一種高精度的胎兒心臟監(jiān)測裝置與方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及超聲波無損探測技術(shù)，具體涉及利用超聲波傳播特性監(jiān)測胎兒心臟的裝置與方法。
【背景技術(shù)】
[0002]胎兒先天性心臟病簡稱胎兒先心病。據(jù)報道胎兒先天性心臟病占我國出生嬰兒的80/『12%，意味著我國每年有12萬~20萬的先天性心臟病患兒出生，其中復(fù)雜的、目前治療手段尚不能達(dá)到良好治療效果的或出生后早期易死亡的先心病約占20%，是新生兒及兒童期的主要死亡原因之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每1000個新生兒中約有6個患先天性心臟病，按人口出生率及先天性心臟病發(fā)病率，估計(jì)我國每年有15萬病兒出生。先天性心臟病是危害兒童及成人健康與生命的殘酷“殺手”。
[0003]目前，在胎兒18-20周可以通過心電圖或B超檢測胎兒是否有先天性心臟。如果判斷出先天性心臟病不嚴(yán)重易治愈則可以繼續(xù)妊娠把胎兒生下來；如果是很復(fù)雜的先天性心臟病，出生以后手術(shù)也很難治愈，這種患者可以在懷孕的早期終止妊娠，這對家庭、社會都是有幫助的。但是其實(shí)胎兒發(fā)育6周就有心臟，可是現(xiàn)有的技術(shù)必須接近20周才能探測到胎兒是否患有先天性心臟病，若檢測到患有先天性心臟病，由于目前檢測精度不高，且已經(jīng)懷孕近20周，所以判斷是否嚴(yán)重和是否終止妊娠對于醫(yī)生和家人來說都是一個難題。
[0004]對胎兒進(jìn)行心電圖檢測其基本原理與普通心電圖類似，通過接收胎兒心臟電生理活動的電波，在心電圖紙上描記心臟電生理活動的綜合向量波形。測定胎兒心電圖有宮內(nèi)探測及腹壁探測兩種，前者必須將探查電極經(jīng)陰道置入宮腔，不宜作為孕期監(jiān)護(hù)。腹壁探測將探查電極置于孕婦的腹部，胎心電激勵所產(chǎn)生的微弱電流需通過羊水、羊膜腔、宮壁及母腹壁方能到達(dá)與母體體表相接的電極，故接收信號很弱，通常需在孕16周后測出的胎兒心電圖才能觀察到較為完整的波形，并可對胎兒心電圖圖形形態(tài)作出分析判斷。
[0005]對胎兒進(jìn)行B超檢測，通過發(fā)射超聲波，穿過母腹壁、宮壁、羊膜腔、羊水到達(dá)胎兒再到胎兒心臟，然后經(jīng)過反射后穿過胎兒，經(jīng)過羊水、羊膜腔、宮壁及母腹壁后接收反射的超聲波，由此對胎兒心臟評測。目前B超檢測胎兒心臟的精度不高，主要體現(xiàn)在:
(I)接收的反射超聲波信號微弱，不易檢測到。由于胎兒小，且在母體的子宮羊膜腔內(nèi)，子宮有羊水，發(fā)射波和反射回波都要經(jīng)過母腹壁、宮壁、羊膜腔及羊水，因此傳播路徑長，衰減大，反射超聲波信號微弱。且目前B超是基于線掃描，發(fā)射波多，遇到不同的介質(zhì)反射折射現(xiàn)象嚴(yán)重，反射回波強(qiáng)度小。
[0006](2)發(fā)射的超聲波是脈沖，持續(xù)時間短，很容易漏檢且檢測精度受限。根據(jù)香農(nóng)信息理論，信號攜帶的信息與信號的頻寬時寬積成正比，由于B超硬件目前的換能器只能發(fā)送窄帶信號，若用B超相控陣，其頻帶帶寬也受限于相控陣技術(shù)，而沒有得到較大的提高。因此受其帶寬的限制，使得發(fā)送信號的帶寬窄，而且單純地增加頻率會使發(fā)射的超聲信號的穿透能力變?nèi)?，無法穿透母腹壁、子宮。另外脈沖持續(xù)時間又短，由此可以發(fā)射的超聲波攜帶的信息少。為避免漏檢，需要較長的觀察時間，但是增加觀察時間會增加總的輻射量，對胎兒有影響。
[0007](3)對接收的反射超聲波的檢測是基于幅度的檢測。根據(jù)參數(shù)檢測理論，幅度的檢測精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于頻率的檢測精度。幅度的檢測精度只與信號長度成正比，而幅度的檢測精度與信號長度的立方成正比。
[0008](4)由于檢測物是胎兒，發(fā)射功率受限，觀察時間受限。檢測精度的提高可以通過提高發(fā)射功率來提高發(fā)射信號的信噪比，一是可以增加接收信號的幅度強(qiáng)度，二是可以提高發(fā)射信號攜帶的信息量。但是提高發(fā)射功率會使得輻射增大，對胎兒有影響。增加觀察時間，可以提高發(fā)射信號攜帶的信息量，同時也可以提高接收信號的幅度檢測精度，但是增加觀察時間會增加總的輻射量，對胎兒有影響。
[0009]綜上，受到發(fā)送信號類型、觀察時間、所用頻率、一定的發(fā)射功率的相互制約和影響，使得目前的B超檢測的精度不高，有改進(jìn)的空間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]針對目前對胎兒心臟的監(jiān)測方法精度不高使得在胎兒比較大時才能判斷出是否患有先天性心臟病，本發(fā)明提出一種高精度的胎兒心臟監(jiān)測裝置與方法。該方法通過裝置的多頻扇形拼盤式發(fā)射端發(fā)射一個連續(xù)寬頻的超聲信號，并且實(shí)現(xiàn)發(fā)射能量匯聚于發(fā)射點(diǎn)，發(fā)射波穿過母體子宮后到達(dá)胎兒心臟，心臟的跳動會引起反射回波反射位置和強(qiáng)度的變化，高靈敏度陣列接收端接收反射回波，通過尋找反射參考點(diǎn)來尋找胎兒心臟，再通過單點(diǎn)發(fā)射，多路接收來測評胎兒的心臟。本發(fā)明通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
一種高精度的胎兒心臟監(jiān)測裝置，其特征在于裝置包括多頻扇形拼盤式發(fā)射端和高靈敏度陣列接收端組成的探測端，以及后臺處理系統(tǒng)。多頻扇形拼盤式發(fā)射端和高靈敏度陣列接收端組裝在一起形成和探測物接觸的探測端，多頻扇形拼盤式發(fā)射端實(shí)現(xiàn)點(diǎn)發(fā)射，高靈敏度陣列接收端對發(fā)射點(diǎn)周圍的小鄰域(即是鄰近發(fā)射點(diǎn)的小區(qū)域)的反射回波進(jìn)行接收，以此來進(jìn)行小區(qū)域的掃描。探測端與后臺處理系統(tǒng)可以通過有線或者無線的方式連接。后臺處理系統(tǒng)主要是產(chǎn)生發(fā)送的寬頻信號和對接收的的寬頻信號進(jìn)行處理、存儲以及顯不O
[0011]作為上述高精度的胎兒心臟監(jiān)測裝置的優(yōu)化方案，所述的多頻扇形拼盤式發(fā)射端，為倒立椎體形狀，其頂部為很多不同面積的扇形拼盤拼接在一起，椎體的底部為該椎體的匯聚點(diǎn)，也是多頻扇形拼盤式發(fā)射端的發(fā)射點(diǎn)，發(fā)射能量匯聚在此，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)發(fā)射，由此帶來較大的局部壓強(qiáng)，容易穿透母體子宮，實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)發(fā)射。椎體的內(nèi)部為透聲性能好的材料填充，側(cè)表面被非透聲材料包裹，使得超聲只在椎體里面?zhèn)鞑?。多頻扇形拼盤式發(fā)射端還配有相應(yīng)的發(fā)射電路單元，實(shí)現(xiàn)對后臺處理系統(tǒng)傳過來的要發(fā)送的寬頻信號的接收、緩存和分頻為多路信號，然后對每路信號進(jìn)行功率放大。
[0012]作為上述高精度的胎兒心臟監(jiān)測裝置的優(yōu)化方案，所述的多頻扇形拼盤式發(fā)射端的頂部的多個拼盤，每個拼盤實(shí)現(xiàn)一路信號的窄帶發(fā)射，相當(dāng)于一個窄帶探頭，多個窄帶拼接在一起組成一個寬帶發(fā)射器，由此可以發(fā)射寬頻信號，減少發(fā)送信號的時間，即是變短觀察時間，以降低對胎兒的影響。每路信號在發(fā)射之前經(jīng)過發(fā)射電路單元中與之匹配的窄帶功放進(jìn)行功率放大。
[0013]作為上述高精度的胎兒心臟監(jiān)測裝置的優(yōu)化方案，所述的高靈敏度陣列接收端，為一接收陣列，由若干個半徑大小不等的環(huán)形陣列組成，每個環(huán)形陣列封裝好后由大到小套在多頻扇形拼盤式發(fā)射端椎體的側(cè)表面，或者若干個環(huán)形陣列由小到大排列封裝成為一個圓環(huán)盤，黏在多頻扇形拼盤式發(fā)射端椎體的底部。高靈敏度陣列可以由電容式微加工超聲探頭或薄膜等多類型的探頭組成。每個環(huán)形陣列由同一種探頭組成，每個環(huán)形陣列所有探頭圍繞在多頻扇形拼