專利名稱：非線性胎兒心率檢測儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于醫(yī)療保健沒技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種保健檢測儀器；國際專利分類號A61B5/024。
背景技術(shù)：
胎兒心率的變化可反應(yīng)出胎兒在母體內(nèi)的不同健康狀況，通過檢測胎兒心率可以診斷出胎兒的各種疾病。也就是說胎兒心率信號載有豐富的標(biāo)志胎兒健康狀況的信息。在傳統(tǒng)的醫(yī)學(xué)檢測中，醫(yī)生采用傳統(tǒng)的胎兒心率監(jiān)護儀，將胎兒心率記錄在紙帶上，醫(yī)生憑借多年積累的臨床經(jīng)驗診斷胎兒疾病與胎兒健康狀況。因醫(yī)生個體間的差異，診斷無統(tǒng)一的客觀標(biāo)準(zhǔn)。
發(fā)明人采用非線性動力學(xué)方法研究胎兒的生長發(fā)育及分娩前瞬時胎兒心率與新生兒健康之間的關(guān)系。以往，什么樣胎兒心率的記錄曲線表明胎兒(包括分娩后的新生兒)是健康的或乏氧或接近死亡的，醫(yī)生只能憑經(jīng)驗判斷，沒有統(tǒng)一的客觀標(biāo)準(zhǔn)。本實用新型研制的非線性胎兒心率檢測儀可記錄胎兒的瞬時心率，并依據(jù)非線性動力學(xué)原理，采用相空間重構(gòu)，關(guān)聯(lián)維，最大李氏指數(shù)，功率譜，相關(guān)函數(shù)，近似熵等方法從多個視角分析胎兒健康狀況?？勺鞫ㄐ耘c定量統(tǒng)計分析和分類，為圍產(chǎn)期保健與優(yōu)生、優(yōu)育提供科學(xué)依據(jù)。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是提供一種非線性胎兒心率檢測儀，它不僅能通過計算機實時顯示、記錄與存儲胎兒的心率信號，而且能采用非線性動力學(xué)分析方法(關(guān)聯(lián)維，最大李氏指數(shù)，近似熵，功率譜，自相關(guān)函數(shù)與互相關(guān)函數(shù))表示出胎兒在母體內(nèi)的不同健康狀況。
本實用新型采用超聲多普勒傳感器提取出胎兒的心音信號，然后利用胎兒心率信號提取器從胎兒心音的音頻信號中提取出音頻信號的包絡(luò)，且將音頻信號的包絡(luò)轉(zhuǎn)換為與之相對應(yīng)的方波信號，使得一個方波信號與一次胎兒心跳相對應(yīng)；將由胎兒心率信號提取器得到的方波信號傳遞給PC6360模/數(shù)入接口卡，完成胎兒心率信號的模/數(shù)轉(zhuǎn)換，并傳遞給非線性計算機分析處理器，由非線性計算機分析處理器根據(jù)相鄰兩次方波的時間間隔計算出瞬時胎兒心率，非線性計算機分析處理器進一步可完成瞬時胎兒心率信號的數(shù)據(jù)及圖形的實時顯示、重現(xiàn)，以及數(shù)據(jù)的存儲，非線性計算機分析處理器的非線性動力學(xué)參數(shù)計算部分可以計算胎兒心率信號的關(guān)聯(lián)維，最大李氏指數(shù)，熵，復(fù)雜度，功率譜，自相關(guān)函數(shù)與互相關(guān)函數(shù)。
醫(yī)生可根據(jù)非線性特征量的不同分布區(qū)間與不同胎兒健康狀況的對應(yīng)關(guān)系，做出診斷建議。
本實用新型的技術(shù)解決方案如圖1所示，首先由超聲多普勒傳感器提取出胎兒的心音信號，利用胎兒心率信號提取器(其電路原理圖如圖2-8所示)從胎兒心音的音頻信號中提取出音頻信號的包絡(luò)(圖2-7所示)，使得一個胎兒心音信號的包絡(luò)與一次胎兒心跳相對應(yīng)，經(jīng)過零比較電路(圖8)后，使一個心音信號的包絡(luò)對應(yīng)于一個方波信號；將胎兒心率信號提取器得到的方波信號傳遞給PC6360模/數(shù)接口卡，完成胎兒心率信號的模/數(shù)轉(zhuǎn)換并傳遞給非線性計算機分析處理器，由非線性計算機分析處理器根據(jù)相鄰兩次方波的時間間隔計算出瞬時胎兒心率同時進一步可完成瞬時胎兒心率信號的數(shù)據(jù)及圖形顯示、重現(xiàn)，以及數(shù)據(jù)的存儲，非線性計算機分析處理器可以計算胎兒心率信號的關(guān)聯(lián)維，最大李氏指數(shù)，熵，復(fù)雜度，功率譜，自相關(guān)函數(shù)與互相關(guān)函數(shù)。醫(yī)生可利用胎兒瞬時心率信號的非線性動力學(xué)參量的不同分布與胎兒健康狀況的對應(yīng)關(guān)系，給出診斷建議。
關(guān)于電路原理圖的相關(guān)說明首先由超聲多譜勒探頭提取出胎兒心音信號，隨后連接的是由電阻器R1、電容器C1及運算放大器μA741組成的電纜跟隨器(如圖2所示)，其中電阻器R1可采用可變電阻器，與運算放大器μA741的管腳6連接著的是由電阻器R2、R3、R4、R5與運算放大器μA741組成的放大電路(如圖2所示)，其中電阻器R5可采用可變電阻器，這樣放大器的放大倍數(shù)在一定范圍內(nèi)可調(diào)。運算放大器μA741芯片的引腳6與乘法器MC1495的引腳9連接。由電阻R13、R14、R15、R16，穩(wěn)壓二極管D1、D2及運算放大器μA741組成的方波發(fā)生器(如圖3所示)，運算放大器μA741芯片的引腳6與乘法器(如圖4所示)MC1495的引腳4連接。乘法器MC1495的引腳1通過電阻器R8與+15V電源連接，引腳2通過電阻器R10與+15V電源連接，引腳3通過電阻器R7接地，引腳5與引腳6之間接有電阻器R12，引腳7接-15V電源，引腳8接地，引腳10與引腳11之間連接有電阻器R11，引腳12接地，引腳13通過電阻器R6與地連接，引腳14通過電阻器R9與+15V電源連接，同時引腳14直接接地，引腳2與由電阻器R17、R19、R21、R23、R25、R27、R29、R31，電容器C3、C5、C7、C9、C11、C12、C15、C14及4個運算放大器μA741芯片組成的中心頻率為5Hz的8階切比雪夫低通濾波器(如圖5所示)，濾波器的第三個運算放大器μA741芯片引腳6與由電阻器R18、R20、R22、R24、R26、R28、R30、R32，電容器C4、C6、C8、C10、C22、C13、C25、C16及4個運算放大器μA741芯片組成的中心頻率為5Hz的8階切比雪夫低通濾波器(如圖6所示)，濾波器的第三個運算放大器μA741芯片引腳6與由電容器C17、電阻器R33組成的過零電路(如圖7所示)連接，過零電路隨后與由電阻器R34、R35、R36、R37、R38、R39、R40、R41，電容器C8、C9、C10、C11、C23、C24、C26、C27及4個運算放大器μA741芯片組成的中心頻率為5Hz的8階切比雪夫低通濾波器(如圖7所示)，濾波器的第三個μA741芯片的引腳6與電阻器R42、R43、R44及一個運算放大器μA741芯片組成的放大器(如圖8所示)，放大器的引腳6與運算放大器μA741的引腳3連接，此運算放大器μA741的引腳2接地，引腳6與由電阻器R45、R46、二極管D3、D4、，電容器C28組成的電壓限幅電路(如圖8所示)，電阻器R46，電容器C28的連接處，與PC6360模/數(shù)接口卡的數(shù)字輸入通道相聯(lián)。
由超聲多譜勒探頭采集到的胎兒心音信號，首先經(jīng)過電纜跟隨器，然后是放大器，接著心音信號與95Hz方波信號進行相干檢波，相干檢波后的信號，連續(xù)通過2個8階切比雪夫低通濾波器，然后經(jīng)過零電路，再經(jīng)過8階切比雪夫低通濾波器，接著對信號進行放大，然后過零比較，電壓限幅，最后經(jīng)PC6360模/數(shù)接口卡的數(shù)字輸入通道接入非線性計算機分析處理器。最后運用非線性計算機分析處理器進行數(shù)據(jù)處理與分析。
所述的非線性計算機分析處理器裝有由VB高級語言編制的人機交互界面和VC高級語言編制的非線性動力學(xué)分析軟件包的工作界，并使用TC高級語言編制了非線性動力學(xué)分析軟件包中的分析軟件。
本實用新型的積極效果是(1)臨床方面可指導(dǎo)臨床醫(yī)生依據(jù)非線性動力學(xué)原理通過對瞬時胎兒心率的觀察與分析判斷胎兒的健康狀況(目前臨床醫(yī)生根據(jù)胎兒心率監(jiān)測的基線及其波動直接判斷胎兒健康)；
(2)指導(dǎo)計劃生育通過對胎兒健康狀況的分析與研究對改善人口健康狀況，提高人口素質(zhì)具有十分深遠的意義。
(3)價格便宜，市場前景看好，經(jīng)二次開發(fā)可在全國縣級以上醫(yī)院推廣使用。
本實用新型可在縣級以上醫(yī)院臨床推廣使用，可在高等院校臨床醫(yī)學(xué)教學(xué)；教學(xué)研究與科研研究領(lǐng)域推廣使用，經(jīng)濟效益與社會效益明顯。


圖1為本實用新型整體示意方框圖；圖2為本實用新型放大電路；圖3為本實用新型方波發(fā)生器；圖4為本實用新型乘法器；圖5為本實用新型低通濾波；圖6為本實用新型低通濾波；圖7為本實用新型過零及低通濾波；圖8為本實用新型過零比較及限幅。
具體實施方式
實施例本實用新型由四部分組成①超聲多普勒傳感器；②由模擬電路與數(shù)字電路組成的胎兒心率信號提取器；③胎兒心率信號提取器與PC6360模/數(shù)接口卡聯(lián)接，完成胎兒心率信號的模/數(shù)轉(zhuǎn)換；④非線性計算機分析處理器；
以下結(jié)合附圖進一步敘述本實用新型，所述的胎兒心音信號由超聲多譜勒探頭采集進來，隨后連接的是由電阻器R1、電容器C1及運算放大器μA741組成的電纜跟隨器(如圖2所示)，其中電阻器R1可以采用可變電阻，與電纜跟隨器的運算放大器μA741的引腳6連接著的是由電阻器R2、R3、R4、R5與運算放大器μA741組成的放大電路(如圖2所示)，其中R5可以用可變電阻，這樣放大器的放大倍數(shù)在一定范圍內(nèi)可調(diào)；心音信號經(jīng)過放大后，輸入乘法器MC1495的引腳9，心音信號與方波信號進行相干檢波；由電阻器R13、R14、R15、R16，穩(wěn)壓二極管D1、D2及運算放大器μA741組成的方波發(fā)生器(如圖3所示)，運算放大器μA741的引腳6與乘法器MC1495(如圖4所示)的引腳4連接；乘法器MC1495的引腳1通過電阻器R8與+15V電源連接，引腳2通過電阻器R10與+15V電源連接，引腳3通過電阻器R7接地，引腳5與引腳6之間接有電阻器R12，引腳7接-15V電源，引腳8接地，引腳10與引腳11之間連接有電阻器R11，引腳12接地，引腳13通過電阻器R6與地連接，引腳14通過電阻器R9與+15V電源連接，同時引腳14直接接地，相干檢波后得到心音信號包絡(luò)；隨后經(jīng)過由電阻器R17、R19、R21、R23、R25、R27、R29、R31，電容器C3、C5、C7、C9、C11、C12、C15、C14及4個運算放大器μA741組成的中心頻率為5Hz的8階切比雪夫低通濾波器(如圖5所示)，濾波器的第三個運算放大器μA741的引腳6與由電阻器R18、R20、R22、R24、R26、R28、R30、R32，電容器C4、C6、C8、C10、C22、C13、C25、C16及4個運算放大器μA741芯片組成的中心頻率為5Hz的8階切比雪夫低通濾波器(如圖6所示)，信號由第三個運算放大器的引腳6輸出，經(jīng)過兩次低通濾波后得到完好的心音包絡(luò)；隨后對信號進行過零，去掉直流成分；過零電路(如圖7所示)是由電容器C17、電阻器R33組成；隨后與由電阻器R34、R35、R36、R37、R38、R39、R40、R41，電容器C8、C9、C10、C11、C23、C24、C26、C27及4個運算放大器μA741組成的中心頻率為5Hz的8階切比雪夫低通濾波器9(如圖7所示)連接，去掉由過零引入的干擾，濾波器的第三個運算放大器μA741的引腳6與電阻器R42、R43、R44及一個運算放大器μA741組成的放大器(如圖8所示)，對信號進行放大；放大后的信號經(jīng)過零比較(如圖8所示)后得到心音包絡(luò)的方波信號，經(jīng)電壓限幅電路(如圖8所示)，去掉信號中的負(fù)值部分，得到TTL波，隨后與PC6360模/數(shù)接口卡的數(shù)字輸入通道相聯(lián)接入非線性計算機分析處理器。由非線性計算機分析處理器根據(jù)記錄的相鄰兩次方波的時間間隔，計算出瞬時胎兒心率。
前述運算放大器可以用NE532等高集成度的運算放大器來代替。
電路元器件參數(shù)R1＝200kΩ；R2＝10kΩ；R3＝20kΩ；R4＝20kΩ；R5＝10kΩ；C1＝120pF；R6＝12kΩ；R7＝12kΩ；R8＝3kΩ；R9＝R10＝20kΩ；R11＝R12＝10kΩ；R13＝R14＝20kΩ；R15＝48.8kΩ；R16＝473kΩ；
R17＝R19＝R21＝R23＝R25＝R27＝R29＝R31＝100KΩ；C3＝0.15μF；C5＝0.033μF；C7＝2.2μF；C9＝0.15μF；C11＝0.047μF；C12＝0.047μF；C15＝0.01μF；C14＝10μF；R18＝R20＝R22＝R24＝R26＝R28＝R30＝R32＝100kΩ；C4＝0.15μF；C6＝0.033μF；C8＝2.2μF；C10＝0.15μF；C22＝0.047μF；C13＝0.047μF；C25＝10μF；C16＝0.01μF；C17＝0.1μF；R33＝410Ω；R34＝R35＝R36＝R37＝R38＝R39＝R40＝R41＝100kΩ；C8＝0.15μF；C9＝0.033μF；C10＝2.2μF；C11＝0.15μF；C23＝0.047μF；C24＝0.047μF；C26＝10μF；C27＝0.01μF；R42＝5kΩ；R43＝7.5kΩ；R44＝15kΩ；R45＝470kΩ；R46＝1.5kΩ；C28＝0.01μF。
其中電阻器全部采用碳膜電阻，電容器C14、C25、C26是電解電容，其余電容均為陶瓷電容，二極管D1、D2、D3、D4均為5.5V穩(wěn)壓二極管，放大器均為運算放大器μA741。我們也可以用集成度更高的運算放大器，例如使用運算放大器NE5532等來代替運算放大器μA741。
非線性胎兒心率檢測儀的操作界面，是用Visual-Basic高級語言編制，由三個部分組成首先是一個彈出界面，然后是一個患者信息錄入界面，可以輸入患者的姓名、年齡、病例號及妊娠周數(shù)，最后是工作界面。
工作界面可以實現(xiàn)以下功能(1)瞬時胎兒心率信號的實時顯示與記錄，40-240bpm；(2)瞬時胎兒心率信號的報警顯示，即當(dāng)瞬時胎兒心率值低于120bpm，或高于160bpm，且持續(xù)20秒時界面上黃燈或紅燈亮；(3)具有數(shù)據(jù)存貯功能；(4)具有數(shù)據(jù)及圖形的重現(xiàn)功能。
非線性胎兒心率檢測儀使用VC高級語言編制了非線性動力學(xué)分析軟件包的工作界面，并使用TC高級語言編制了計算程序；可以計算胎兒心率信號的關(guān)聯(lián)維，最大李氏指數(shù)，近似熵，功率譜，自相關(guān)函數(shù)與互相關(guān)函數(shù)。利用非線性動力學(xué)參量與不同胎兒健康狀況的對應(yīng)關(guān)系，給出診斷建議。
權(quán)利要求1.一種非線性胎兒心率檢測儀，是由超聲多普勒傳感器、胎兒心率信號提取器、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器和非線性計算機分析處理器所組成，其特征是超聲多譜勒探頭提取出胎兒心音信號，連接由電阻器R1、電容器C1及運算放大器μA741組成的電纜跟隨器，其中電阻器R1可采用可變電阻器，與運算放大器μA741的管腳6連接著的是由電阻器R2、R3、R4、R5與運算放大器μA741組成的放大電路，其中電阻器R5可采用可變電阻器；運算放大器μA741芯片的引腳6與乘法器MC1495的引腳9連接；由電阻R13、R14、R15、R16，穩(wěn)壓二極管D1、D2及運算放大器μA741組成的方波發(fā)生器，運算放大器μA741芯片的引腳6與乘法器MC1495的引腳4連接；乘法器MC1495的引腳1通過電阻器R8與+15V電源連接，引腳2通過電阻器R10與+15V電源連接，引腳3通過電阻器R7接地，引腳5與引腳6之間接有電阻器R12，引腳7接-15V電源，引腳8接地，引腳10與引腳11之間連接有電阻器R11引腳12接地，引腳13通過電阻器R6與地連接，引腳14通過電阻器R9與+15V電源連接，同時引腳14直接接地，引腳2與由電阻器R17、R19、R21、R23、R25、R27、R29、R31，電容器C3、C5、C7、C9、C11、C12、C15、C14及4個運算放大器μA741芯片組成的中心頻率為5Hz的8階切比雪夫低通濾波器，濾波器的第四個運算放大器μA741芯片引腳6與由電阻器R18、R20、R22、R24、R26、R28、R30、R32，電容器C4、C6、C8、C10、C22、C13、C25、C16及4個運算放大器μA741芯片組成的中心頻率為5Hz的8階切比雪夫低通濾波器，濾波器的第四個運算放大器μA741芯片引腳6與由電容器C17、電阻器R33組成的過零電路連接，過零電路隨后與由電阻器R34、R35、R36、R37、R38、R39、R40、R41，電容器C8、C9、C10、C11、C23、C24、C26、C27及4個運算放大器μA741芯片組成的中心頻率為5Hz的8階切比雪夫低通濾波器，濾波器的第四個μA741芯片的引腳6與電阻器R42、R43、R44及一個運算放大器μA741芯片組成的放大器，放大器的引腳6與運算放大器μA741的引腳3連接，此運算放大器μA741的引腳2接地，引腳6與由電阻器R45、R46、二極管D3、D4、電容器C28組成的電壓限幅電路，電阻器R46，電容器C28的連接處，與PC6360模/數(shù)接口卡的數(shù)字輸入通道相聯(lián)；經(jīng)PC6360模/數(shù)接口卡的數(shù)字輸入通道接入非線性計算機分析處理器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非線性胎兒心率檢測儀，其特征是所述的非線性計算機分析處理器裝有由VB高級語言編制的人機交互界面和VC高級語言編制的非線性動力學(xué)分析軟件包的工作界，并使用TC高級語言編制了非線性動力學(xué)分析軟件包中的分析軟件。
專利摘要一種非線性胎兒心率檢測儀，屬于醫(yī)療保健技術(shù)領(lǐng)域，采用超聲多普勒傳感器提取出胎兒的心音信號，然后利用胎兒心率信號提取器從胎兒心音的音頻信號中提取出音頻信號的包絡(luò)，將由胎兒心率信號提取器得到的方波信號傳遞給PC6360模/數(shù)入接口卡，完成胎兒心率信號的模/數(shù)轉(zhuǎn)換，并傳遞給非線性計算機分析處理器，根據(jù)相鄰兩次方波的時間間隔計算出瞬時胎兒心率，完成瞬時胎兒心率信號的數(shù)據(jù)及圖形的實時顯示、重現(xiàn)，以及數(shù)據(jù)的存儲，醫(yī)生可根據(jù)非線性特征量的不同分布區(qū)間與不同胎兒健康狀況的對應(yīng)關(guān)系，做出診斷建議指導(dǎo)臨床、指導(dǎo)計劃生育、提高人口素質(zhì)。本實用新型具有價格便宜，市場前景看好，可在全國縣級以上醫(yī)院、高等院校臨床醫(yī)學(xué)教學(xué)與科研領(lǐng)域推廣使用，經(jīng)濟效益與社會效益明顯的積極效果。
文檔編號A61B5/024GK2675047SQ20042001157
公開日2005年2月2日 申請日期2004年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月20日
發(fā)明者肖青, 劉玉萍, 劉春霞, 高思莉, 邱紅梅, 張亮, 徐明奇, 王立媛 申請人:肖青