一種胎心信號(hào)采集裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種胎心信號(hào)采集裝置，該裝置包括依次連接的超聲多普勒探頭、放大電路、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)處理單元、無(wú)線通信單元和遠(yuǎn)程終端設(shè)備，所述超聲多普勒探頭包括接收晶片和發(fā)射晶片，接收晶片為一個(gè)圓，發(fā)射晶片為一個(gè)與接收晶片同心的圓環(huán)，接收晶片的外圓與發(fā)射晶片的內(nèi)圓無(wú)縫銜接。該裝置采用環(huán)狀超聲多普勒探頭，能夠更好的接收反射到接收晶片上的聲波，并利用小波變換對(duì)胎心信號(hào)進(jìn)行有效的去噪處理，使胎心信號(hào)的周期性能很好地體現(xiàn)出來(lái)，從而更精確地計(jì)算出胎心率，達(dá)到監(jiān)測(cè)胎兒健康狀態(tài)的目的。該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，操作過(guò)程方便智能。
【專利說(shuō)明】一種胎心信號(hào)采集裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種胎心信號(hào)采集裝置，特別是涉及一種基于小波變換的胎心信號(hào)采集裝置，屬于聲學(xué)傳感器與信號(hào)處理領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]胎心信號(hào)是判斷胎兒在母體內(nèi)健康狀態(tài)的重要生理和病理信息，尤其是對(duì)圍產(chǎn)期胎心信號(hào)的采集和監(jiān)測(cè)，有助于提高胎兒分娩質(zhì)量，降低胎兒的畸形率和死亡率，因此，胎心信號(hào)采集和監(jiān)測(cè)在臨床診斷中具有重要的意義。利用超聲多普勒探頭檢測(cè)胎心信號(hào)是獲得胎兒心率的重要方法，但是超聲波的回波為非平穩(wěn)隨機(jī)信號(hào)，其中有用信號(hào)表現(xiàn)為低頻信號(hào)，噪聲信號(hào)表現(xiàn)為高頻信號(hào)，且胎心信號(hào)具有信號(hào)微弱、信噪比低、非平穩(wěn)性等隨機(jī)性特點(diǎn)，因此，我們需要剔除噪聲所表現(xiàn)的高頻量，又要保留那些反映信號(hào)有用信息的低頻量。
[0003]為了提取有用的低頻信號(hào)，傳統(tǒng)的去噪方法是將被噪聲干擾的信號(hào)通過(guò)一個(gè)濾波器，例如帶通濾波器，濾掉噪聲頻率成分，但傳統(tǒng)的線性濾波方法由于其尺度的單一性，不能很好地解決保護(hù)信號(hào)局部特性與抑制噪聲之間的矛盾，經(jīng)過(guò)傳統(tǒng)濾波處理的胎心信號(hào)，不僅信噪比得不到較大改善， 而且信號(hào)分析中最重要的瞬變點(diǎn)位置信息也被模糊掉了。而且，特定的信噪數(shù)據(jù)還需要設(shè)計(jì)一個(gè)特定的濾波器與之相匹配，相應(yīng)的也增加了設(shè)備成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的，在于提供一種胎心信號(hào)采集裝置，該裝置能夠?qū)μバ男盘?hào)進(jìn)行有效胎心信號(hào)捕捉和去噪處理，并且降低了設(shè)備成本。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下:
一種胎心信號(hào)采集裝置，包括帶有接收晶片和發(fā)射晶片的超聲多普勒探頭，所述接收晶片為一個(gè)圓，所述發(fā)射晶片為一個(gè)與所述接收晶片同心的圓環(huán)，接收晶片的外圓與發(fā)射晶片的內(nèi)圓無(wú)縫銜接。
[0006]進(jìn)一步的，所述胎心信號(hào)采集裝置還包括與所述超聲多普勒探頭依次連接的放大電路、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)處理單元，所述數(shù)據(jù)處理單元用于對(duì)經(jīng)放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換后的信號(hào)進(jìn)行小波變換去噪處理。
[0007]優(yōu)選的，所述小波變換去噪處理方法為，利用db6小波函數(shù)，對(duì)經(jīng)放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換后的信號(hào)進(jìn)行3層小波分解，剔除信號(hào)中的高頻部分并對(duì)低頻部分進(jìn)行重構(gòu)。
[0008]進(jìn)一步的，所述胎心信號(hào)采集裝置還包括無(wú)線通信單元、遠(yuǎn)程終端設(shè)備，所述無(wú)線通信單元與所述數(shù)據(jù)處理單元連接，所述遠(yuǎn)程終端設(shè)備與所述無(wú)線通信單元無(wú)線信號(hào)連接，用于接收經(jīng)數(shù)據(jù)處理單元處理后的胎心信號(hào)。
[0009]采用上述方案后，本發(fā)明的一種胎心信號(hào)采集裝置，采用環(huán)狀超聲多普勒探頭，能夠更好的接收反射到接收晶片上的聲波，并利用小波變換對(duì)胎心信號(hào)進(jìn)行有效的去噪處理，使胎心信號(hào)的周期性能很好地體現(xiàn)出來(lái)，從而更精確地計(jì)算出胎心率，達(dá)到監(jiān)測(cè)胎兒健康狀態(tài)的目的。該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，操作過(guò)程方便智能。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1是本發(fā)明的一種基于小波變換的胎心信號(hào)處理裝置的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。
[0011]圖2是傳統(tǒng)探頭的結(jié)構(gòu)圖。
[0012]圖3是本發(fā)明的超聲多普勒探頭結(jié)構(gòu)圖。
[0013]圖4是經(jīng)過(guò)傳統(tǒng)帶通濾波器濾波后的胎心信號(hào)波形圖。
[0014]圖5是經(jīng)過(guò)本發(fā)明的小波分析后的胎心信號(hào)波形圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面將結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
[0016]如圖2所示，傳統(tǒng)的超聲波探頭發(fā)射晶片和接收晶片靠的很近，發(fā)射信號(hào)總會(huì)有一部分直接耦合到接收晶片中，因此接收晶片所接收的超聲信號(hào)并不完全是由臟器反射的具有多普勒頻移的回波，接收晶片接收到的胎心信號(hào)有噪聲，這對(duì)胎兒的健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)將會(huì)產(chǎn)生影響。
[0017]如圖1和圖3所示，本發(fā)明的一種胎心信號(hào)處理裝置包括帶有接收晶片和發(fā)射晶片的超聲多普勒探頭，所述接收晶片為一個(gè)圓，所述發(fā)射晶片為一個(gè)與所述接收晶片同心的圓環(huán)，這樣接收到的超聲聲場(chǎng)面積較大并成一個(gè)扇形，可以極大提高捕捉胎兒心音信號(hào)的能力，以便于長(zhǎng)時(shí)間監(jiān)護(hù)使用，并且接收晶片的外圓與發(fā)射晶片的內(nèi)圓無(wú)縫銜接。
[0018]所述胎心信號(hào)采集裝置還包括與所述超聲多普勒探頭依次連接的放大電路、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)處理單元，所述數(shù)據(jù)處理單元用于對(duì)經(jīng)放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換后的信號(hào)進(jìn)行小波變換去噪處理。
[0019]所述裝置還包括無(wú)線通信單元、遠(yuǎn)程終端設(shè)備，所述無(wú)線通信單元與數(shù)據(jù)處理單元連接，所述遠(yuǎn)程終端設(shè)備與無(wú)線通信單元無(wú)線信號(hào)連接，用于接收處理后的胎心信息，遠(yuǎn)程終端設(shè)備可以是手機(jī)、平板電腦等，數(shù)據(jù)處理單元可以是CPU、MCU等，無(wú)線通信單元可以是 GSM、CDMA、3G 等。
[0020]一種小波變換采集裝置的實(shí)現(xiàn)方法:將超聲多普勒探頭置于孕婦腹部采集胎兒心音信號(hào)，超聲多普勒探頭將采集到的信號(hào)經(jīng)過(guò)放大電路進(jìn)行放大，放大后的信號(hào)經(jīng)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并傳送給數(shù)據(jù)處理單元，數(shù)據(jù)處理單元通過(guò)小波變換算法對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波去噪處理，最后經(jīng)處理后的信號(hào)通過(guò)無(wú)線通信單元發(fā)送到遠(yuǎn)程終端設(shè)備，由遠(yuǎn)程終端設(shè)備進(jìn)行后期運(yùn)算處理；所述通過(guò)小波變換算法對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波去噪處理具體為，利用db6小波函數(shù)，對(duì)經(jīng)放大和模數(shù)變換后的胎心信號(hào)進(jìn)行3層小波分解，剔除高頻部分并對(duì)低頻部分進(jìn)行重構(gòu)，得到有用信號(hào)。經(jīng)過(guò)小波變換后的信號(hào)更加貼近胎兒原始的心跳信號(hào)，對(duì)胎兒健康狀態(tài)的預(yù)測(cè)更加準(zhǔn)確、可靠。
[0021]如圖4所示，為傳統(tǒng)的帶通濾波器濾波后的胎心信號(hào)波形圖，縱軸為幅值，橫軸為時(shí)間，帶通濾波器參數(shù)設(shè)置為:帶寬為30-250HZ，數(shù)據(jù)采樣率為2000Hz，衰減系數(shù)為80dB，采用FIR數(shù)字濾波器,加Hamming窗,提供線性相位。
[0022]如圖5所示，為·本發(fā)明的經(jīng)小波分析后的胎心信號(hào)波形圖，其中:al為第一次小波重構(gòu)后的信號(hào)幅值，a2為第二次小波重構(gòu)后的信號(hào)幅值，a3為第三次小波重構(gòu)后的信號(hào)幅值，al、a2、a3的橫軸都是時(shí)間。根據(jù)胎心信號(hào)具有信號(hào)弱、信噪比低、非平穩(wěn)的隨機(jī)性特點(diǎn)，利用小波的多分辨分析特性，選擇合適的小波基，優(yōu)化分解層數(shù)，將胎心信號(hào)的高頻部分和低頻部分分離，并剔除高頻部分，得到包含全部胎兒心跳信息的低頻部分，然后對(duì)低頻部分進(jìn)行信號(hào)重構(gòu)，可以大大提高信噪比。為了保證處理的有效性、光滑度和正則性，選取db6小波函數(shù)，它具有雙正交性、緊支撐性、正則性等優(yōu)點(diǎn)，dbN小波系的正則性隨序號(hào)N的增加而增加，可以避免信號(hào)移相，在信號(hào)重構(gòu)時(shí)獲得較好的平滑效果。小波分解層數(shù)的選擇也很重要，小波分解層數(shù)越大，其濾波器的長(zhǎng)度越長(zhǎng)，濾波性能越好，但信號(hào)處理的時(shí)延也越長(zhǎng)，時(shí)域定位性變差。小波分解層數(shù)主要從其頻段劃分特性出發(fā)，根據(jù)有用信號(hào)的頻率來(lái)選擇，本發(fā)明中，數(shù)據(jù)采樣率為2000Hz，通過(guò)理論推導(dǎo)和實(shí)驗(yàn)對(duì)胎心數(shù)據(jù)進(jìn)行3層小波分解，剔除不需要的高頻部分，并對(duì)胎心信號(hào)的低頻部分進(jìn)行重構(gòu)。由圖5可以看出對(duì)原始胎心信號(hào)進(jìn)行3層分解和低頻重構(gòu)后，得到包含全部胎兒心跳信息的低頻部分，而且具有較少的噪聲，信號(hào)的噪聲大大降低了，且信號(hào)有明顯的周期性。而圖4經(jīng)帶通濾波器濾波后的信號(hào)，雖有一定的周期性，但噪聲和干擾仍比較大，信號(hào)信噪比很差。因此小波變換是對(duì)非平穩(wěn)信號(hào)的一種有效的去噪方法。
[0023]以上實(shí)施例僅為說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)思想，不能以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡是按照本發(fā)明提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動(dòng)，均落入本發(fā)明保護(hù)范圍之內(nèi)。`
【權(quán)利要求】
1.一種胎心信號(hào)采集裝置，包括帶有接收晶片和發(fā)射晶片的超聲多普勒探頭，其特征在于:所述接收晶片為一個(gè)圓，所述發(fā)射晶片為一個(gè)與所述接收晶片同心的圓環(huán)，接收晶片的外圓與發(fā)射晶片的內(nèi)圓無(wú)縫銜接。
2.如權(quán)利要求1所述的一種胎心信號(hào)采集裝置，其特征在于:還包括與所述超聲多普勒探頭依次連接的放大電路、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)處理單元，所述數(shù)據(jù)處理單元用于對(duì)經(jīng)放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換后的信號(hào)進(jìn)行小波變換去噪處理。
3.如權(quán)利要求2所述的一種胎心信號(hào)采集裝置，其特征在于:所述小波變換去噪處理方法為，利用db6小波函數(shù)，對(duì)經(jīng)放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換后的信號(hào)進(jìn)行3層小波分解，剔除信號(hào)中的高頻部分并對(duì)低頻部分進(jìn)行重構(gòu)。
4.如權(quán)利要求2或3所述的一種胎心信號(hào)采集裝置，其特征在于:還包括無(wú)線通信單元、遠(yuǎn)程終端設(shè)備，所述無(wú)線通信單元與所述數(shù)據(jù)處理單元連接，所述遠(yuǎn)程終端設(shè)備與所述無(wú)線通信單元無(wú)線信號(hào)連接 。
【文檔編號(hào)】A61B8/02GK103654857SQ201310639250
【公開日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年12月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月4日
【發(fā)明者】黃新安, 吳薇, 葛高發(fā) 申請(qǐng)人:江南大學(xué), 江蘇矽望電子科技有限公司