專利名稱：非線性胎兒心率檢測(cè)儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)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(cè)儀器；國(guó)際專利分類號(hào)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(cè)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(hào)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(cè)中，醫(yī)生采用傳統(tǒng)的胎兒心率監(jiān)護(hù)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(yàn)診斷胎兒疾病與胎兒健康狀況。因醫(yī)生個(gè)體間的差異，診斷無(wú)統(tǒng)一的客觀標(biāo)準(zhǔn)。
發(fā)明人采用非線性動(dòng)力學(xué)方法研究胎兒的生長(zhǎng)發(fā)育及分娩前瞬時(shí)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(yàn)判斷，沒有統(tǒng)一的客觀標(biāo)準(zhǔn)。本實(shí)用新型研制的非線性胎兒心率檢測(cè)儀可記錄胎兒的瞬時(shí)心率，并依據(jù)非線性動(dòng)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(gè)視角分析胎兒健康狀況?？勺鞫ㄐ耘c定量統(tǒng)計(jì)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(shí)用新型的目的是提供一種非線性胎兒心率檢測(cè)儀，它不僅能通過計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)顯示、記錄與存儲(chǔ)胎兒的心率信號(hào)，而且能采用非線性動(dòng)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(shí)用新型采用超聲多普勒傳感器提取出胎兒的心音信號(hào)，然后利用胎兒心率信號(hào)提取器從胎兒心音的音頻信號(hào)中提取出音頻信號(hào)的包絡(luò)，且將音頻信號(hào)的包絡(luò)轉(zhuǎn)換為與之相對(duì)應(yīng)的方波信號(hào)，使得一個(gè)方波信號(hào)與一次胎兒心跳相對(duì)應(yīng)；將由胎兒心率信號(hào)提取器得到的方波信號(hào)傳遞給PC6360模/數(shù)入接口卡，完成胎兒心率信號(hào)的模/數(shù)轉(zhuǎn)換，并傳遞給非線性計(jì)算機(jī)分析處理器，由非線性計(jì)算機(jī)分析處理器根據(jù)相鄰兩次方波的時(shí)間間隔計(jì)算出瞬時(shí)胎兒心率，非線性計(jì)算機(jī)分析處理器進(jìn)一步可完成瞬時(shí)胎兒心率信號(hào)的數(shù)據(jù)及圖形的實(shí)時(shí)顯示、重現(xiàn)，以及數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，非線性計(jì)算機(jī)分析處理器的非線性動(dòng)力學(xué)參數(shù)計(jì)算部分可以計(jì)算胎兒心率信號(hào)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(duì)應(yīng)關(guān)系，做出診斷建議。
本實(shí)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(hào)，利用胎兒心率信號(hào)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(hào)中提取出音頻信號(hào)的包絡(luò)(圖2-7所示)，使得一個(gè)胎兒心音信號(hào)的包絡(luò)與一次胎兒心跳相對(duì)應(yīng)，經(jīng)過零比較電路(圖8)后，使一個(gè)心音信號(hào)的包絡(luò)對(duì)應(yīng)于一個(gè)方波信號(hào)；將胎兒心率信號(hào)提取器得到的方波信號(hào)傳遞給PC6360模/數(shù)接口卡，完成胎兒心率信號(hào)的模/數(shù)轉(zhuǎn)換并傳遞給非線性計(jì)算機(jī)分析處理器，由非線性計(jì)算機(jī)分析處理器根據(jù)相鄰兩次方波的時(shí)間間隔計(jì)算出瞬時(shí)胎兒心率同時(shí)進(jìn)一步可完成瞬時(shí)胎兒心率信號(hào)的數(shù)據(jù)及圖形顯示、重現(xiàn)，以及數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，非線性計(jì)算機(jī)分析處理器可以計(jì)算胎兒心率信號(hào)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(shí)心率信號(hào)的非線性動(dòng)力學(xué)參量的不同分布與胎兒健康狀況的對(duì)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(hào)，隨后連接的是由電阻器R1、電容器C1及運(yùn)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(yùn)算放大器μA741的管腳6連接著的是由電阻器R2、R3、R4、R5與運(yùn)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(yùn)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(yùn)算放大器μA741組成的方波發(fā)生器(如圖3所示)，運(yùn)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(shí)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(gè)運(yùn)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(gè)運(yùn)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(gè)運(yùn)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(gè)運(yùn)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(gè)運(yùn)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(gè)μA741芯片的引腳6與電阻器R42、R43、R44及一個(gè)運(yùn)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(yùn)算放大器μA741的引腳3連接，此運(yùn)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(hào)，首先經(jīng)過電纜跟隨器，然后是放大器，接著心音信號(hào)與95Hz方波信號(hào)進(jìn)行相干檢波，相干檢波后的信號(hào)，連續(xù)通過2個(gè)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(duì)信號(hào)進(jìn)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(jì)算機(jī)分析處理器。最后運(yùn)用非線性計(jì)算機(jī)分析處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與分析。
所述的非線性計(jì)算機(jī)分析處理器裝有由VB高級(jí)語(yǔ)言編制的人機(jī)交互界面和VC高級(jí)語(yǔ)言編制的非線性動(dòng)力學(xué)分析軟件包的工作界，并使用TC高級(jí)語(yǔ)言編制了非線性動(dòng)力學(xué)分析軟件包中的分析軟件。
本實(shí)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(dòng)力學(xué)原理通過對(duì)瞬時(shí)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(cè)的基線及其波動(dòng)直接判斷胎兒健康)；
(2)指導(dǎo)計(jì)劃生育通過對(duì)胎兒健康狀況的分析與研究對(duì)改善人口健康狀況，提高人口素質(zhì)具有十分深遠(yuǎn)的意義。
(3)價(jià)格便宜，市場(chǎng)前景看好，經(jīng)二次開發(fā)可在全國(guó)縣級(jí)以上醫(yī)院推廣使用。
本實(shí)用新型可在縣級(jí)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(jì)效益與社會(huì)效益明顯。


圖1為本實(shí)用新型整體示意方框圖；圖2為本實(shí)用新型放大電路；圖3為本實(shí)用新型方波發(fā)生器；圖4為本實(shí)用新型乘法器；圖5為本實(shí)用新型低通濾波；圖6為本實(shí)用新型低通濾波；圖7為本實(shí)用新型過零及低通濾波；圖8為本實(shí)用新型過零比較及限幅。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例本實(shí)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(hào)提取器；③胎兒心率信號(hào)提取器與PC6360模/數(shù)接口卡聯(lián)接，完成胎兒心率信號(hào)的模/數(shù)轉(zhuǎn)換；④非線性計(jì)算機(jī)分析處理器；
以下結(jié)合附圖進(jìn)一步敘述本實(shí)用新型，所述的胎兒心音信號(hào)由超聲多譜勒探頭采集進(jìn)來(lái)，隨后連接的是由電阻器R1、電容器C1及運(yùn)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(yùn)算放大器μA741的引腳6連接著的是由電阻器R2、R3、R4、R5與運(yùn)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(hào)經(jīng)過放大后，輸入乘法器MC1495的引腳9，心音信號(hào)與方波信號(hào)進(jìn)行相干檢波；由電阻器R13、R14、R15、R16，穩(wěn)壓二極管D1、D2及運(yùn)算放大器μA741組成的方波發(fā)生器(如圖3所示)，運(yùn)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(shí)引腳14直接接地，相干檢波后得到心音信號(hào)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(gè)運(yùn)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(gè)運(yùn)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(gè)運(yùn)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(hào)由第三個(gè)運(yùn)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(duì)信號(hào)進(jìn)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(gè)運(yùn)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(gè)運(yùn)算放大器μA741的引腳6與電阻器R42、R43、R44及一個(gè)運(yùn)算放大器μA741組成的放大器(如圖8所示)，對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大；放大后的信號(hào)經(jīng)過零比較(如圖8所示)后得到心音包絡(luò)的方波信號(hào)，經(jīng)電壓限幅電路(如圖8所示)，去掉信號(hào)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(jì)算機(jī)分析處理器。由非線性計(jì)算機(jī)分析處理器根據(jù)記錄的相鄰兩次方波的時(shí)間間隔，計(jì)算出瞬時(shí)胎兒心率。
前述運(yùn)算放大器可以用NE532等高集成度的運(yùn)算放大器來(lái)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(yùn)算放大器μA741。我們也可以用集成度更高的運(yùn)算放大器，例如使用運(yùn)算放大器NE5532等來(lái)代替運(yùn)算放大器μA741。
非線性胎兒心率檢測(cè)儀的操作界面，是用Visual-Basic高級(jí)語(yǔ)言編制，由三個(gè)部分組成首先是一個(gè)彈出界面，然后是一個(gè)患者信息錄入界面，可以輸入患者的姓名、年齡、病例號(hào)及妊娠周數(shù)，最后是工作界面。
工作界面可以實(shí)現(xiàn)以下功能(1)瞬時(shí)胎兒心率信號(hào)的實(shí)時(shí)顯示與記錄，40-240bpm；(2)瞬時(shí)胎兒心率信號(hào)的報(bào)警顯示，即當(dāng)瞬時(shí)胎兒心率值低于120bpm，或高于160bpm，且持續(xù)20秒時(shí)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(cè)儀使用VC高級(jí)語(yǔ)言編制了非線性動(dòng)力學(xué)分析軟件包的工作界面，并使用TC高級(jí)語(yǔ)言編制了計(jì)算程序；可以計(jì)算胎兒心率信號(hào)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(dòng)力學(xué)參量與不同胎兒健康狀況的對(duì)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(cè)儀，是由超聲多普勒傳感器、胎兒心率信號(hào)提取器、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器和非線性計(jì)算機(jī)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(hào)，連接由電阻器R1、電容器C1及運(yùn)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(yùn)算放大器μA741的管腳6連接著的是由電阻器R2、R3、R4、R5與運(yùn)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(yùn)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(yùn)算放大器μA741組成的方波發(fā)生器，運(yùn)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(shí)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(gè)運(yùn)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(gè)運(yùn)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(gè)運(yùn)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(gè)運(yùn)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(gè)運(yùn)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(gè)μA741芯片的引腳6與電阻器R42、R43、R44及一個(gè)運(yùn)算放大器μA741芯片組成的放大器，放大器的引腳6與運(yùn)算放大器μA741的引腳3連接，此運(yùn)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(jì)算機(jī)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(cè)儀，其特征是所述的非線性計(jì)算機(jī)分析處理器裝有由VB高級(jí)語(yǔ)言編制的人機(jī)交互界面和VC高級(jí)語(yǔ)言編制的非線性動(dòng)力學(xué)分析軟件包的工作界，并使用TC高級(jí)語(yǔ)言編制了非線性動(dòng)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(cè)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(hào)，然后利用胎兒心率信號(hào)提取器從胎兒心音的音頻信號(hào)中提取出音頻信號(hào)的包絡(luò)，將由胎兒心率信號(hào)提取器得到的方波信號(hào)傳遞給PC6360模/數(shù)入接口卡，完成胎兒心率信號(hào)的模/數(shù)轉(zhuǎn)換，并傳遞給非線性計(jì)算機(jī)分析處理器，根據(jù)相鄰兩次方波的時(shí)間間隔計(jì)算出瞬時(shí)胎兒心率，完成瞬時(shí)胎兒心率信號(hào)的數(shù)據(jù)及圖形的實(shí)時(shí)顯示、重現(xiàn)，以及數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，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(duì)應(yīng)關(guān)系，做出診斷建議指導(dǎo)臨床、指導(dǎo)計(jì)劃生育、提高人口素質(zhì)。本實(shí)用新型具有價(jià)格便宜，市場(chǎng)前景看好，可在全國(guó)縣級(jí)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(jì)效益與社會(huì)效益明顯的積極效果。
文檔編號(hào)A61B5/024GK2675047SQ20042001157
公開日2005年2月2日 申請(qǐng)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(qǐng)人:肖青