識別準確率高，安全簡便，可靠性好，速度快，易兼容特點。


為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖I為本發明的結構示意圖。圖2為控制軟件流程圖。圖3為超聲探頭的結構示意圖。
具體實施例方式下面將結合本發明的附圖，對本發明的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。根據圖I所示，一種低輻射監護儀，包括連接在主機上的超聲探頭、宮縮壓探頭、胎動打標器組成，所述超聲探頭為采用可進行運動補償超低輻射的超聲探頭。所述主機由連接在主控模塊上的按鍵和指示模塊、胎監模塊、打印模塊、醫用電源模塊、顯示模塊組成。所述醫用電源模塊將輸入的交流電轉變成為12V和24V、5V、_12V直流電，向主機、打印模塊、顯示模塊供電。所述顯示模塊使用12. I英寸高亮度TFT真彩液晶屏的顯示器，優選的，所述顯示模塊采用觸摸屏的顯示器，所述觸摸屏加載按鍵和指示模塊，實現觸摸手寫輸入功能。所述按鍵和指示模塊用以在顯示模塊上輸入指令以及顯示主機的當前狀態。所述打印模塊使用熱敏打印機。所述主控模塊采用ARM內核的處理器，接收來自按鍵和指示模塊、胎監模塊、探頭處理模塊指令和信號并作出相應的處理，將處理的結果向顯示模塊、打印模塊上輸出。所述胎監模塊主要是對超聲探頭、宮縮壓及打標器信號處理，由超聲多普勒信號處理電路、宮縮壓及打標器處理電路組成，胎監模塊驅動超聲探頭發出超聲波并對回波信號進行放大、信號提取、數模轉換處理，胎監模塊然后將提取的胎心率信號、胎兒活動信號、宮縮壓力信號送到主控模塊。
本發明的主要原理為超聲多普勒的綜合靈敏度由公式(I)下計算S = A+B+C 公式(I)其中，S為綜合靈敏度，A為信噪比，A = 201og10Vs/VN, B為靶的衰減，C為聲程衰減。從公式(I)中可以得到，在盡可能低的輻射量下提高綜合靈敏度，需要從硬件和軟件兩方面完成本發明，在硬件方面要求對信號進行合理的補償；在軟件方面從軟件上進行噪音抑制和信號增強。I、硬件方面，對于超聲探頭采用可進行運動補償的零輻射超聲探頭，對胎動造成的運動進行動態補償，提高超聲的靈敏度和魯棒性，實現對現有超聲探頭的改良。·
根據圖3所示，所述超聲探頭可以同時地采集所需的運動信號和超聲信號，由超聲探頭I、模擬濾波器2、放大器3、A/D轉換器4、運動傳感器5與運動補償模塊14組成。所述超聲探頭連接無線傳輸模塊，超聲信號以無線方式向主機的主控模塊傳輸信號。所述超聲探頭I的信號經模擬濾波器2和放大器3處理，由于超聲信號的電平通常較低，它會被濾波后進一步擴大到所需的頻率范圍和一定的電平值，然后采集并處理到的模擬信號通過A/D轉換器4轉換為數字化后的超聲信號輸入到該運動補償模塊14中。所述運動傳感器5可以使用各種運動傳感器，包括加速度計、陀螺儀、角加速度計和光學運動傳感器，優選使用加速度計。運動傳感器5根據動態加速度(例如，振動)和靜態加速度(例如，重力)提供一模擬輸出。如果沒有加速度，該加速度計的輸出將保持常值。該運動信號可通過A/D轉換器4進行數字化，數字化后的運動信號輸入到該運動補償模塊14中。所述運動補償模塊14包括運動門限判定電路9、自適應濾波器10、減法器12、力口法器13、緩存器11和加權器29組成。所述運動補償模塊14與運動傳感器5和超聲探頭I相連，分別接收采集到的運動信號和超聲信號，并對其進行補償處理后，形成超聲探頭的輸出信號到所述探頭處理模塊。所述運動門限判定電路9可將數字化的運動信號與門限值進行比較。基于該運動信號的量值，該運動信號被分為飽和信號或非飽和信號，大于該門限值的運動信號為飽和信號，小于該門限值的運動信號為非飽和信號。當該運動信號小于該門限值時，輸出該非飽和運動信號和控制信號，當該運動信號大于該門限值時，僅輸出該控制信號。由于超聲信號波動的振幅會隨著運動信號的增大而增大，該門限值被設定為能夠引起該超聲信號飽和度的最小的運動信號值。根據公式(2)和公式(3)，如果沒有運動，該運動信號會保持為一常值xo。當有運動發生時，該運動信號xk會根據該運動的情況增大或減小。該超聲信號yk的幅值將決定于該運動信號的波動的幅值(Xk-Xtl)和該超聲信號的真實值Sk。即yk =f (xk-x0)+Sko其中函數f取決于超聲信號的種類，測量的位置以及用于獲取運動信號的傳感器的種類。由上述可知，當xk增大時，yk會隨之增大。直到xk增大到某一值xt，yk變得飽和。這時的Xt就被設置為該運動門限值。所述自適應濾波器10包括兩個部分，一部分是具有可調節系數的數字濾波器，另一部分是用于調整或修改該濾波器的系數的自適應算法。假設信號yk是被干擾了的超聲信號，其包含想要的信號Sk和噪聲nk兩部分，并且該兩部分沒有相關性。該運動信號Xk是干擾的一個度量，其在一定程度上與該噪聲nk相關。在一般情況下,該噪聲nk會隨著該運動信號Xk的增大而增大。運動補償模塊14補償運動信號的工作原理為第一種情況，運動信號Xk小于該運動門限值xt。此時的運動信號為非飽和信號。該運動門限判定電路9輸出的非飽和信號作為自適應濾波器10的輸入。所以，在該減法器12的作用下，可從包含噪聲的超聲信號中減去該運動估計值nk ’，從而得到只剩下想要信號分量的估計值S/。也就是說，該想要信號的估計值Sk’通過從該被干擾了的信號yk中減去該數字濾波器10的輸出nk’而得到，即Sk 1 = yk-nk 1 公式(2)S k ; = Sk+nk-nk '公式(3)這樣，輸出信號Sk'就消除了該運動分量(噪聲)，也就是補償了運動對測量結果的影響。去除噪聲的主要目的是用于對該被干擾的信號中的噪聲進行最優的估計，并因此得到一該想要的信號的最優化估計值。這是通過將該Sk'作為反饋輸入到該數字濾波器10中，通過適當的自適應算法來調整該數字濾波器的系數，從而獲得適當的補償信號，將輸出信號Sk'中的運動因素降到最小。由此可以看出，該輸出信號Sk '有兩個作用1、作為 想要數據的估計值；2、作為用于調整該濾波器系數的誤差信號。補償后的輸出信號在反饋到自適應濾波器的同時，會緩存到該緩存器11中，經過補償后的超聲信號是作為超聲探頭的輸出信號直接輸出的，這是通過將該超聲探頭在該加法器13和減法器12之間的第一加權器29的權重Wtl設置為I來實現的；與此同時，由于該超聲探頭在該加法器和緩存器11之間的第二加權器30的權重W1設置為了 O，所以位于該緩存器11中的緩存信號就不會被輸出。第一加權器和該第二加權器均接收該運動門限判定電路9輸出的控制信號，在控制信號的作用下，可實現設置該第一和第二加權器的權重。第二種情況，當該運動信號Xk大于該運動門限值Xt時，該運動門限判定電路9判定該運動信號為飽和信號。這時，不能夠通過補償的方法從該包含噪聲的超聲信號中恢復出有意義的超聲探頭的輸出信號。所以，該運動門限判定電路僅僅輸出該控制信號，該自適應濾波器10處于無效狀態。這時，在控制信號的作用下，該第二加權器30的權重W1設定為I，這樣就將預先存儲在該緩存器11中的緩存信號作為超聲探頭的輸出信號，于此同時，在該控制信號的作用下，將該第一加權器29的權重Wtl設定為0，從而阻止該估計的超聲信號被輸出。從而避免了輸出無意義的信號。當上述的嚴重噪聲在某一個信號周期發生時，該緩存器11將逐點地輸出緩存的周期信號中對應時間點的信號。如果嚴重噪聲發生的時間超出一個周期，那么這一輸出過程就會持續直到嚴重噪聲停止。如果該超聲信號在運動的作用下變得飽和，該自適應濾波器10的輸出通過將該第一加權器29的權重Wtl設置為O而被阻塞。因此，該自適應濾波器就不再有效，直到當該運動信號處于該運動門限值之下，系統恢復正常狀態時，該濾波器才再次生效。這樣如果被測者沒有運動或運動不顯著，運動信號將處于預設的門限之內。該運動信號就會通過該自適應濾波器10，該自適應濾波器的輸出用于補償被運動干擾了的超聲信號，經補償后的超聲信號作為該超聲信號被輸出，同時被緩存器11緩存。如果被測者正在運動，并且運動信號超過了預設的門限值，該運動信號就是飽和的運動信號。當運動信號飽和時，受該運動的干擾，超聲信號也處于飽和的狀態，原始的超聲信號不能由該自適應數字濾波器恢復。這時忽略該采集到的超聲信號，系統輸出預先緩存的信號。直到被測者的運動減小，運動信號下降到該門限值以下時，系統才再次回復到正常的操作狀態。這樣，無論被測者進行輕微的運動還是劇烈的運動，均能夠保證該裝置具有正常、精確的輸出值。2、軟件方面，采用優化多尺度乘積去噪算法，改進的抽樣自相關性算法和變化檢測算法，結合選定的微處理器嵌入結構實現快速有效的癥狀自動分析和診斷監測。
根據圖2所示，本發明的軟件設計流程為數據輸入、程序初始化及設定采樣率、自適應帶通濾波及尺度積、快速自相關運算及心率計算、數據輸出。所述程序初始化為設定采樣率，根據采樣定理，采樣頻率只需滿足心率最大值2倍即可滿足信號處理要求。本發明原始信號采樣至ΙΚΗζ。所述自適應帶通濾波及尺度積由于超聲多普勒設備獲得的原始胎心信號中含有的背景噪音具有幅值大、非平穩及分布區間廣的特點，本發明采用自適應帶通濾波算法對原始信號進行增強并采用尺度積的方法來提高信噪比。適用帶通濾波算法時，第一步，將原始信號分幀和濾波。本發明使用Gabor濾波對原始信號進行增強。I維Gabor濾波器被定義為g(t) = ge(t)+ig°(t)公式(4)其中，濾波器的實部與虛部分別為公式(5)、公式(6)
I、ge (t) = -γ-^- e 2σ' cosPTr/。/)公式(5)
\]2πσ
I、go(t)=——e 2σ'sin(27r/0O公式(6)
^2πσGabor濾波器的虛部可被用作帶通濾波器，具有對近似頻帶信號增強、對高于該頻帶信號平滑的特性。為了利用本算法準確獲得實際心跳周期，原始信號分幀時第一幀長度設為4秒，Gabor濾波器的頻率由最大心跳周期獲得。根據連續心跳周期之間應具有連續性，從第二幀起，數據幀長由前一幀所獲得的心跳周期自適應的獲得；同理，Gabor濾波器的頻率由前一幀所獲得的心跳周期自適應的獲得。通過Gabor濾波，本發明對心跳周期信號進行增強，對非周期信號進行平滑。第二步，通過尺度S積進一步提高信噪比。根據噪音的濾波響應會在不同尺度上快速衰減而信號的響應保持較好，不同尺度的濾波響應的積可以大幅提高信噪比。原理是將Gabor濾波器在尺度S上的響應定義為兄(0= §力)*/卜)公式(J)尺度積則定義為相鄰尺度響應的乘積Pi,J (t) = Ri (t) · Rj (t)公式(8)通過尺度積，噪音被極大的抑制。所述快速自相關運算及心率計算得出胎心率。
自相關運算定義為式
權利要求
1.一種低輻射監護儀，包括連接在主機上的超聲探頭、宮縮壓探頭、胎動打標器組成，其特征在于所述超聲探頭為采用可進行運動補償超低輻射的超聲探頭。
2.根據權利要求I所述的一種低輻射監護儀，其特征在于所述主機由連接在主控模塊上的按鍵和指示模塊、胎監模塊、打印模塊、醫用電源模塊、顯示模塊組成。
3.根據權利要求I所述的一種低輻射監護儀，其特征在于所述主控模塊采用ARM內核的處理器接收來自按鍵和指示模塊及胎監模塊的指令和信號并作出相應的處理，主控模塊最后將監護數據輸出至顯示模塊和打印模塊。
4.根據權利要求I所述的一種低輻射監護儀，其特征在于所述胎監模塊由超聲多普勒信號處理電路、宮縮壓及打標器處理電路組成，胎監模塊驅動超聲探頭發出超聲波并對回波信號進行放大、信號提取、數模轉換處理，胎監模塊然后將提取的胎心率信號、胎兒活動信號、宮縮壓力信號送到主控模塊。
5.根據權利要求I所述的一種低輻射監護儀，其特征在于所述顯示模塊采用觸摸屏的顯示器，所述觸摸屏加載按鍵和指示模塊。
6.根據權利要求I所述的一種低輻射監護儀，其特征在于所述主機連接大容量存儲>j-U ρ α裝直。
7.根據權利要求I所述的一種低輻射監護儀，其特征在于所述主控模塊連接無線傳輸模塊。
8.根據權利要求I所述的一種低輻射監護儀，其特征在于所述超聲探頭由超聲探頭、模擬濾波器、放大器、A/D轉換器、運動傳感器與運動補償模塊組成。
全文摘要
本發明提供了一種低輻射監護儀，包括連接在主機上的超聲探頭、宮縮壓探頭、胎動打標器組成，所述超聲探頭為采用可進行運動補償超低輻射的超聲探頭，本發明采用超低輻射、高靈敏度超聲多普勒技術，利用有線或無線連接技術，實現超聲探頭、宮縮壓力探頭和主機無線連接，可以自動胎動識別，且全觸摸屏操作，可以為醫院信息化建設的中央站提供實時在線數據及自動分析，實現中央站監護數據管理和遠程數據共享，本發明具有識別準確率高，安全簡便，可靠性好，速度快，易兼容特點。
文檔編號A61B8/00GK102894999SQ20121042200
公開日2013年1月30日 申請日期2012年10月30日 優先權日2012年10月30日
發明者戴予平, 李煒, 周佳言 申請人:深圳市中微澤電子有限公司