胎动时提高胎心多普勒信号采集质量的方法及装置.pdf

本发明涉及一种胎动时提高胎心多普勒信号采集质量的方法，包括如下步骤：在监护胎心过程中的设定时间内，对采集到的胎动多普勒信号的包络进行运算或处理，得到表示胎动状况的胎动特征值；比较所述得到的胎动特征值和预设的胎动阈值的大小，如胎动特征值大于或等于所述胎动阈值，判断为当前处于胎动期，增加超声波发射探头的发射驱动电压；否则，判断为处于非胎动期，减小超声波发射探头的发射驱动电压。本发明还涉及一种实现上述方法的装置。实施本发明的胎动时提高胎心多普勒信号采集质量的方法及装置，具有以下有益效果：其采集质量较为稳定、对孕妇和胎儿的影响较小。

权利要求书
1.  一种胎动时提高胎心多普勒信号采集质量的方法，其特征在于，包括如下步骤：
   A）在监护胎心过程中的设定时间内，对采集到的胎动多普勒信号的包络进行运算或处理，得到表示胎动状况的胎动特征值；
   B）比较所述得到的胎动特征值和预设的胎动阈值的大小，如胎动特征值大于或等于所述胎动阈值，判断为当前处于胎动期，执行步骤C）；否则，判断为处于非胎动期，执行步骤D）；
   C）增加超声波发射探头的发射驱动电压，并返回步骤A）；
   D）减小超声波发射探头的发射驱动电压，并返回步骤A）。

2.  根据权利要求1所述的胎动时提高胎心多普勒信号采集质量的方法，其特征在于，所述胎动特征值为采集到的胎动多普勒信号的包络值的和、所述胎动多普勒信号包络值的平均值、所述胎动多普勒信号包络值的平方和或者所述胎动多普勒信号包络值的积分值中的任意一项；所述预设的胎动阈值的取值与所述胎动特征值的选择相适配。

3.  根据权利要求2所述的胎动时提高胎心多普勒信号采集质量的方法，其特征在于，判断当前是否处于胎动期时，进一步包括：多次取得胎动特征值，并多次与预设的胎动阈值比较，如其均大于或等于所述胎动阈值，判断为当前处于胎动期；如其均小于所述胎动阈值，判断当前处于非胎动期。

4.  根据权利要求3所述的胎动时提高胎心多普勒信号采集质量的方法，其特征在于，所述多次取得的胎动特征值及其对应的胎动阈值的种类相同或不相同。

5.  根据权利要求1所述的胎动时提高胎心多普勒信号采集质量的方法，其特征在于，所述步骤C）进一步包括：
C1）判断当前超声波探头的发射驱动电压是否最大值，如是，返回步骤A）；否则，按照一个设定的步长增加所述超声波发射的驱动电压，并返回步骤A）。

6.  根据权利要求1所述的胎动时提高胎心多普勒信号采集质量的方法，其特征在于，所述步骤D）中进一步包括如下步骤：
   D1）判断当前超声波探头的发射驱动电压是否最小值，如是，返回步骤A）；否则，按照一个设定的步长减少所述超声波发射的驱动电压，并返回步骤A）。

7.  根据权利要求1所述的胎动时提高胎心多普勒信号采集质量的方法，其特征在于，所述步骤A）中进一步包括：
    A1）发射超声波信号，并得到胎心及胎儿身体的反射的回波信号，将其转换为电信号；
    A2）对所述电信号进行解调，得到胎心多普勒信号和胎动多普勒信号的混合信号；
    A3）对所述混合信号中的胎心多普勒信号进行滤波，得到胎动多普勒信号的包络；对所述包络进行运算或处理，得到胎动特征值。

8.  一种实现如权利要求1所述的胎动时提高胎心多普勒信号采集质量方法的装置，其特征在于，包括：
   胎动特征值取得单元：用于在监护胎心过程中的设定时间内，对采集到的胎动多普勒信号的包络进行运算或处理，得到表示胎动状况的胎动特征值；
   胎动特征值比较单元：用于比较所述得到的胎动特征值和预设的胎动阈值的大小，如胎动特征值大于或等于所述胎动阈值，判断为当前处于胎动期，调用超声探头功率增加单元；否则，判断为处于非胎动期，调用超声探头功率减小单元；
   超声探头功率增加单元：用于增加超声波发射探头的发射驱动电压；
   超声探头功率减小单元：用于减小超声波发射探头的发射驱动电压；
其中，所述胎动特征值取得单元由监护仪的超声波探头取得超声波回波信号，取出其中的胎动多普勒信号及特征值，并传输到所述特征值比较单元；所述特征值比较单元将依据其比较结果输出控制信号到所述超声探头功率增加单元或所述超声探头功率减小单元。

9.  根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述胎动特征值为采集到的胎动多普勒信号的包络值的和、所述胎动多普勒信号包络值的平均值、所述胎动多普勒信号包络值的平方和或者所述胎动多普勒信号包络值的积分值中的任意一项；所述预设的胎动阈值的取值与所述胎动特征值的选择相适配。

10.  根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述超声探头功率增加单元进一步包括：用于判断当前超声波探头的发射驱动电压是否最大值的最大值判断模块；所述超声探头功率减小单元进一步包括：用于判断当前超声波探头的发射驱动电压是否最小值的最小值判断模块。

说明书胎动时提高胎心多普勒信号采集质量的方法及装置
技术领域
本发明涉及医疗仪器的信号处理领域，更具体地说，涉及一种胎动时提高 胎心多普勒信号采集质量的方法及装置。
背景技术
超声多普勒胎儿监护仪是通过发射超声波信号，再接收来自胎儿心脏的超 声回波信号，来判断胎儿当前的状态的。因为胎儿心脏在不停的搏动，利用超 声多普勒原理，回波信号会有一定的频率偏移，超声多普勒胎儿监护仪通过利 用回波解调放大电路，从超声波解析出该频率偏移值。由于该值是与胎心搏动 对应的，所以利用这个频偏信号就可以通过进一步的处理得到胎儿的心率值。 但是，在监护胎心的过程中，往往会发生胎儿在孕妇子宫内活动的情况，这种 情况通常称为胎动。胎动时，胎心可能偏离超声探头的覆盖区域，即胎心不在 最佳位置，得到的胎心多普勒信号就会变弱。这个因素使采集到的胎儿心音多 普勒信号相比于未发生胎动时会小很多，甚至信号根本检测不到。而现有的胎 儿监护仪通常不会针对这种情况采取相应的措施，这种情况使得胎动时和胎动 后由于胎儿位置变化导致得不到较好的胎心多普勒信号，进而导致不能计算胎 儿心率曲线，使得胎儿监护的效果和效率都受到影响。增加超声波的发射功率 可以在一定程度上解决上述问题，但是如果一直发射较大的超声波信号，则一 方面会让孕妇和胎儿一直处在较强的超声辐射中，给孕妇和胎儿带来不利的影 响；另一方面在没有胎动、胎心位置没有偏离的时候，则可能获取的信号过强， 导致饱和失真。所以，总体上来看，现有的胎心多普勒信号采集的方法具有采 集质量不稳定、可能为孕妇或胎儿带来不利影响的缺点。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述采集质量不稳定、可 能为孕妇或胎儿带来不利影响的缺陷，提供一种采集质量较为稳定、对孕妇和 胎儿的影响较小的胎动时提高胎心多普勒信号采集质量的方法及装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种胎动时提高胎心多 普勒信号采集质量的方法，包括如下步骤：
A)在监护胎心过程中的设定时间内，对采集到的胎动多普勒信号的 包络进行运算或处理，得到表示胎动状况的胎动特征值；
B)比较所述得到的胎动特征值和预设的胎动阈值的大小，如胎动特 征值大于或等于所述胎动阈值，判断为当前处于胎动期，执行步骤C)；否则， 判断为处于非胎动期，执行步骤D)；
C)增加超声波发射探头的发射驱动电压，并返回步骤A)；
D)减小超声波发射探头的发射驱动电压，并返回步骤A)。
更进一步地，所述胎动特征值为采集到的胎动多普勒信号的包络值的和、 所述胎动多普勒信号包络值的平均值、所述胎动多普勒信号包络值的平方和或 者所述胎动多普勒信号包络值的积分值中的任意一项；所述预设的胎动阈值的 取值与所述胎动特征值的选择相适配。
更进一步地，判断当前是否处于胎动期时，进一步包括：多次取得胎动特 征值，并多次与预设的胎动阈值比较，如其均大于或等于所述胎动阈值，判断 为当前处于胎动期；如其均小于所述胎动阈值，判断当前处于非胎动期。
更进一步地，所述多次取得的胎动特征值及其对应的胎动阈值的种类相同 或不相同。
更进一步地，所述步骤C)进一步包括：
C1)判断当前超声波探头的发射驱动电压是否最大值，如是，返回步 骤A)；否则，按照一个设定的步长增加所述超声波发射的驱动电压，并返回 步骤A)。
更进一步地，所述步骤D)中进一步包括如下步骤：
D1)判断当前超声波探头的发射驱动电压是否最小值，如是，返回步 骤A)；否则，按照一个设定的步长减少所述超声波发射的驱动电压，并返回 步骤A)。
本发明还涉及一种实现上述方法的装置，包括：
胎动特征值取得单元：用于在监护胎心过程中的设定时间内，对采集 到的胎动多普勒信号的包络进行运算或处理，得到表示胎动状况的胎动特征 值；
胎动特征值比较单元：用于比较所述得到的胎动特征值和预设的胎动 阈值的大小，如胎动特征值大于或等于所述胎动阈值，判断为当前处于胎动期， 调用超声探头功率增加单元；否则，判断为处于非胎动期，调用超声探头功率 减小单元；
超声探头功率增加单元：用于增加超声波发射探头的发射驱动电压；
超声探头功率减小单元：用于减小超声波发射探头的发射驱动电压；
其中，所述胎动特征值取得单元由监护仪的超声波探头取得超声波回波信 号，取出其中的胎动多普勒信号及特征值，并传输到所述特征值比较单元；所 述特征值比较单元将依据其比较结果输出控制信号到所述超声探头功率增加 单元或所述超声探头功率减小单元。
更进一步地，所述胎动特征值为采集到的胎动多普勒信号的包络值的和、 所述胎动多普勒信号包络值的平均值、所述胎动多普勒信号包络值的平方和或 者所述胎动多普勒信号包络值的积分值中的任意一项；所述预设的胎动阈值的 取值与所述胎动特征值的选择相适配。
更进一步地，所述超声探头功率增加单元进一步包括：用于判断当前超声 波探头的发射驱动电压是否最大值的最大值判断模块；所述超声探头功率减小 单元进一步包括：用于判断当前超声波探头的发射驱动电压是否最小值的最小 值判断模块。
实施本发明的胎动时提高胎心多普勒信号采集质量的方法及装置，具有以 下有益效果：由于从胎心多普勒信号和胎动多普勒信号的混合信号中取出了胎 动多普勒信号，并对其经过处理得到胎动特征值，将其与设定的胎动阈值比较， 就能够较为准确地判断胎儿是否处于胎动状态；再依据当前超声波探头的驱动 电压状态对其进行调整，使得该监护仪能够在胎动时尽可能地得到较为准确的 胎心信号；同时对处于非胎动期间的胎儿减小该驱动电压，使得孕妇和胎儿不 会受到不必要的超声波照射。因此，其采集质量较为稳定、对孕妇和胎儿的影 响较小。
附图说明
图1是本发明胎动时提高胎心多普勒信号采集质量的方法及装置实施例 中该方法的流程图；
图2是所述实施例中取得胎动特征值的流程图；
图3是所述实施例中增加驱动电压的具体步骤；
图4是所述实施例中装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明实施例作进一步说明。
如图1所示，在本发明的胎动时提高胎心多普勒信号采集质量的方法及装 置实施例中，该方法包括如下步骤：
步骤S11处理超声波反射信号，得到胎动多普勒信号，对其处理，得到 胎动特征值：在本实施例中，首先开始对胎儿的监护，也就是使用胎儿超声多 普勒监护仪对胎儿进行监护，开始对胎儿发射超声波，由于胎儿心脏跳动而使 得超声波回波信号的频率发生偏移，接收其回波，将该超声波回波转换为电信 号并对其进行处理，从而得到胎心信号。得到的信号实际上是一个混合信号， 即该信号中既有表示胎儿心脏跳动的胎心信号，也有表示胎儿在子宫中移动的 胎动信号。同理，在胎儿没有移动的情况下，超声波回波信号中表示胎动的信 号分量(频率偏移)比较小，而表示胎心信号的分量比较大；而在胎动的情况 下，上述胎动信号的分量就比较大，而表示胎心信号的分量比较小。基本上来 讲，当胎儿心脏移动或胎儿身体移动时，导致回波信号的频率发生偏移，从而 得到不同的超声波频率偏移信号。在回波信号中，上述两个多普勒频率信号(或 信号分量)是混合在一起的。在本步骤中，将上述混合信号中的两个分量分开， 也就是得到由胎动引起的多普勒信号(或多普勒频偏信号)。对于采集一段时 间的上述胎动多普勒信号进行运算，就得到表示当前胎动状态的胎动特征值。 在本实施例中，胎动特征值是对上述一段时间采集到胎动信号的包络进行运 算。在本实施例中，该特征值可以是时间段内胎动多普勒信号的包络值的和、 时间段内胎动多普勒信号的包络值的平均值、时间段内胎动多普勒信号的包络 值的平方和或时间段内胎动多普勒信号的包络值的积分值中的任意一个。如果 胎动多普勒信号的包络为Ii，则在N个时间单位组成的时间段内，
胎动多普勒信号的包络值的和是
胎动多普勒信号的包络值的平均值是
胎动多普勒信号的包络值的平方和是
胎动多普勒信号的包络值的积分值是
即当选择的胎动特征值为上述任何一个时，就对胎动多普勒信号的包络进 行上述其对应的表达式表示的运算，得到其对应的胎动特征值。
步骤S12判断得到的胎动特征值是否大于或等于设定的胎动阈值，如是， 判断胎儿当前处于胎动状态，执行步骤S13；否则，判断胎儿当前处于非胎动 状态，执行步骤S14；在本实施例中，胎动阈值是一个事先设定的、且与选择 的胎动特征值种类对应的值。因为即使是在胎动多普勒信号的包络完全相同的 情况下，选择不同的胎动特征值种类，得到的特征值都可能不同，所以其对应 的阈值也会不同。例如，在相同的包络的情况下，选择胎动特征值是胎动多普 勒信号的包络值的和的情况下，与选择胎动特征值是时间段内胎动多普勒信号 的包络值的平均值的情况下，得到的胎动特征值是不同的，因此，这两种情况 下的胎动阈值也就不同。当判断当前胎儿处于胎动的情况下，执行步骤S13； 当判断胎儿处于非胎动的情况下，执行步骤S14。值得一提的是，在本实施例 中的一些情况下，上述判断胎儿状态可以是取得一次胎动特征值后与设定的胎 动阈值进行比较，得到当前胎儿的状态；而在另外一些情况下，也可以是在多 个时间段内取得多次胎动特征值，分别与设定的胎动阈值比较，在多次比较的 结果一致的情况下，才得出上述胎儿状态的判断。在上述多次取得胎动特征值 并与设定胎动阈值比较时，其胎动特征值选择的种类可以是同一种类，也可以 是不同的种类，此时，每次比较的胎动阈值也要发生相应的变化，与其选择的 胎动特征值的种类相适配。
步骤S13增加超声波探头的发射驱动电压：在本步骤中，由于判断被监 护的胎儿当前处于胎动状态，所以需要加大超声波探头的发射驱动电压，以得 到较为清楚的胎心信号。至于加大驱动电压的具体步骤，稍后详述。执行完本 步骤后，返回步骤S11，开始下一轮的监护及胎心、胎动信号的取得。
步骤S14减小超声波探头的发射驱动电压：在本步骤中，由于判断被监 护的胎儿当前处于非胎动状态，所以需要减少超声波探头的发射驱动电压，以 便在得到较为清楚的胎心信号的情况下减少对胎儿和孕妇的超声波照射。至于 减少驱动电压的具体步骤，稍后详述。执行完本步骤后，返回步骤S11，开始 下一轮的监护及胎心、胎动信号的取得。
如图2所示，在本实施例中，更为具体地说，其取得胎动特征值的步骤包 括：
步骤S21取得反射的超声波回波，并将其转换为电信号：在本步骤中， 将监护仪的超声波探头设置在被监护孕妇的腹部相应位置，使其发射的超声波 信号照射到胎儿，并产生回波，该回波由于胎儿的心跳或胎儿身体的移动而使 其频率发生一定的偏差，当超声波探头接收到上述回波之后，将其转换为电信 号。
步骤S22对该电信号进行解调，得到胎心多普勒信号和胎动多普勒信号 的混合信号：在本步骤中，对上述得到的电信号进行解调，即去掉其中的超声 波载频，得到其中包括的胎心多普勒信号和胎动多普勒信号的混合信号。
步骤S23对混合信号进行滤波，得到胎动多普勒信号的包络：将混合信 号中的胎心多普勒信号进行衰减和滤除，得到胎动多普勒信号，用于进行胎动 的特征值计算。
对上述包络进行上述设定或选定的运算，得到胎动特征值
如图3所示，在本实施例中，增加超声波探头的发射驱动电压的步骤包括：
步骤S31取得当前超声波发射驱动电压，判断其是否为最大值：在本步 骤中，取得当前的差声波发生器的驱动电压，判断该电压值是否允许的最大值， 如是，则表示不能再对该电压进行调节，跳转到步骤S33；如当前的驱动电压 值不是允许的最大值，则表示可以对超声波发射的驱动电压进行调节，执行步 骤S32。
步骤S32按照设定的步长增加发射驱动电压值：在本步骤中，在本步骤 中，对上述超声波探头的发射驱动电压进行调节，使其增加，该电压的增加会 使得超声波发射功率加大。在本实施例中，事先设定了一个调节的幅度(或步 长)，每次调节时都只是增加一个设定的幅度，使得该电压能够在多次调节过 程中逐渐增加，避免调节幅度过大带来的饱和失真。例如，设该驱动电压最大 值为12V，每次调节的幅度或步长为0.5V，在当前驱动电压为10V的情况下， 调节一次后该驱动电压变为10.5V。执行完本步骤后，返回步骤S11。
步骤S33不调整发射驱动电压值：在本步骤中，不对超声波驱动电压值 进行调节，执行完本步骤后，将返回步骤S11。
值得一提的是，在判断胎儿处于非胎动状态的情况下，也会对上述超声波 驱动电压进行调节，使其降低。具体的步骤也会上述步骤相似，不同之处在于， 先对驱动电压进行判断，判断其是否为最小的驱动电压，如是，直接返回步骤 S11，不对该驱动电压进行调节；如否，则与上述步骤S32相似。每次降低一 个设定步长的驱动电压。
此外，本实施例还涉及一种实现上述方法的装置。如图4所示，该装置包 括胎动特征值取得单元1、胎动特征值比较单元2、超声探头功率增加单元3 和超声探头功率减小单元4；其中，胎动特征值取得单元1用于在监护胎心过 程中的设定时间内，对采集到的胎动多普勒信号的包络进行运算或处理，得到 表示胎动状况的胎动特征值；胎动特征值比较单元2用于比较所述得到的胎动 特征值和预设的胎动阈值的大小，如胎动特征值大于或等于所述胎动阈值，判 断为当前处于胎动期，调用超声探头功率增加单元；否则，判断为处于非胎动 期，调用超声探头功率减小单元；超声探头功率增加单元3用于增加超声波发 射探头的发射驱动电压；超声探头功率减小单元4用于减小超声波发射探头的 发射驱动电压。在本实施例中，胎动特征值为采集到的胎动多普勒信号的包络 值的和、所述胎动多普勒信号包络值的平均值、所述胎动多普勒信号包络值的 平方和或者所述胎动多普勒信号包络值的积分值中的任意一项；所述预设的胎 动阈值的取值与所述胎动特征值的选择相适配。其中，所述胎动特征值取得单 元1由监护仪的超声波探头取得超声波回波信号，取出其中的胎动多普勒信号 及特征值，并传输到所述特征值比较单元2；所述特征值比较单元2将依据其 比较结果输出控制信号到所述超声探头增加单元3或所述超声探头减小单元 4。超声探头功率增加单元3或超声探头功率减小单元4分别调节超声波探头 上的发射驱动电压，从而使得其发射功率增加或减少。
在本实施例中，超声探头功率增加单元3进一步包括用于判断当前超声波 探头的发射驱动电压是否最大值的最大值判断模块31；超声探头功率减小单 元4进一步包括用于判断当前超声波探头的发射驱动电压是否最小值的最小 值判断模块41。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详 细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本 领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变 形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以 所附权利要求为准。