專利名稱：基于無(wú)線探頭的胎兒監(jiān)護(hù)系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及醫(yī)療器械領(lǐng)域，特別是涉及胎兒監(jiān)護(hù)系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
胎兒監(jiān)護(hù)(fetal surveillance)是釆用生物物理和生物化學(xué)的手段，對(duì)胎兒宮 內(nèi)發(fā)育和安危狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)的方法。胎兒監(jiān)護(hù)是保障產(chǎn)婦和胎兒安全、實(shí)現(xiàn) 優(yōu)生優(yōu)育的重要手段。傳統(tǒng)的胎兒監(jiān)護(hù)多指胎兒心動(dòng)電子監(jiān)護(hù)(Electronic Fetal HeartRate Monitoring, EFM)和胎心宮縮監(jiān)護(hù)(cardiotocography, CTG)。隨 著社會(huì)對(duì)母嬰健康和安全要求日益提高，對(duì)胎兒發(fā)育的生理和病理的研究成 為一項(xiàng)重要的課題。但目前的胎兒監(jiān)護(hù)普遍存在問(wèn)題
首先，由于懷孕期孕婦需要一種能提供長(zhǎng)時(shí)間監(jiān)護(hù)和咨詢的儀器，由于 時(shí)間長(zhǎng)，要求能在一個(gè)比較自由、舒適的環(huán)境中進(jìn)行，這就對(duì)胎兒宮壓監(jiān)護(hù) 裝置及方法提出更高的要求。特別地在分娩過(guò)程中，產(chǎn)婦的運(yùn)動(dòng)、體位的變 化將拉扯監(jiān)護(hù)裝置的導(dǎo)聯(lián)線導(dǎo)致壓力傳感器與產(chǎn)婦接觸不良或產(chǎn)生位置偏 差，從而出現(xiàn)監(jiān)護(hù)參數(shù)的誤差。同時(shí)，各種導(dǎo)線在產(chǎn)婦身上纏繞帶來(lái)了十分 不便和不適，嚴(yán)重時(shí)甚至影響到產(chǎn)婦的生理和心理狀況。特別在長(zhǎng)時(shí)間監(jiān)護(hù) 或水中分娩的時(shí)候，這些缺點(diǎn)尤其明顯。其次，現(xiàn)在醫(yī)院使用的胎兒監(jiān)護(hù)儀 因受到探頭連接線纜的限制， 一臺(tái)只能監(jiān)測(cè)l個(gè)病人，造成工作成本高、占地 多、效率低等缺點(diǎn)。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是針對(duì)上述問(wèn)題的存在，提供一種利用無(wú)線通信傳輸技術(shù) 將胎兒表示生命特征的生理數(shù)據(jù)信號(hào)無(wú)線傳輸?shù)奖O(jiān)護(hù)裝置主機(jī)的、既充分保 證孕產(chǎn)婦不受線纜限制而可自由活動(dòng)的，又可有效保證各監(jiān)護(hù)參數(shù)的可靠性 及準(zhǔn)確性，并方便醫(yī)護(hù)人員及時(shí)可靠地進(jìn)行臨床搡作的無(wú)線監(jiān)護(hù)系統(tǒng)及方法。
本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的
一種基于無(wú)線探頭的胎兒監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，其特征在于包括監(jiān)護(hù)主機(jī)和至少一 個(gè)無(wú)線胎兒監(jiān)護(hù)探頭和/或一個(gè)無(wú)線宮壓探頭，其中各無(wú)線胎兒監(jiān)護(hù)探頭或無(wú) 線宮壓探頭將采集到的胎兒心動(dòng)信號(hào)、宮壓信號(hào)、胎動(dòng)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制處理后 通過(guò)無(wú)線傳輸?shù)姆绞桨l(fā)送到監(jiān)護(hù)主機(jī)，監(jiān)護(hù)主機(jī)接收到所述的胎兒心動(dòng)數(shù)據(jù)、 宮壓數(shù)據(jù)、胎動(dòng)數(shù)據(jù)后進(jìn)行數(shù)字信號(hào)濾波及自相關(guān)運(yùn)算處理得到胎兒生理信 息并將其進(jìn)行存貯與顯示和/或打印。
上述監(jiān)護(hù)主機(jī)包括依序連接的至少 一個(gè)無(wú)線接收模塊、數(shù)字信號(hào)處理模 塊、主控模塊、顯示模塊，其中各無(wú)線接收模塊分別將接收到的胎兒心動(dòng)數(shù) 據(jù)、宮壓數(shù)據(jù)、胎動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)預(yù)處理后得到對(duì)應(yīng)的胎兒心動(dòng) 信號(hào)、宮壓信號(hào)、胎動(dòng)信號(hào)，并將所述各胎兒心動(dòng)信號(hào)、宮壓信號(hào)、胎動(dòng)信
號(hào)分別輸出到數(shù)字信號(hào)處理電路進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換與采樣、數(shù)字信號(hào)濾波及自相關(guān) 運(yùn)算的數(shù)字信號(hào)處理，主控模塊通過(guò)串口或SPI接口與數(shù)字信號(hào)處理電路連接 并從數(shù)字信號(hào)處理電路讀取胎兒心動(dòng)數(shù)據(jù)、宮壓數(shù)據(jù)及胎動(dòng)數(shù)據(jù)及對(duì)各數(shù)據(jù) 進(jìn)行存貯，并將各數(shù)據(jù)傳送到顯示模塊進(jìn)行顯示，并控制和協(xié)調(diào)各無(wú)線接收 模塊及數(shù)字信號(hào)處理電路的工作方式。
上述無(wú)線胎兒監(jiān)護(hù)探頭包括依序連接組成為一體的超聲發(fā)射模塊、超聲 換能器、超聲解調(diào)模塊和無(wú)線通信模塊，其中，超聲發(fā)射模塊驅(qū)動(dòng)超聲換能器產(chǎn)生超聲波，且超聲換能器接收超聲回波信號(hào)并對(duì)超聲回波信號(hào)進(jìn)行聲電 轉(zhuǎn)換處理，經(jīng)超聲換能器處理后的超聲回波電信號(hào)輸入到超聲解調(diào)模塊進(jìn)行 解調(diào)處理，提取出胎兒心動(dòng)信號(hào)，提取的胎兒心動(dòng)信號(hào)再輸入到無(wú)線通信模 塊并由無(wú)線通信模塊將所述的胎兒心動(dòng)信號(hào)傳輸?shù)奖O(jiān)護(hù)主機(jī)的無(wú)線接收模塊。
上述無(wú)線宮壓探頭包括依序連接組成為一體的壓力傳感器、宮壓信號(hào)處 理電路和無(wú)線通信模塊，其中，壓力傳感器將孕婦腹部的宮壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成電 信號(hào)并將該電信號(hào)輸出到宮壓信號(hào)處理電路，宮壓信號(hào)處理電路對(duì)該電信號(hào)
進(jìn)行放大濾波處理后將其輸入到無(wú)線通信模塊并由無(wú)線通信模塊將所述的宮 壓電信號(hào)傳輸?shù)奖O(jiān)護(hù)主機(jī)的無(wú)線接收模塊。
此時(shí)，上述無(wú)線通信模塊的結(jié)構(gòu)組成多種多樣，既可以是上述無(wú)線通信
模塊為FM調(diào)制傳輸模塊，上述胎兒心動(dòng)信號(hào)或?qū)m壓信號(hào)或胎動(dòng)信號(hào)經(jīng)FM調(diào)制 傳輸模塊利用FM調(diào)制技術(shù)進(jìn)行FM調(diào)制后發(fā)射給胎兒監(jiān)護(hù)主機(jī)的無(wú)線接收裝 置。也可以是上述無(wú)線通信模塊為數(shù)字無(wú)線通信傳輸模塊，此時(shí)上述胎兒心 動(dòng)信號(hào)或?qū)m壓信號(hào)或胎動(dòng)信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換和壓縮編碼的數(shù)字信號(hào)處理后通過(guò) 近距離通信傳輸模塊NFC或ZigBee通信傳輸模塊或藍(lán)牙通信傳輸模塊或其他 數(shù)字通信傳輸模塊發(fā)射給胎兒監(jiān)護(hù)主機(jī)的無(wú)線接收裝置。
同時(shí)，為進(jìn)一步適應(yīng)水中分娩這種既安全又可減輕孕婦分娩疼痛的新興 分娩技術(shù)的需要，上述無(wú)線胎兒監(jiān)護(hù)探頭或無(wú)線宮壓探頭還分別包括有密封 式防水外殼，上述無(wú)線胎心監(jiān)護(hù)探頭的超聲發(fā)射模塊、超聲換能器、超聲解 調(diào)模塊和無(wú)線通信模塊或無(wú)線宮壓探頭的壓力傳感器、宮壓信號(hào)處理電路和
無(wú)線通信模塊均密封裝置于各自的外殼內(nèi)。 一種無(wú)線基于無(wú)線探頭的胎兒監(jiān)護(hù)方法，其特點(diǎn)是包括以下步驟 (1 )、超聲發(fā)射模塊驅(qū)動(dòng)超聲換能器產(chǎn)生和發(fā)射超聲波；
(2 )、超聲換能器接收對(duì)應(yīng)的超聲回波信號(hào)并將超聲回波信號(hào)進(jìn)行聲電
轉(zhuǎn)換得到超聲回波電信號(hào)并將該超聲回波電信號(hào)輸出到超聲解調(diào)模塊，同時(shí)
壓力傳感器將孕產(chǎn)婦的腹部壓力轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出到宮壓信號(hào)處理電路；
(3 )、超聲解調(diào)模塊對(duì)超聲回波電信號(hào)進(jìn)行解調(diào)處理提取得到胎兒心動(dòng)
信號(hào)并將該胎兒心動(dòng)信號(hào)輸出到無(wú)線通信模塊，同時(shí)宮壓信號(hào)處理電路對(duì)電
信號(hào)進(jìn)行放大濾波處理后將其送到無(wú)線通信模塊；
(4 )、無(wú)線通信模塊將胎兒心動(dòng)信號(hào)及宮壓信號(hào)分別進(jìn)行信號(hào)調(diào)制處理 后發(fā)射給胎J L監(jiān)護(hù)主機(jī)的無(wú)線接收^t塊；
(5) 、無(wú)線接收模塊將接收到的胎兒心動(dòng)數(shù)據(jù)、宮壓數(shù)據(jù)、胎動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn) 行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)預(yù)處理后得到對(duì)應(yīng)的胎兒心動(dòng)信號(hào)、宮壓信號(hào)、胎動(dòng)信號(hào)， 并將所述各胎兒心動(dòng)信號(hào)、宮壓信號(hào)、胎動(dòng)信號(hào)分別輸出到數(shù)字信號(hào)處理電
路；
(6) 、數(shù)字信號(hào)處理電路對(duì)上述各胎兒心動(dòng)信號(hào)、宮壓信號(hào)、胎動(dòng)信號(hào) 進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換與采樣、數(shù)字信號(hào)濾波及自相關(guān)運(yùn)算的數(shù)字信號(hào)處理；
(7 )、主控模塊通過(guò)串口或SPI接口與數(shù)字信號(hào)處理電路連接并以數(shù)字信 號(hào)處理電路讀取胎兒心動(dòng)數(shù)據(jù)、宮壓數(shù)據(jù)及胎動(dòng)數(shù)據(jù)及對(duì)各數(shù)據(jù)進(jìn)行存貯， 并將各數(shù)據(jù)傳送到顯示模塊進(jìn)行顯示，并控制和協(xié)調(diào)各無(wú)線接收模塊及數(shù)字
信號(hào)處理電路的工作方式。
其中，上述步驟(4)中的信號(hào)調(diào)制處理既可以為采用FM調(diào)制的調(diào)頻處理 方法。也可以是上述步驟(4)中的信號(hào)調(diào)制處理方法包括以下步驟
(4.1 )、先將胎兒心動(dòng)信號(hào)或?qū)m壓信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換得到胎兒心動(dòng)數(shù)字信
息或?qū)m壓數(shù)字信息；
(4.2 )、將上述胎兒心動(dòng)信息或?qū)m壓數(shù)字信息通過(guò)MCU或DSP進(jìn)行壓縮編
碼的數(shù)字信號(hào)處理；
(4.3 )、將經(jīng)壓縮編碼后的胎兒心動(dòng)信息或?qū)m壓數(shù)字信息通過(guò)近距離通信
傳輸模塊NFC或ZigBee通信傳輸模塊或藍(lán)牙通信傳輸模塊或其他數(shù)字通信傳
輸模塊發(fā)射給胎兒監(jiān)護(hù)主機(jī)的無(wú)線接收裝置。
本發(fā)明由于巧妙地采用將無(wú)線通信技術(shù)與負(fù)責(zé)胎兒生命特征生理數(shù)據(jù)的 采集的各監(jiān)護(hù)探頭相結(jié)合為一體的結(jié)構(gòu)，將胎兒信號(hào)采集裝置與監(jiān)護(hù)主機(jī)相 分離，從而有效保證孕產(chǎn)婦不必再受監(jiān)護(hù)主機(jī)的約束，可以自由方便地進(jìn)行 活動(dòng)，既減輕了心理負(fù)擔(dān)，有效改善孕產(chǎn)婦的生理和心理狀況，又可以充分 保證各監(jiān)護(hù)參數(shù)的可靠性與準(zhǔn)確性，并大大地方便了醫(yī)護(hù)人員及時(shí)可靠地進(jìn) 行臨床操作。而且通過(guò)無(wú)線功能擴(kuò)展，使一臺(tái)監(jiān)護(hù)儀主機(jī)可以支持多路無(wú)線/ 有線探頭混合接入，有效保證一臺(tái)監(jiān)護(hù)儀可以同時(shí)接收多個(gè)孕產(chǎn)婦的胎兒生 理信號(hào)，不但解決了有線胎兒監(jiān)護(hù)探頭連線對(duì)孕婦的束縛、儀器對(duì)醫(yī)學(xué)空間 要求大和孕婦很難移動(dòng)等問(wèn)題，同時(shí)降低了監(jiān)護(hù)成本、提高了監(jiān)護(hù)儀的使用 效率，適用于產(chǎn)前、臨產(chǎn)及產(chǎn)程的連續(xù)胎兒監(jiān)護(hù)。特別地，各無(wú)線探頭采用 的密封式防水外殼結(jié)構(gòu)，使本發(fā)明能方便地適應(yīng)水中分娩這種既安全又可減 輕孕婦分娩疼痛的新興分娩技術(shù)的需要，進(jìn)一步擴(kuò)大了本發(fā)明的應(yīng)用范圍。
以下結(jié)合附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)及工作過(guò)程


圖1是本發(fā)明所述的無(wú)線胎兒監(jiān)護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖； 圖2是本發(fā)明所述的超聲脈沖產(chǎn)生電路原理圖3是本發(fā)明所述的超聲驅(qū)動(dòng)電路；
圖4是本發(fā)明所述的超聲回波信號(hào)選頻放大電路原理圖5是本發(fā)明所述的超聲信號(hào)解調(diào)、濾波放大電路原理圖6是本發(fā)明所述的基于upc1651的FM無(wú)線收發(fā)模塊電路；
圖7是本發(fā)明所述的基于分立元件的遠(yuǎn)距離FM無(wú)線收發(fā)模塊電路;
圖8是本發(fā)明所述的nRF24El無(wú)線收發(fā)電路；
圖9是本發(fā)明所述的MC13192無(wú)線收發(fā)電路；
圖10是本發(fā)明所述的C8051F020與MC13192的接口電路；
圖11是本發(fā)明所述的ADuC812與ROK101008的接口電路；
圖12是本發(fā)明所述的無(wú)線探頭充電電路；
圖13是本發(fā)明所述的液晶顯示接口電路；
圖14是本發(fā)明所述的防水外殼的上蓋；
圖15是本發(fā)明所述的防水外殼的下蓋；
圖16是本發(fā)明所述的防水外殼的電池倉(cāng)；
圖17是本發(fā)明所述的防水外殼的電池蓋；
圖18是本發(fā)明所述的無(wú)線胎心監(jiān)護(hù)裝置的外觀圖19是無(wú)線胎心監(jiān)護(hù)裝置的使用示意圖。
圖20是本發(fā)明所述的無(wú)線胎兒監(jiān)護(hù)儀原理框圖21是本發(fā)明所述的無(wú)線接收模塊結(jié)構(gòu)框圖
圖22是本發(fā)明所述的信號(hào)預(yù)處理電路原理圖23是本發(fā)明所述的數(shù)字信號(hào)處理模塊的電路原理圖24是本發(fā)明所述的主控才莫塊的原理框圖25是本發(fā)明所述的液晶顯示模塊接口的原理圖26是本發(fā)明所述的ADS7843觸摸屏控制器與XScale微處理器的硬件連
線示意圖
圖27是本發(fā)明所述的打印模塊原理框圖；
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明所述的基于無(wú)線探頭的胎兒監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，包括監(jiān)護(hù)主機(jī)和至少一個(gè) 無(wú)線胎兒監(jiān)護(hù)探頭和/或一個(gè)無(wú)線宮壓探頭，其中各無(wú)線胎兒監(jiān)護(hù)探頭或無(wú)線 宮壓探頭將采集到的胎兒心動(dòng)信號(hào)、宮壓信號(hào)、胎動(dòng)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制處理后通 過(guò)無(wú)線傳輸?shù)姆绞桨l(fā)送到監(jiān)護(hù)主機(jī)，監(jiān)護(hù)主機(jī)接收到所述的胎兒心動(dòng)數(shù)據(jù)、 宮壓數(shù)據(jù)、胎動(dòng)數(shù)據(jù)后進(jìn)行數(shù)字信號(hào)濾波及自相關(guān)運(yùn)算處理得到胎兒生理信 息并將其進(jìn)行存貯與顯示和/或打印。
其中上述監(jiān)護(hù)主機(jī)包括依序連接的至少一個(gè)無(wú)線接收模塊、數(shù)字信號(hào)處 理模塊、主控模塊、顯示模塊，其中各無(wú)線接收模塊分別將接收到的胎兒心 動(dòng)數(shù)據(jù)、宮壓數(shù)據(jù)、胎動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)預(yù)處理后得到對(duì)應(yīng)的胎兒 心動(dòng)信號(hào)、宮壓信號(hào)、胎動(dòng)信號(hào)，并將所述各胎兒心動(dòng)信號(hào)、宮壓信號(hào)、胎 動(dòng)信號(hào)分別輸出到數(shù)字信號(hào)處理電路進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換與采樣、數(shù)字信號(hào)濾波及自 相關(guān)運(yùn)算的數(shù)字信號(hào)處理，主控模塊通過(guò)串口或SPI接口與數(shù)字信號(hào)處理電路 連接并從數(shù)字信號(hào)處理電路讀取胎兒心動(dòng)數(shù)據(jù)、宮壓數(shù)據(jù)及胎動(dòng)數(shù)據(jù)及對(duì)各 數(shù)據(jù)進(jìn)行存貯，并將各數(shù)據(jù)傳送到顯示模塊進(jìn)行顯示，并控制和協(xié)調(diào)各無(wú)線 接收模塊及數(shù)字信號(hào)處理電路的工作方式。上述無(wú)線胎兒監(jiān)護(hù)探頭包括依序 連接組成為一體的超聲發(fā)射模塊、超聲換能器、超聲解調(diào)模塊和無(wú)線通信模 塊，其中，超聲發(fā)射模塊驅(qū)動(dòng)超聲換能器產(chǎn)生超聲波，且超聲換能器接收超
聲回波信號(hào)并對(duì)超聲回波信號(hào)進(jìn)行聲電轉(zhuǎn)換處理，經(jīng)超聲換能器處理后的超 聲回波電信號(hào)輸入到超聲解調(diào)模塊進(jìn)行解調(diào)處理，提取出胎兒心動(dòng)信號(hào)，提 取的胎兒心動(dòng)信號(hào)再輸入到無(wú)線通信模塊并由無(wú)線通信模塊將所述的胎兒心 動(dòng)信號(hào)傳輸?shù)奖O(jiān)護(hù)主機(jī)的無(wú)線接收模塊。上述無(wú)線宮壓探頭包括依序連接組 成為一體的壓力傳感器、宮壓信號(hào)處理電路和無(wú)線通信模塊，其中，壓力傳 感器將孕婦腹部的宮壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)并將該電信號(hào)輸出到宮壓信號(hào)處理
信模塊并由無(wú)線通信模塊將所述的宮壓電信號(hào)傳輸?shù)奖O(jiān)護(hù)主機(jī)的無(wú)線接收模塊。
此時(shí)上述無(wú)線通信模塊為FM調(diào)制傳輸模塊，上述胎兒心動(dòng)信號(hào)或?qū)m壓信 號(hào)或胎動(dòng)信號(hào)經(jīng)FM調(diào)制傳輸才莫塊利用FM調(diào)制技術(shù)進(jìn)行FM調(diào)制后發(fā)射給監(jiān)護(hù) 主機(jī)的無(wú)線接收模塊。上述無(wú)線通信模塊為數(shù)字無(wú)線通信傳輸模塊，其中上 述胎兒心動(dòng)信號(hào)或?qū)m壓信號(hào)或胎動(dòng)信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換和壓縮編碼的數(shù)字信號(hào)處 理后通過(guò)近距離通信傳輸模塊NFC或ZigBee通信傳輸模塊或藍(lán)牙通信傳輸模 塊或其他數(shù)字通信傳輸模塊發(fā)射給監(jiān)護(hù)主機(jī)的無(wú)線接收模塊。上述無(wú)線胎心 監(jiān)護(hù)探頭和無(wú)線宮壓探頭還包括有供電電源和液晶顯示模塊，其中所述供電 裝置分別與無(wú)線胎心監(jiān)護(hù)探頭的超聲發(fā)射模塊、超聲換能器、超聲解調(diào)模塊、 無(wú)線通信模塊連接或分別與無(wú)線宮壓探頭的壓力傳感器、宮壓信號(hào)處理電路、 無(wú)線通信模塊并分別為其提供電源，所述液晶顯示模塊與供電電源及各無(wú)線 通信模塊連接并可顯示出供電電源的電量、無(wú)線通信模塊的通信狀態(tài)、序號(hào) 標(biāo)識(shí)或其他狀態(tài)標(biāo)識(shí)。上述無(wú)線胎心監(jiān)護(hù)探頭或無(wú)線宮壓探頭還分別包括有 密封式防水外殼，上述無(wú)線胎心監(jiān)護(hù)探頭的超聲發(fā)射模塊、超聲換能器、超 聲解調(diào)模塊和無(wú)線通信模塊或無(wú)線宮壓探頭的壓力傳感器、宮壓信號(hào)處理電
路和無(wú)線通信模塊均密封裝置于各自的外殼內(nèi)。
以下詳述本發(fā)明各部分的詳細(xì)實(shí)現(xiàn)上具體實(shí)施及工作過(guò)程 一、無(wú)線胎心監(jiān)護(hù)探頭的具體實(shí)施
上述超聲發(fā)射模塊采用多普勒超聲發(fā)射電路，此時(shí)所述的多普勒超聲電 路如圖2所示，要獲得超聲信號(hào)，必需有超聲信號(hào)源及超聲驅(qū)動(dòng)電路，如圖2 所示，Xl為有源晶振，用于產(chǎn)生頻率為4M的高頻信號(hào)，U5為可編程邏輯器件， 本發(fā)明采用Lattice公司的芯片ISP4032,實(shí)際應(yīng)用中也可選用其它型號(hào)的 CPLD或FPGA，如Xilinx公司的XC9500XL3.3V系列、Altera公司的MAX 7000 系列等等，其作用是產(chǎn)生用于驅(qū)動(dòng)超聲波傳感器的超聲信號(hào)源，U5的47和48 腳輸出2MHz的反相超聲信號(hào)源；信號(hào)源由CPLD芯片內(nèi)部程序控制，以3KHz 的重復(fù)頻率(PRF)發(fā)射脈沖束，每個(gè)脈沖束為50uS的2MHz的超聲脈沖束， 同時(shí)在第2腳產(chǎn)生與發(fā)射信號(hào)同頻同相用于解調(diào)的參考信號(hào)，在第3腳產(chǎn)生時(shí) 間選通信號(hào)。
脈沖超聲信號(hào)經(jīng)過(guò)U6的反相器，以增加驅(qū)動(dòng)能力，然后通過(guò)場(chǎng)效應(yīng)管Q2、 Q3驅(qū)動(dòng)變壓器進(jìn)行升壓，經(jīng)過(guò)升壓后的驅(qū)動(dòng)電信號(hào)，加在壓電超聲換能器上， 電信號(hào)被轉(zhuǎn)化為超聲波信號(hào)，如圖3所示。本發(fā)明所述的超聲換能器采用脈沖 超聲多普勒的超聲換能器，其既是發(fā)射換能器也是接收換能器，在不發(fā)射脈 沖超聲束的間歇就是換能器接收超聲回波信號(hào)的時(shí)間，在這個(gè)時(shí)期里，從胎 兒心臟反射回來(lái)的超聲波信號(hào)已經(jīng)發(fā)生士Af頻移，反射回來(lái)的超聲波經(jīng)超聲換 能器進(jìn)行聲電轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)化為2MHz士Af的電信號(hào)，當(dāng)然Af的頻移相對(duì)2MHz的基 頻是一個(gè)很小的變量，所以我們選頻放大的中心頻率仍還是選在2MHz;如圖4, fO士Af從超聲傳感器輸入，經(jīng)過(guò)由L1、 Cl、 C2組成的串聯(lián)選頻濾波網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行
初步的選頻濾波，可調(diào)電容C1可以;微調(diào)選頻濾波的中心頻點(diǎn)，4吏選頻網(wǎng)絡(luò)的
諧振點(diǎn)為2MHz。 Ql是低噪聲的前置放大場(chǎng)效應(yīng)管，由Q1、 L2、 C5、 Wl、 R3、 C3構(gòu)成前置選頻放大網(wǎng)絡(luò)，對(duì)已經(jīng)進(jìn)行初步的選頻濾波的回波信號(hào)進(jìn)一步選 頻放大；該高頻放大電路有非常優(yōu)良選頻特性，經(jīng)過(guò)三次選頻放大，在TP2 輸出的電信號(hào)基本已經(jīng)濾去無(wú)用的噪聲信號(hào)。
本發(fā)明所述的超聲解調(diào)模塊采用超聲信號(hào)解調(diào)、濾波放大電路相結(jié)合的 結(jié)構(gòu)經(jīng)高頻選頻放大的信號(hào)為fO士Af頻段的高頻信號(hào)，而真正需要的信號(hào)是包 含運(yùn)動(dòng)信息的頻移信號(hào)Af，所以需要將Af從高頻信號(hào)解調(diào)出來(lái)。如圖5， U5 是模擬開(kāi)關(guān)，fl)土Af頻段的高頻信號(hào)從Ul的l管腳輸入，B是與發(fā)射信號(hào)同頻同 相用于解調(diào)的參考信號(hào)，C是時(shí)間選通信號(hào)，用于屏蔽非檢測(cè)深度的無(wú)用回波 信號(hào)。經(jīng)過(guò)U5的鑒相，低頻信號(hào)Af被解調(diào)出來(lái)。再經(jīng)過(guò)由U1A、 U1B、 U4A、 U4B和其它電阻電容組成的帶通濾波器，得到了最終的胎兒心動(dòng)信號(hào)，其頻段 在200Hz ~ 2KHz之間，最后把這個(gè)信號(hào)進(jìn)行處理發(fā)射。
胎兒心動(dòng)信號(hào)的無(wú)線通信模塊
本發(fā)明是使用無(wú)線通信技術(shù)傳輸胎兒心動(dòng)信息。經(jīng)超聲換能器及超聲發(fā) 射模塊、超聲解調(diào)模塊獲取和處理后的胎兒心動(dòng)信號(hào)頻段為200Hz 2KHz, 本發(fā)明其所述無(wú)線通信模塊的結(jié)構(gòu)組成多種多樣，既可以是上述無(wú)線通信模 塊為FM調(diào)制傳輸模塊，上述胎兒心動(dòng)信號(hào)經(jīng)FM調(diào)制傳輸模塊利用FM調(diào)制技 術(shù)進(jìn)行FM調(diào)制后發(fā)射給胎兒監(jiān)護(hù)主機(jī)的無(wú)線接收裝置。也可以是上述無(wú)線通 信模塊為數(shù)字無(wú)線通信傳輸模塊，此時(shí)上述胎兒心動(dòng)信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換和壓縮編 碼的數(shù)字信號(hào)處理后通過(guò)近距離通信傳輸模塊NFC或ZigBee通信傳輸模塊或 藍(lán)牙通信傳輸模塊或其他數(shù)字通信傳輸模塊發(fā)射給胎J L監(jiān)護(hù)主機(jī)的無(wú)線接收 裝置。以下詳細(xì)描述各無(wú)線傳輸方案的具體組成與實(shí)施
基于FM調(diào)頻技術(shù)的無(wú)線收發(fā)模塊
1、 基于upcl651的FM無(wú)線收發(fā)才莫塊
如圖6所示，本模塊采用日本NEC公司生產(chǎn)的upcl651集成電路作為主要 器件，胎兒心動(dòng)信號(hào)經(jīng)Cl隔直后輸入給upcl651進(jìn)行頻率調(diào)制，通過(guò)調(diào)節(jié)L1或 C3的大小可以達(dá)到調(diào)節(jié)發(fā)射頻率的目的。該電路增益高，工作穩(wěn)定，從而保 證了信號(hào)的高品質(zhì)。用它組成FM調(diào)頻發(fā)射電路有效發(fā)射距離大于30米。
2、 基于分立元件的遠(yuǎn)距離FM無(wú)線收發(fā);f莫塊
如圖7所示，本模塊使用分立元件構(gòu)成一個(gè)高功率的FM無(wú)線胎心信號(hào)傳 輸模塊。Q2對(duì)經(jīng)Q1放大后的胎兒心動(dòng)信號(hào)進(jìn)行頻率調(diào)制，通過(guò)調(diào)節(jié)L1或C4 的大小可以達(dá)到調(diào)節(jié)發(fā)射頻率的目的。這個(gè)電路里增加了一個(gè)10dB的高頻緩 沖器及一個(gè)音頻放大器，理論上可以達(dá)到700米的傳輸距離。
基于數(shù)字無(wú)線通信技術(shù)的無(wú)線收發(fā)模塊
1、基于NFC技術(shù)的無(wú)線收發(fā)模塊
基于NFC技術(shù)的芯片中，較典型的就是Nordic公司生產(chǎn)的nRF24el,它工 作于2.4GHz全球開(kāi)放頻段，采用0.18um工藝設(shè)計(jì)，芯片內(nèi)嵌增強(qiáng)型51內(nèi)核、 ADC及其他外設(shè)，具有高集成度和極具竟?fàn)幜Φ某杀緝?yōu)勢(shì)；內(nèi)置硬件CRC檢 錯(cuò)電路和多址通信控制，減少軟件開(kāi)銷。
由于nRF24El自帶51內(nèi)核和ADC等外設(shè)，所以不必再外加MCU芯片，可 以利用內(nèi)嵌的51內(nèi)核來(lái)實(shí)現(xiàn)其它所需功能。本發(fā)明中無(wú)線收發(fā)模塊電路部分 由2.4G無(wú)線收發(fā)芯片nRF24El及外圍電路組成。主要的外圍器件包括用于 存放程序代碼的串行EEPROM、用于保存子機(jī)號(hào)的單總線EEPROM DS2430A、 為芯片提供工作時(shí)鐘的無(wú)源晶振和射頻天線電路等。
如圖8所示，U2是SPI接口的EEPROM,用于存放nRF24El運(yùn)行所需的程 序代碼。因?yàn)閚RF24E 1本身提供了 一個(gè)SPI Master接口 ，所以把U2直接接到 nRF24El的SPIMaster接口上。當(dāng)nRF24El上電啟動(dòng)時(shí)，自動(dòng)從U2中讀取程序 運(yùn)行；U6是DALLAS公司基于l-wire總線的256Bit EEROM,用于存儲(chǔ)裝置的 機(jī)號(hào)，發(fā)射頻點(diǎn)等信息。通過(guò)軟件修改EEROM的內(nèi)容可以達(dá)到修改發(fā)射頻點(diǎn) 的目的。
胎兒心動(dòng)信號(hào)經(jīng)nRF24El自帶的ADC采樣后進(jìn)行數(shù)字處理和協(xié)議封裝， 再經(jīng)過(guò)nRF24El的無(wú)線收發(fā)單元把胎兒心動(dòng)信號(hào)發(fā)射出去。 2、基于ZigBee技術(shù)的無(wú)線收發(fā)模塊
基于ZigBee技術(shù)的芯片有很多，如CC2420、 CC2430、 MC13192、 MC13193 等等。本發(fā)明MC13192作為無(wú)線收發(fā)芯片，該芯片的工作頻帶為2.4G，邀:據(jù) 傳輸速率為250Kbps,該芯片只需極少的外圍器件，即可構(gòu)成收發(fā)電路，它的 外圍電路包括電源供電、晶振時(shí)鐘電路等，其典型匹配電路圖如圖9所示， PAO+、 PAO-管腳為射頻發(fā)射端，RFIN-、 RFIN+管腳為射頻輸入端。
由于該芯片沒(méi)有內(nèi)嵌控制器，所以必須加外MCU才妄口電^各。MUC芯片可 使用帶有ADC外設(shè)的低功耗芯片，如C8051F系列、MSP430F系列、ATmega 系列等等芯片，本發(fā)明使用C8051F020，其接口電路如圖10所示。C8051F020 通過(guò)SPI總線對(duì)MC13192進(jìn)行控制，包括對(duì)寄存器的讀寫等。另外，MC13192 主動(dòng)發(fā)收中斷信號(hào)來(lái)告訴C8051F020射頻芯片有事件發(fā)生，C8051F020通過(guò)I0 口控制MC13192的復(fù)位、工作模式切換等。
胎兒心動(dòng)信號(hào)須先進(jìn)行A/D采樣和數(shù)字處理，然后進(jìn)行發(fā)射控制，把處
理后的信號(hào)發(fā)射出去。此時(shí)所述的無(wú)線通信模塊中還包含有A/D采樣和數(shù)字
信號(hào)處理，A/D采樣方式
由于捕捉到的胎兒心動(dòng)信號(hào)主要落在200Hz 2KHz的音頻范圍內(nèi)，在音 頻數(shù)據(jù)的編碼上，本模塊選擇了最為簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)的PCM碼，這種編碼就 是直接對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行采樣和量化，使用^8kHz的速率進(jìn)行采樣，量化精度 28bits，產(chǎn)生的數(shù)據(jù)率^64kbps。其編碼最大的優(yōu)點(diǎn)就是音質(zhì)好，重構(gòu)的胎兒 心動(dòng)信號(hào)幾乎和原始的胎兒心動(dòng)信號(hào)沒(méi)有什么差別。A/D釆樣可以選用單獨(dú)的 A/D轉(zhuǎn)換芯片，或者是帶有A/D轉(zhuǎn)換功能的MCU進(jìn)行。
數(shù)字信號(hào)處理
使用微處理器對(duì)A/D采樣后的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理。首先微處理器對(duì)信號(hào)進(jìn) 行數(shù)字濾波處理，然后打包成適合無(wú)線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包格式，包頭疊加上探頭 自身的機(jī)號(hào)和特征碼，包尾加上CRC冗余校驗(yàn)，最后送給無(wú)線收發(fā)模塊進(jìn)行 無(wú)線傳輸。
3、基于藍(lán)牙技術(shù)的無(wú)線收發(fā)模塊
在藍(lán)牙技術(shù)應(yīng)用中，主要有藍(lán)牙芯片組和藍(lán)牙模塊兩種形式藍(lán)牙芯片 組包括藍(lán)牙射頻模塊、藍(lán)牙基帶芯片、存儲(chǔ)Firmware的Flash等幾塊芯片，共 同完成藍(lán)牙的無(wú)線通信和鏈路管理功能；藍(lán)牙模塊把射頻、基帶、鏈路管理 器和HCI層集成到了一塊芯片上，通過(guò)RS-232、 USB等總線接口實(shí)現(xiàn)HCI (主 機(jī)控制器接口)指令接口，因而在應(yīng)用上，藍(lán)牙模塊比藍(lán)牙芯片組更為方便, 本發(fā)明以藍(lán)牙模塊ROK101008為例來(lái)設(shè)計(jì)無(wú)線收發(fā)模塊，實(shí)際應(yīng)用中可使用 其它模塊或芯片，如ROK101008、 ROK104001、 RF1968、 TR0700等等。
ROK101008包含三個(gè)主要部分基帶控制器、Flash (內(nèi)含固件)和射頻
部分，支持UART、 PCM和I2C三種接口形式，采用內(nèi)部晶振和時(shí)鐘，工作頻 段為2.4G。由于ROK101008各種外圍電路已經(jīng)集成在一個(gè)模塊，所以使用非 常方便，只要接上天線、電源，則可正常工作，如圖ll所示是該模塊與單片 式數(shù)據(jù)采集芯片ADuC812的接口圖，兩者通過(guò)串口通信。
胎兒心動(dòng)信號(hào)須先經(jīng)過(guò)ADuC812進(jìn)行A/D采樣和數(shù)字處理，然后通過(guò)串口 傳送給藍(lán)牙模塊進(jìn)行發(fā)射。由于串口速率有限，所以胎兒心動(dòng)信號(hào)必須先經(jīng) 過(guò)數(shù)字壓縮編碼。
供電電源
對(duì)于便攜式設(shè)備，本發(fā)明所述無(wú)線胎兒監(jiān)護(hù)裝置還包括有供電電源和液 晶顯示模塊，其中所述供電裝置分別與超聲發(fā)射;^塊、超聲換能器、超聲解 調(diào)模塊、無(wú)線通信模塊連接并分別為其提供電源，所述液晶顯示模塊與供電 電源及無(wú)線通信模塊連接并可顯示出供電電源的電量、無(wú)線通信^^莫塊的通信 狀態(tài)、序號(hào)標(biāo)識(shí)或其他狀態(tài)標(biāo)識(shí)。電源部分的設(shè)計(jì)十分重要?？紤]到供電電 源的通用性和使用壽命，本發(fā)明采用可反復(fù)多次充電的可充式鋰電池作為供 電電源。此時(shí)所述的供電電源電路部分由電源開(kāi)啟觸發(fā)電路、電源控制電路、 及鋰電池充電電路等構(gòu)成。鋰電池充電芯片選用LINEAR公司的LTC-4054。 LTC-4054是一款完整的單節(jié)鋰電池用恒定電流/恒定電壓線性充電器，其充 電控制電路如圖12所示，充電電源通過(guò)腳4輸入，腳3輸出特定的電量給鋰電 池充電。為了禁止充電芯片頻繁給鋰離子電池充電，MCU4企測(cè)電池電壓低于 某個(gè)閾值時(shí)才通過(guò)腳5開(kāi)啟電池充電功能，而MCU通過(guò)充電芯片的充電狀態(tài) 引腳CHR判斷電池是否充滿。
液晶顯示模塊
為了方便操作者對(duì)本裝置的使用，本發(fā)明采用LCD顯示電池電量、子機(jī)
序號(hào)及標(biāo)識(shí)，通信狀態(tài)等信息。圖13為液晶顯示的接口和操作時(shí)序圖。MCU 通過(guò)4根信號(hào)線對(duì)LCD寫入顯示內(nèi)容。 防水外殼
水中分娩是一種既安全又可以減輕孕婦分娩疼痛的新興分娩技術(shù)，它要求 監(jiān)護(hù)裝置能在水中正常工作。為了既能滿足防水的功能，又可便于生產(chǎn)安裝 和用戶使用，本發(fā)明所述無(wú)線胎兒監(jiān)護(hù)裝置還包括有密封式防水外殼，上述 超聲發(fā)射模塊、超聲換能器、超聲解調(diào)模塊和無(wú)線通信模塊均密封裝置于該 外殼內(nèi)，此時(shí)該外殼采用雙色模(雙料模)注塑成型技術(shù)，材料分別為ABS 和TPE。外殼分上蓋和下蓋，上蓋有一個(gè)安放電池的電池倉(cāng)。上蓋和下蓋通過(guò) 上螺絲的方式進(jìn)行結(jié)合和固定，內(nèi)部放置電路模塊。
防水結(jié)構(gòu)
為了保證液體不會(huì)進(jìn)入內(nèi)部電路，上下蓋結(jié)合的地方必須有良好的致密 性。本設(shè)計(jì)中上蓋的邊緣釆用材質(zhì)較硬的ABS凸臺(tái)，如圖14。下蓋的對(duì)應(yīng)部 位則在ABS中嵌入熱塑性彈性體(TPE)，如圖15。當(dāng)上下蓋結(jié)合時(shí)，上蓋的 ABS凸臺(tái)均勻地壓緊了下蓋的TPE材料，確保了致密防水的要求。同時(shí)外殼上 蓋有一電池倉(cāng)，用于放置為無(wú)線胎心監(jiān)護(hù)裝置供電的電池。為了防止液體進(jìn) 入電池倉(cāng)，電池倉(cāng)口留一圈凹槽，如圖16。電池蓋<吏用雙色才莫#支術(shù)，在ABS 上嵌入TPE凸臺(tái)，如圖17,從而保證了電池倉(cāng)的密封性，滿足防水的要求。
無(wú)線胎心監(jiān)護(hù)裝置在孕婦身上的固定方式
本無(wú)線胎心監(jiān)護(hù)裝置可以使用專用的防水綁帶或醫(yī)用膠布固定在孕婦的 身上。為了確保臨床操作的方便快捷，外殼上有一個(gè)綁帶紐扣(圖18)，綁
帶或膠布上留有若干個(gè)紐門。當(dāng)監(jiān)護(hù)人員確定了裝置的位置后，把綁帶(或 膠布)扣在裝置上，然后固定在孕婦身上。使用紐扣的固定方式比使用傳統(tǒng) 的彈簧夾操作更容易簡(jiǎn)便，固定更可靠準(zhǔn)確。圖19是無(wú)線胎心監(jiān)護(hù)裝置的使
用示意圖。
無(wú)線胎心監(jiān)護(hù)裝置的工作過(guò)程如下
本裝置使用時(shí)置于孕婦的腹部上，超聲發(fā)射電路激勵(lì)超聲換能器把超聲 波發(fā)射到胎兒的心臟上，胎兒心臟反射回來(lái)的超聲波經(jīng)過(guò)接收和解調(diào)，利用 多普勒原理提取出胎兒心臟的活動(dòng)信號(hào)并進(jìn)行濾波處理。處理后的胎兒心動(dòng) 信號(hào)經(jīng)過(guò)無(wú)線傳輸模塊傳送給接收模塊，從而實(shí)現(xiàn)胎兒心動(dòng)信號(hào)的無(wú)線監(jiān)護(hù)。
無(wú)線模塊可以是FM調(diào)制模塊或數(shù)字無(wú)線通信模塊(如NFC、 ZIGBEE 或藍(lán)牙等)。使用數(shù)字無(wú)線通信模塊傳輸時(shí)，先把胎兒心動(dòng)信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn) 換，然后使用MCU進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理和各種狀態(tài)的監(jiān)控和設(shè)置。與此同時(shí) 使用液晶屏對(duì)各種狀態(tài)進(jìn)行顯示，以便于使用時(shí)及時(shí)了解裝置的工作狀況。
由于使用了無(wú)線通信技術(shù)，去除了導(dǎo)線對(duì)孕婦的約束，因此只要把無(wú)線 胎心監(jiān)護(hù)裝置固定在孕婦身上就可以進(jìn)行胎兒監(jiān)護(hù)，從而為孕婦提供了自由 舒適的監(jiān)護(hù)環(huán)境，同時(shí)方便了醫(yī)護(hù)人員的臨床操作。
本裝置釆用了防水結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，通過(guò)使用雙色模(雙料模)注塑成型技術(shù)， 保證了外殼結(jié)合處的致密性，從而滿足水中分娩時(shí)的監(jiān)護(hù)要求。
二、無(wú)線宮壓探頭的具體實(shí)施 宮壓信號(hào)的無(wú)線通信模塊
本發(fā)明是使用無(wú)線通信技術(shù)傳輸宮壓信息。經(jīng)壓力傳感器、宮壓信號(hào)處 理電路獲取和處理后的腹部宮壓信號(hào)是一個(gè)緩慢變化的電平信號(hào)，本發(fā)明其所述無(wú)線通信模塊的結(jié)構(gòu)組成多種多樣，既可以是上述無(wú)線通信模塊為FM調(diào)
制傳輸模塊，上述宮壓電信號(hào)經(jīng)FM調(diào)制傳輸模塊利用FM調(diào)制技術(shù)進(jìn)行FM調(diào) 制后發(fā)射給胎兒監(jiān)護(hù)主機(jī)的無(wú)線接收裝置。也可以是上述無(wú)線通信模塊為數(shù) 字無(wú)線通信傳輸模塊，此時(shí)上述宮壓電信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換和壓縮編碼的數(shù)字信號(hào) 處理后通過(guò)近距離通信傳輸模塊NFC或ZigBee通信傳輸模塊或藍(lán)牙通信傳輸 模塊或其他數(shù)字通信傳輸模塊發(fā)射給胎兒監(jiān)護(hù)主機(jī)的無(wú)線接收裝置。以下詳 細(xì)描述各無(wú)線傳輸方案的具體組成與實(shí)施 基于FM調(diào)頻技術(shù)的無(wú)線收發(fā)模塊
1、 基于upcl651的FM無(wú)線收發(fā)模塊
如圖6所示，本模塊采用日本NEC公司生產(chǎn)的upcl651集成電路作為主要 器件，孕產(chǎn)婦的腹部宮壓信號(hào)經(jīng)Cl隔直后輸入給upcl651進(jìn)行頻率調(diào)制，通過(guò) 調(diào)節(jié)L1或C3的大小可以達(dá)到調(diào)節(jié)發(fā)射頻率的目的。該電路增益高，工作穩(wěn)定， 從而保證了信號(hào)的高品質(zhì)。用它組成FM調(diào)頻發(fā)射電路有效發(fā)射距離大于30米。
2、 基于分立元件的遠(yuǎn)距離FM無(wú)線收發(fā)模塊
如圖7所示，本模塊使用分立元件構(gòu)成一個(gè)高功率的FM無(wú)線宮壓信號(hào)傳 輸模塊。Q2對(duì)經(jīng)Q1放大后的孕產(chǎn)婦腹部宮壓信號(hào)進(jìn)行頻率調(diào)制，通過(guò)調(diào)節(jié)L1 或C4的大小可以達(dá)到調(diào)節(jié)發(fā)射頻率的目的。這個(gè)電路里增加了一個(gè)10dB的高 頻緩沖器及一個(gè)音頻放大器，理論上可以達(dá)到700米的傳輸距離。
基于數(shù)字無(wú)線通信技術(shù)的無(wú)線收發(fā)模塊
1、基于NFC技術(shù)的無(wú)線收發(fā)模塊
基于NFC技術(shù)的芯片中，較典型的就是Nordic公司生產(chǎn)的nRF24el ，它工
作于2.4GHz全球開(kāi)放頻段，采用0.18um工藝設(shè)計(jì)，芯片內(nèi)嵌增強(qiáng)型51內(nèi)核、 ADC及其他外設(shè)，具有高集成度和極具竟?fàn)幜Φ某杀緝?yōu)勢(shì)；內(nèi)置硬件CRC檢 錯(cuò)電路和多址通信控制，減少軟件開(kāi)銷。
由于nRF24El自帶51內(nèi)核和ADC等外設(shè)，所以不必再外加MCU芯片，可 以利用內(nèi)嵌的51內(nèi)核來(lái)實(shí)現(xiàn)其它所需功能。本發(fā)明中無(wú)線收發(fā)模塊電路部分 由2.4G無(wú)線收發(fā)芯片nRF24El及外圍電路組成。主要的外圍器件包括用于 存放程序代碼的串行EEPROM、用于保存子機(jī)號(hào)的單總線EEPROM DS2430A、 為芯片提供工作時(shí)鐘的無(wú)源晶振和射頻天線電路等。
如圖8所示，U2是SPI接口的EEPROM,用于存放nRF24El運(yùn)行所需的程 序代碼。因?yàn)閚RF24E 1本身提供了 一個(gè)SPI Master接口 ，所以把U2直接接到 nRF24El的SPIMaster接口上。當(dāng)nRF24El上電啟動(dòng)時(shí)，自動(dòng)從U2中讀取程序 運(yùn)行；U6是DALLAS公司基于l-wire總線的256Bit EEROM,用于存儲(chǔ)裝置的 機(jī)號(hào)，發(fā)射頻點(diǎn)等信息。通過(guò)軟件修改EEROM的內(nèi)容可以達(dá)到修改發(fā)射頻點(diǎn) 的目的。
腹部宮壓信號(hào)經(jīng)nRF24El自帶的ADC采樣后進(jìn)行數(shù)字處理和協(xié)議封裝， 再經(jīng)過(guò)nRF24E 1的無(wú)線收發(fā)單元把腹部宮壓信號(hào)發(fā)射出去。 2、基于ZigBee技術(shù)的無(wú)線收發(fā)模塊
基于ZigBee技術(shù)的芯片有很多，如CC2420、 CC2430、 MC13192、 MC13193 等等。本發(fā)明MC13192作為無(wú)線收發(fā)芯片，該芯片的工作頻帶為2.4G，數(shù)據(jù) 傳輸速率為250Kbps，該芯片只需極少的外圍器件，即可構(gòu)成收發(fā)電路，它的 外圍電路包括電源供電、晶振時(shí)鐘電路等，其典型匹配電路圖如圖9所示， PAO+、 PAO-管腳為射頻發(fā)射端，RFIN-、 RFIN+管腳為射頻輸入端。
由于該芯片沒(méi)有內(nèi)嵌控制器，所以必須加外MCl^妄口電路。MUC芯片可 使用帶有ADC外設(shè)的低功耗芯片，如C8051F系列、MSP430F系列、ATmega 系列等等芯片，本發(fā)明使用C8051F020，其接口電路如圖10所示。C8051F020 通過(guò)SPI總線對(duì)MC13192進(jìn)行控制，包括對(duì)寄存器的讀寫等。另外，MC13192 主動(dòng)發(fā)收中斷信號(hào)來(lái)告訴C8051F020射頻芯片有事件發(fā)生，C8051F020通過(guò)I0 口控制MC13192的復(fù)位、工作^^式切換等。此時(shí)
腹部宮壓信號(hào)須先進(jìn)行A/D采樣和數(shù)字處理，然后進(jìn)行發(fā)射控制，把處理 后的信號(hào)發(fā)射出去。此時(shí)所述的無(wú)線通信模塊中還包含有A/D采樣和數(shù)字信號(hào) 處理，A/D釆樣可以選用單獨(dú)的A/D轉(zhuǎn)換芯片，或者是帶有A/D轉(zhuǎn)換功能的 MCU進(jìn)行。使用微處理器MCU對(duì)A/D采樣后的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理。首先微處 理器對(duì)信號(hào)進(jìn)行數(shù)字平滑濾波和數(shù)字編碼處理，然后打包成適合無(wú)線傳輸?shù)?數(shù)據(jù)包格式，包頭疊加上宮壓監(jiān)控裝置自身的序號(hào)和特征碼，包尾加上CRC 冗余校驗(yàn)，最后送給無(wú)線收發(fā)模塊進(jìn)行無(wú)線傳輸。
3、基于藍(lán)牙技術(shù)的無(wú)線收發(fā)模塊
在藍(lán)牙技術(shù)應(yīng)用中，主要有藍(lán)牙芯片組和藍(lán)牙模塊兩種形式藍(lán)牙芯片 組包括藍(lán)牙射頻模塊、藍(lán)牙基帶芯片、存儲(chǔ)Firmware的Flash等幾塊芯片，共 同完成藍(lán)牙的無(wú)線通信和鏈路管理功能；藍(lán)牙模塊把射頻、基帶、鏈路管理 器和HCI層集成到了一塊芯片上，通過(guò)RS-232、 USB等總線接口實(shí)現(xiàn)HCI (主 機(jī)控制器接口)指令接口，因而在應(yīng)用上，藍(lán)牙模塊比藍(lán)牙芯片組更為方便， 本發(fā)明以藍(lán)牙模塊ROK101008為例來(lái)設(shè)計(jì)無(wú)線收發(fā)模塊，實(shí)際應(yīng)用中可使用 其它模塊或芯片，如ROK101008、 ROK104001、 RF1968、 TR0700等等。
ROK101008包含三個(gè)主要部分基帶控制器、Flash (內(nèi)含固件)和射頻 部分，支持UART、 PCM和I2C三種接口形式，采用內(nèi)部晶振和時(shí)鐘，工作頻 段為2.4G。由于ROK101008各種外圍電路已經(jīng)集成在一個(gè)模塊，所以使用非 常方便，只要接上天線、電源，則可正常工作，如圖ll所示是該模塊與單片 式數(shù)據(jù)采集芯片ADuC812的接口圖，兩者通過(guò)串口通信。
腹部宮壓信號(hào)須先經(jīng)過(guò)ADuC812進(jìn)行A/D采樣和數(shù)字處理，然后通過(guò)串口 傳送給藍(lán)牙模塊進(jìn)行發(fā)射。由于串口速率有限，所以腹部宮壓信號(hào)必須先經(jīng) 過(guò)數(shù)字壓縮編碼。
供電電源
對(duì)于便攜式設(shè)備，本發(fā)明所述無(wú)線宮壓監(jiān)護(hù)裝置還包括有供電電源和液 晶顯示模塊，其中所述供電裝置分別與壓力傳感器、宮壓信號(hào)處理電路、無(wú) 線通信模塊連接并分別為其提供電源，所述液晶顯示模塊與供電電源及無(wú)線 通信模塊連接并可顯示出供電電源的電量、無(wú)線通信模塊的通信狀態(tài)、序號(hào) 標(biāo)識(shí)或其他狀態(tài)標(biāo)識(shí)。電源部分的設(shè)計(jì)十分重要。考慮到供電電源的通用性 和使用壽命，本發(fā)明采用可反復(fù)多次充電的可充式鋰電池作為供電電源。此 時(shí)所述的供電電源電路部分由電源開(kāi)啟觸發(fā)電路、電源控制電路、及鋰電池 充電電路等構(gòu)成。鋰電池充電芯片選用LINEAR公司的LTC-4054。 LTC-4054 是一款完整的單節(jié)鋰電池用恒定電流/恒定電壓線性充電器，其充電控制電路 如圖12所示，充電電源通過(guò)腳4輸入，腳3輸出特定的電量給鋰電池充電。為 了禁止充電芯片頻繁給鋰離子電池充電，MCU^r測(cè)電池電壓低于某個(gè)閾值時(shí) 才通過(guò)腳5開(kāi)啟電池充電功能，而MCU通過(guò)充電芯片的充電狀態(tài)引腳CHR判 斷電池是否充滿。
液晶顯示模塊
為了方便操作者對(duì)本裝置的使用，本發(fā)明采用LCD顯示電池電量、子機(jī)
序號(hào)及標(biāo)識(shí)，通信狀態(tài)等信息。圖13為液晶顯示的接口和操作時(shí)序圖。MCU 通過(guò)4根信號(hào)線對(duì)LCD寫入顯示內(nèi)容。 防水外殼
水中分娩是一種既安全又可以減輕孕婦分娩疼痛的新興分娩技術(shù)，它要求 監(jiān)護(hù)裝置能在水中正常工作。為了既能滿足防水的功能，又可便于生產(chǎn)安裝 和用戶使用，本發(fā)明所述無(wú)線宮壓監(jiān)護(hù)裝置還包括有密封式防水外殼，上述 壓力傳感器、宮壓信號(hào)處理電路和無(wú)線通信模塊均密封裝置于該外殼內(nèi)，此 時(shí)該外殼采用雙色模(雙料模)注塑成型技術(shù)，材料分別為ABS和TPE。外殼 分上蓋和下蓋，上蓋有一個(gè)安^:電池的電池倉(cāng)。上蓋和下蓋通過(guò)上螺絲的方 式進(jìn)行結(jié)合和固定，內(nèi)部放置電路模塊。
防水結(jié)構(gòu)
為了保證液體不會(huì)進(jìn)入內(nèi)部電路，上下蓋結(jié)合的地方必須有良好的致密 性。本設(shè)計(jì)中上蓋的邊緣采用材質(zhì)較硬的ABS凸臺(tái)，如圖14。下蓋的對(duì)應(yīng)部 位則在ABS中嵌入熱塑性彈性體(TPE),如圖15。當(dāng)上下蓋結(jié)合時(shí)，上蓋的 ABS凸臺(tái)均勻地壓緊了下蓋的TPE材料，確保了致密防水的要求。同時(shí)外殼上 蓋有一電池倉(cāng)，用于放置為無(wú)線胎心監(jiān)護(hù)裝置供電的電池。為了防止液體進(jìn) 入電池倉(cāng)，電池倉(cāng)口留一圈凹槽，如圖16。電池蓋使用雙色4莫技術(shù)，在ABS 上嵌入TPE凸臺(tái)，如圖17,從而保證了電池倉(cāng)的密封性，滿足防水的要求。
無(wú)線宮壓監(jiān)護(hù)裝置在孕婦身上的固定方式
本無(wú)線宮壓監(jiān)護(hù)裝置可以使用專用的防水綁帶或醫(yī)用膠布固定在孕婦的 身上。為了確保臨床操作的方便快捷，外殼上有一個(gè)綁帶紐扣(圖18),綁帶或膠布上留有若干個(gè)紐門。當(dāng)監(jiān)護(hù)人員確定了裝置的位置后，把綁帶(或 膠布)扣在裝置上，然后固定在孕婦身上。使用紐扣的固定方式比使用傳統(tǒng) 的彈簧夾操作更容易簡(jiǎn)便，固定更可靠準(zhǔn)確。圖19是無(wú)線宮壓監(jiān)護(hù)裝置的使
用示意圖。
無(wú)線宮壓監(jiān)護(hù)裝置的工作過(guò)程如下
本裝置使用時(shí)是將壓力傳感器置于孕婦的腹部上，將孕婦腹部宮壓信號(hào) 轉(zhuǎn)換為電信號(hào)并進(jìn)行放大濾波處理。處理后的孕婦腹部宮壓信號(hào)經(jīng)過(guò)無(wú)線傳 輸模塊傳送給接收模塊，從而實(shí)現(xiàn)孕婦宮壓的無(wú)線監(jiān)護(hù)。
無(wú)線模塊可以是FM調(diào)制模塊或數(shù)字無(wú)線通信模塊(如NFC、 ZIGBEE或藍(lán) 牙等)。使用數(shù)字無(wú)線通信模塊傳輸時(shí)，先把孕婦腹部宮壓信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn) 換，然后使用MCU進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理和各種狀態(tài)的監(jiān)控和設(shè)置，與此同時(shí)使 用液晶屏對(duì)各種狀態(tài)進(jìn)行顯示。
由于使用了無(wú)線通信技術(shù)，去除了導(dǎo)線對(duì)孕婦的約束，因此只要把無(wú)線 宮壓監(jiān)護(hù)裝置固定在孕婦身上就可以進(jìn)行胎兒監(jiān)護(hù)，從而為孕婦提供了自由 舒適的監(jiān)護(hù)環(huán)境，同時(shí)方便了醫(yī)護(hù)人員的臨床操作。
本裝置采用了防水結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，通過(guò)使用雙色模(雙料模)注塑成型技術(shù)， 保證了外殼結(jié)合處的致密性，從而滿足水中分娩時(shí)的監(jiān)護(hù)要求。
三、監(jiān)護(hù)主機(jī)的具體實(shí)施
無(wú)線胎兒監(jiān)護(hù)儀由無(wú)線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊、信號(hào)預(yù)處理電路、數(shù)字信號(hào)處理模 塊、主控模塊、人機(jī)接口電路、顯示模塊、打印模塊等組成，結(jié)構(gòu)框圖如圖 20所示。
1、無(wú)線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊
無(wú)線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊用來(lái)接收無(wú)線胎兒監(jiān)護(hù)探頭發(fā)送的數(shù)據(jù)，包括胎兒心動(dòng) 信號(hào)、宮壓信號(hào)、胎動(dòng)信號(hào)，該模塊的無(wú)線收發(fā)芯片必需與無(wú)線探頭的收發(fā) 模塊相配對(duì)，為了讓系統(tǒng)可以采用不同的無(wú)線模塊，采用插卡式的方法來(lái)實(shí) 現(xiàn)，使得系統(tǒng)更加靈活，當(dāng)需要不同無(wú)線模塊時(shí)，只要更換該無(wú)線數(shù)據(jù)收發(fā) 卡，系統(tǒng)其它模塊無(wú)需做任何改變。其結(jié)構(gòu)方框圖如圖21所示。
無(wú)線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊也可以單獨(dú)裝配成一個(gè)接收基座，通過(guò)電纜與傳統(tǒng)的 (不具備無(wú)線接收功能的)胎兒監(jiān)護(hù)儀連接，實(shí)現(xiàn)無(wú)線監(jiān)護(hù)探頭的接入，從 而為醫(yī)院現(xiàn)有的胎兒監(jiān)護(hù)儀提供一個(gè)完善的擴(kuò)展方案。
一臺(tái)監(jiān)護(hù)儀主機(jī)可以同時(shí)接入和處理多個(gè)無(wú)線^t塊，因此可以滿足一 臺(tái)監(jiān) 護(hù)儀同時(shí)對(duì)多個(gè)孕婦進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)護(hù)的要求。
無(wú)線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊可以使用FM調(diào)制方式或數(shù)字無(wú)線通信技術(shù)(NFC、 Zigbee或藍(lán)牙等)實(shí)現(xiàn)。具體的實(shí)施電路在上文無(wú)線胎兒監(jiān)護(hù)探頭的實(shí)施方式 中已有i侖述。
2、 信號(hào)預(yù)處理電路
無(wú)線模塊接收到的數(shù)據(jù)之后，還帶有較多的雜波，需進(jìn)一步處理，如圖22 所示，U5A和其它電阻電容組成的電路對(duì)宮壓信號(hào)進(jìn)行濾波處理；由U1、 U2 和其它電阻電容組成的放大濾波電路對(duì)胎兒心動(dòng)信號(hào)進(jìn)行帶通濾波、放大。
3、 數(shù)字信號(hào)處理模塊
數(shù)字信號(hào)處理電路如圖23所示，主要功能是對(duì)多普勒胎兒心動(dòng)信號(hào)、宮 縮信號(hào)采樣和處理。脈沖超聲探頭測(cè)到的主要是胎兒心臟瓣膜的開(kāi)關(guān)運(yùn)動(dòng)， 解調(diào)后得到的多普勒頻移信號(hào)帶寬小于lKHz,故音頻信號(hào)的采樣頻率為 2KHz;宮縮壓力的采樣率為10Hz。數(shù)字信號(hào)處理模塊可以同時(shí)處理多路胎兒
體征信號(hào)。
本系統(tǒng)選用C8051F020作為數(shù)字信號(hào)處理模塊的核心，胎兒生理信號(hào)通過(guò) C8051F020的A/D通道進(jìn)行采樣后，進(jìn)行數(shù)字濾波、自相關(guān)運(yùn)算等數(shù)字信號(hào)處理。
由于傳統(tǒng)自相關(guān)算法提取胎兒心動(dòng)的主要困難是乘法計(jì)算量大，不易實(shí) 時(shí)應(yīng)用，在本發(fā)明使用一種"幅度差值平均算法"來(lái)減小計(jì)算量，這種算法實(shí)際 上是傳統(tǒng)自相關(guān)算法的一種變種處理方法。這種算法是以
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的極小點(diǎn)與自相關(guān)函數(shù)Rxx(m)的極大點(diǎn)相對(duì)應(yīng)。由于<formula>formula see original document page 29</formula>
可見(jiàn)在^>2(")是常數(shù)的條件下，Rxx(m)ocZx(")x(" + w)的極大值點(diǎn)，恰好對(duì)
應(yīng)于Dxx(m) ocZlx(")-x(n + w)l的極小值點(diǎn)。這種算法除了避免乘法，大大減
少計(jì)算量外，另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是沒(méi)有加強(qiáng)大誤差的權(quán)重，而小誤差的相對(duì)權(quán) 重加大，即更突出信號(hào)微弱部分在處理結(jié)果中的影響。 4、主控4莫塊設(shè)計(jì)
主控模塊主要用于對(duì)系統(tǒng)各部分進(jìn)行控制和調(diào)度。它可以使用MCU、 ARM、 PC104等平臺(tái)實(shí)現(xiàn)。
如圖24所示，本系統(tǒng)的主控模塊采用基于Interl XScale微體系結(jié)構(gòu)的 ARM9處理器作為主控芯片，芯片內(nèi)部集成了LCD控制器、UART、 ADC、 SPI 接口， 12C等等外設(shè)，使得系統(tǒng)的設(shè)計(jì)更加簡(jiǎn)單可靠。主控模塊的主要功能是
用來(lái)協(xié)調(diào)和控制其它各模塊的工作。如圖24,它通過(guò)串口或SPI接口從數(shù)字信 號(hào)處理模塊讀取胎兒心動(dòng)、宮壓、胎動(dòng)數(shù)據(jù)，并把這些數(shù)據(jù)送到顯示一莫塊、 打印模塊進(jìn)行顯示和打印。
5、 顯示模塊設(shè)計(jì)
XScale微處理器內(nèi)置的LCD控制器提供了支持雙掃描無(wú)源陣列彩顯 (DSTN,俗稱偽彩)或有源陣列彩顯(TFT,俗稱真彩)屏的接口，并支持單色和 多色素^^式。它擁有自己獨(dú)立的雙通道DMA控制器，兩^^通道分別用于單面 板和雙面板顯示。最大支持顯示分辨率為1024x1024 4象素，推薦最高分辨率 為800x600像素。
本發(fā)明使用256色、分辨率為80(^600的LCD,由于處理器自帶LCD控制 器，所以軟硬件開(kāi)發(fā)非常筒單，其電路原理圖如圖25所示，其中LDDO ~ LDD15 是液晶控制器輸出的數(shù)據(jù)總線，SA-L-PCLK是用于取樣數(shù)據(jù)的點(diǎn)時(shí)鐘， SA-L-LCLK是用于行同步的行時(shí)鐘，而SA-L-FCLK是用于幀同步的幀時(shí)鐘。 軟件上，只要在SDRAM上開(kāi)辟一個(gè)顯示緩存區(qū)，把要顯示的數(shù)據(jù)寫在上面， LCD控制器就會(huì)自動(dòng)把數(shù)據(jù)刷新到LCD屏上。
6、 人4幾接口電路-沒(méi)計(jì)
本發(fā)明使用觸摸屏和普通按鍵兩種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)人機(jī)接口 ，觸摸屏與主控 芯片通過(guò)4線電阻觸摸屏轉(zhuǎn)換接口芯片ADS783來(lái)實(shí)現(xiàn)，ADS7843觸摸屏控 制器與XScale微處理器的硬件連線示意圖如圖26所示，X+、 Y+、 X-、 Y-為觸摸屏電極模擬電壓輸入，DIN串行數(shù)據(jù)輸入端，DOUT串行ft據(jù)輸出端， ADS7843完成一次數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換需要與微控制器進(jìn)行3次通信，第一次微處理器 通過(guò)異步數(shù)據(jù)DIN傳送向ADS7843發(fā)送控制字,其中包括起始位、通道選擇、 8/12位模式、差分/單端選擇和掉電模式選擇，其后的兩次數(shù)據(jù)傳送則是微控
制器從ADS7843取出16bitA/D轉(zhuǎn)換結(jié)果數(shù)據(jù)(最后四位自動(dòng)補(bǔ)零)，當(dāng)屏觸發(fā) 生時(shí)ADS7843向XScale微處理器發(fā)出中斷請(qǐng)求，由控制器響應(yīng)該中斷請(qǐng)求， 啟動(dòng)通信過(guò)程,讀取ADS7843的轉(zhuǎn)換結(jié)果，從而得到觸摸點(diǎn)的坐標(biāo)。 7、打印模塊設(shè)計(jì)
打印模塊主要由熱敏打印頭控制電路、步進(jìn)電機(jī)控制電路、檢測(cè)電路和 串行通信模塊組成，其結(jié)構(gòu)框圖如圖27所示，其中步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊用于控 制打印紙走紙及走紙速度，檢測(cè)電路用于熱敏頭的溫度檢測(cè)和缺紙檢測(cè)，熱 敏打印頭控制電路主要用于控制熱敏頭的加熱，CPLD和MCU—方面接收主控 模塊的命令和數(shù)據(jù)，另一方面協(xié)調(diào)各模塊電路的正常工作。當(dāng)MCU從串口接 收到打印命令和內(nèi)容之后，對(duì)打印命令和內(nèi)容進(jìn)行解釋處理，并輸出控制時(shí) 序給CPLD。 CPLD根據(jù)控制時(shí)序驅(qū)動(dòng)熱敏打印機(jī)進(jìn)行走紙和加熱。與此同時(shí) MCU檢測(cè)打印機(jī)的實(shí)時(shí)狀態(tài)，并反饋給主控模塊以及等待下一次的命令。
四、本發(fā)明的基本工作過(guò)程
本發(fā)明使用時(shí)將無(wú)線胎心探頭和無(wú)線宮壓探頭置于孕婦的腹部上，無(wú)線 探頭采集和提取出胎兒心動(dòng)信號(hào)和孕婦腹部宮壓信號(hào)等生理信息，通過(guò)無(wú)線 方式傳輸給接收模塊進(jìn)行接收。
接收模塊接收到無(wú)線傳輸?shù)奶荷硇盘?hào)后進(jìn)行信號(hào)的預(yù)處理并把信號(hào) 提交給數(shù)字信號(hào)處理模塊。數(shù)字信號(hào)處理模塊計(jì)算出胎兒的胎兒心動(dòng)和宮壓 相對(duì)壓力之后，由主控模塊進(jìn)行存儲(chǔ)和輸出。輸出模塊包括顯示模塊和打印 模塊。顯示和打印模塊實(shí)時(shí)的顯示和打印出胎兒生理狀況，供醫(yī)護(hù)人員進(jìn)行 監(jiān)護(hù)和分析。
由于使用了無(wú)線通信技術(shù)，去除了導(dǎo)線對(duì)孕婦的約束，因此只要把無(wú)線
胎兒監(jiān)護(hù)裝置固定在孕婦身上就可以進(jìn)行胎兒監(jiān)護(hù)，從而為孕婦提供了自由 舒適的監(jiān)護(hù)環(huán)境，同時(shí)方便了醫(yī)護(hù)人員的臨床操作。無(wú)線監(jiān)護(hù)儀可以同時(shí)接 收多個(gè)孕婦的胎兒生理信號(hào)，即一套無(wú)線胎兒監(jiān)護(hù)系統(tǒng)可以同時(shí)監(jiān)護(hù)多個(gè)孕 產(chǎn)婦，所以大大提高了監(jiān)護(hù)儀的使用效率和減少了對(duì)監(jiān)護(hù)空間的要求，具有
十分廣闊的使用前景。
本發(fā)明所述的基于無(wú)線探頭的胎兒監(jiān)護(hù)方法，其特征在于包括以下步驟 (1)、超聲發(fā)射模塊驅(qū)動(dòng)超聲換能器產(chǎn)生和發(fā)射超聲波； (2 )、超聲換能器接收對(duì)應(yīng)的超聲回波信號(hào)并將超聲回波信號(hào)進(jìn)行聲電
轉(zhuǎn)換得到超聲回波電信號(hào)并將該超聲回波電信號(hào)輸出到超聲解調(diào)模塊，同時(shí)
壓力傳感器將孕產(chǎn)婦的腹部壓力轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出到宮壓信號(hào)處理電路；
(3 )、超聲解調(diào)模塊對(duì)超聲回波電信號(hào)進(jìn)行解調(diào)處理提取得到胎兒心動(dòng)
信號(hào)并將該胎兒心動(dòng)信號(hào)輸出到無(wú)線通信模塊，同時(shí)宮壓信號(hào)處理電路對(duì)電
信號(hào)進(jìn)行放大濾波處理后將其送到無(wú)線通信模塊；
(4 )、無(wú)線通信模塊將胎兒心動(dòng)信號(hào)及宮壓信號(hào)分別進(jìn)行信號(hào)調(diào)制處理
后發(fā)射給胎兒監(jiān)護(hù)主機(jī)的無(wú)線接收模塊；
(5) 、無(wú)線接收模塊將接收到的胎兒心動(dòng)信號(hào)、宮壓數(shù)據(jù)、胎動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn) 行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)預(yù)處理后得到對(duì)應(yīng)的胎兒心動(dòng)信號(hào)、宮壓信號(hào)、胎動(dòng)信號(hào)， 并將所述各胎兒心動(dòng)信號(hào)、宮壓信號(hào)、胎動(dòng)信號(hào)分別輸出到數(shù)字信號(hào)處理電
路；
(6) 、數(shù)字信號(hào)處理電路對(duì)上述各胎兒心動(dòng)信號(hào)、宮壓信號(hào)、胎動(dòng)信號(hào) 進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換與采樣、數(shù)字信號(hào)濾波及自相關(guān)運(yùn)算的數(shù)字信號(hào)處理；
(7 )、主控模塊通過(guò)串口或SPI接口與數(shù)字信號(hào)處理電路連接并以數(shù)字信 號(hào)處理電路讀取胎兒心動(dòng)數(shù)據(jù)、宮壓數(shù)據(jù)及胎動(dòng)數(shù)據(jù)及對(duì)各數(shù)據(jù)進(jìn)行存貯， 并將各數(shù)據(jù)傳送到顯示模塊進(jìn)行顯示，并控制和協(xié)調(diào)各無(wú)線接收模塊及數(shù)字 信號(hào)處理電路的工作方式。
其中上述步驟(4)中的信號(hào)調(diào)制處理方法為采用FM調(diào)制的調(diào)頻處理方法。
上述步驟(4)中的信號(hào)調(diào)制處理方法包括以下步驟
(4.1 )、先將胎兒心動(dòng)信號(hào)或?qū)m壓信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換得到胎兒心動(dòng)數(shù)字信 息或?qū)m壓數(shù)字信息；
(4.2 )、將上述的胎兒心動(dòng)數(shù)字信息或?qū)m壓數(shù)字信息通過(guò)MCU或DSP進(jìn)行 壓縮編碼的數(shù)字信號(hào)處理；
(4.3 )、將經(jīng)壓縮編碼后的胎兒心動(dòng)數(shù)字信息或?qū)m壓數(shù)字信息通過(guò)近距離 通信傳輸模塊NFC或ZigBee通信傳輸模塊或藍(lán)牙通信傳輸模塊或其他數(shù)字通 信傳輸模塊發(fā)射給監(jiān)護(hù)主機(jī)的無(wú)線接收模塊。
權(quán)利要求
1、一種基于無(wú)線探頭的胎兒監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，其特征在于包括監(jiān)護(hù)主機(jī)和至少一個(gè)無(wú)線胎兒監(jiān)護(hù)探頭和/或一個(gè)無(wú)線宮壓探頭，其中各無(wú)線胎兒監(jiān)護(hù)探頭或無(wú)線宮壓探頭將采集到的胎兒心動(dòng)信號(hào)、宮壓信號(hào)、胎動(dòng)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制處理后通過(guò)無(wú)線傳輸?shù)姆绞桨l(fā)送到監(jiān)護(hù)主機(jī)，監(jiān)護(hù)主機(jī)接收到所述的胎兒心動(dòng)數(shù)據(jù)、宮壓數(shù)據(jù)、胎動(dòng)數(shù)據(jù)后進(jìn)行數(shù)字信號(hào)濾波及自相關(guān)運(yùn)算處理得到胎兒生理信息并將其進(jìn)行存貯與顯示和/或打印。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的基于無(wú)線探頭的胎兒監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，其特征在于上 述監(jiān)護(hù)主機(jī)包括依序連接的至少一個(gè)無(wú)線接收模塊、數(shù)字信號(hào)處理模塊、主 控模塊、顯示模塊，其中各無(wú)線接收模塊分別將接收到的胎兒心動(dòng)數(shù)據(jù)、宮 壓數(shù)據(jù)、胎動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)預(yù)處理后得到對(duì)應(yīng)的胎兒心動(dòng)信號(hào)、 宮壓信號(hào)、胎動(dòng)信號(hào)，并將所述各胎兒心動(dòng)信號(hào)、宮壓信號(hào)、胎動(dòng)信號(hào)分別 輸出到數(shù)字信號(hào)處理電路進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換與采樣、數(shù)字信號(hào)濾波及自相關(guān)運(yùn)算的 數(shù)字信號(hào)處理，主控模塊通過(guò)串口或SPI接口與數(shù)字信號(hào)處理電路連接并從數(shù) 字信號(hào)處理電路讀取胎兒心動(dòng)數(shù)據(jù)、宮壓數(shù)據(jù)及胎動(dòng)數(shù)據(jù)及對(duì)各數(shù)據(jù)進(jìn)行存 貯，并將各數(shù)據(jù)傳送到顯示模塊進(jìn)行顯示，并控制和協(xié)調(diào)各無(wú)線接收模塊及 數(shù)字信號(hào)處理電路的工作方式。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的基于無(wú)線探頭的胎兒監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，其特征在于上 述無(wú)線胎兒監(jiān)護(hù)探頭包括依序連接組成為一體的超聲發(fā)射模塊、超聲換能器、 超聲解調(diào)模塊和無(wú)線通信模塊，其中，超聲發(fā)射模塊驅(qū)動(dòng)超聲換能器產(chǎn)生超聲波，且超聲換能器接收超聲回波信號(hào)并對(duì)超聲回波信號(hào)進(jìn)行聲電轉(zhuǎn)換處理， 經(jīng)超聲換能器處理后的超聲回波電信號(hào)輸入到超聲解調(diào)才莫塊進(jìn)行解調(diào)處理，提取出胎兒心動(dòng)信號(hào)，提取的胎兒心動(dòng)信號(hào)再輸入到無(wú)線通信模塊并由無(wú)線 通信模塊將所述的胎兒心動(dòng)信號(hào)傳輸?shù)奖O(jiān)護(hù)主機(jī)的無(wú)線接收模塊。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的基于無(wú)線探頭的胎兒監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，其特征在于上 述無(wú)線宮壓探頭包括依序連接組成為一體的壓力傳感器、宮壓信號(hào)處理電路 和無(wú)線通信模塊，其中，壓力傳感器將孕婦腹部的宮壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)并 將該電信號(hào)輸出到宮壓信號(hào)處理電路，宮壓信號(hào)處理電路對(duì)該電信號(hào)進(jìn)行放 大濾波處理后將其輸入到無(wú)線通信模塊并由無(wú)線通信模塊將所述的宮壓電信 號(hào)傳輸?shù)奖O(jiān)護(hù)主機(jī)的無(wú)線接收模塊。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的基于無(wú)線探頭的胎兒監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，其特 征在于上述無(wú)線通信模塊為FM調(diào)制傳輸模塊，上述胎兒心動(dòng)或?qū)m壓信號(hào)或胎 動(dòng)信號(hào)經(jīng)FM調(diào)制傳輸模塊利用FM調(diào)制技術(shù)進(jìn)行FM調(diào)制后發(fā)射給監(jiān)護(hù)主機(jī)的無(wú)線接收模塊。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的基于無(wú)線探頭的胎兒監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，其特 征在于上述無(wú)線通信模塊為數(shù)字無(wú)線通信傳輸模塊，其中上述胎兒心動(dòng)信號(hào) 或?qū)m壓信號(hào)或胎動(dòng)信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換和壓縮編碼的數(shù)字信號(hào)處理后通過(guò)近距離 通信傳輸模塊NFC或ZigBee通信傳輸模塊或藍(lán)牙通信傳輸模塊或其他數(shù)字通 信傳輸模塊發(fā)射給監(jiān)護(hù)主機(jī)的無(wú)線接收模塊。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的基于無(wú)線探頭的胎兒監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，其特 征在于上述無(wú)線胎兒監(jiān)護(hù)探頭和無(wú)線宮壓探頭還包括有供電電源和液晶顯示 模塊，其中所述供電裝置分別與無(wú)線胎兒監(jiān)護(hù)探頭的超聲發(fā)射模塊、超聲換 能器、超聲解調(diào)模塊、無(wú)線通信模塊連接或分別與無(wú)線宮壓探頭的壓力傳感 器、宮壓信號(hào)處理電路、無(wú)線通信模塊并分別為其提供電源，所述液晶顯示 模塊與供電電源及各無(wú)線通信模塊連接并可顯示出供電電源的電量、無(wú)線通信模塊的通信狀態(tài)、序號(hào)標(biāo)識(shí)或其他狀態(tài)標(biāo)識(shí)。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1或3或4所述的基于無(wú)線探頭的胎兒監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，其特征 在于上述無(wú)線胎兒監(jiān)護(hù)探頭或無(wú)線宮壓探頭還分別包括有密封式防水外殼， 上述無(wú)線胎心監(jiān)護(hù)探頭的超聲發(fā)射模塊、超聲換能器、超聲解調(diào)模塊和無(wú)線 通信模塊或無(wú)線宮壓探頭的壓力傳感器、宮壓信號(hào)處理電路和無(wú)線通信模塊 均密封裝置于各自的外殼內(nèi)。
9、 一種基于無(wú)線探頭的胎兒監(jiān)護(hù)方法，其特征在于包括以下步驟 (l)、超聲發(fā)射模塊驅(qū)動(dòng)超聲換能器產(chǎn)生和發(fā)射超聲波；(2 )、超聲換能器接收對(duì)應(yīng)的超聲回波信號(hào)并將超聲回波信號(hào)進(jìn)行聲電 轉(zhuǎn)換得到超聲回波電信號(hào)并將該超聲回波電信號(hào)輸出到超聲解調(diào)模塊，同時(shí) 壓力傳感器將孕產(chǎn)婦的腹部壓力轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出到宮壓信號(hào)處理電路；(3)、超聲解調(diào)模塊對(duì)超聲回波電信號(hào)進(jìn)行解調(diào)處理提取得到胎兒心動(dòng) 信號(hào)并將該胎兒心動(dòng)信號(hào)輸出到無(wú)線通信模塊，同時(shí)宮壓信號(hào)處理電路對(duì)電 信號(hào)進(jìn)行放大濾波處理后將其送到無(wú)線通信一莫塊；(4 )、無(wú)線通信模塊將胎兒心動(dòng)信號(hào)及宮壓信號(hào)分別進(jìn)行信號(hào)調(diào)制處理 后發(fā)射給胎兒監(jiān)護(hù)主機(jī)的無(wú)線接收模塊；(5) 、無(wú)線接收模塊將接收到的胎兒心動(dòng)數(shù)據(jù)、宮壓數(shù)據(jù)、胎動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn) 行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)預(yù)處理后得到對(duì)應(yīng)的胎兒心動(dòng)信號(hào)、宮壓信號(hào)、胎動(dòng)信號(hào)， 并將所述各胎兒心動(dòng)信號(hào)、宮壓信號(hào)、胎動(dòng)信號(hào)分別輸出到數(shù)字信號(hào)處理電 路；(6) 、數(shù)字信號(hào)處理電路對(duì)上述各胎兒心動(dòng)信號(hào)、宮壓信號(hào)、胎動(dòng)信號(hào) 進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換與采樣、數(shù)字信號(hào)濾波及自相關(guān)運(yùn)算的數(shù)字信號(hào)處理；(7 )、主控模塊通過(guò)串口或SPI接口與數(shù)字信號(hào)處理電路連接并以數(shù)字信 號(hào)處理電路讀取胎兒心動(dòng)數(shù)據(jù)、宮壓數(shù)據(jù)及胎動(dòng)數(shù)據(jù)及對(duì)各數(shù)據(jù)進(jìn)行存貯， 并將各數(shù)據(jù)傳送到顯示模塊進(jìn)行顯示，并控制和協(xié)調(diào)各無(wú)線接收模塊及數(shù)字信號(hào)處理電路的工作方式。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的基于無(wú)線探頭的胎兒監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，其特征在于上 述步驟(4)中的信號(hào)調(diào)制處理方法為采用FM調(diào)制的調(diào)頻處理方法。
11、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的基于無(wú)線探頭的胎兒監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，其特征在于上 述步驟(4)中的信號(hào)調(diào)制處理方法包括以下步驟(4.1 )、先將胎兒心動(dòng)信號(hào)或?qū)m壓信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換得到胎兒心動(dòng)數(shù)字信 息或?qū)m壓數(shù)字信息；(4.2 )、將上述的胎兒心動(dòng)數(shù)字信息或?qū)m壓數(shù)字信息通過(guò)MCU或DSP進(jìn)行 壓縮編碼的數(shù)字信號(hào)處理；(4.3 )、將經(jīng)壓縮編碼后的胎兒心動(dòng)數(shù)字信息或?qū)m壓數(shù)字信息通過(guò)近距離 通信傳輸模塊NFC或ZigBee通信傳輸模塊或藍(lán)牙通信傳輸模塊或其他數(shù)字通 信傳輸模塊發(fā)射給監(jiān)護(hù)主機(jī)的無(wú)線接收模塊。
全文摘要
一種基于無(wú)線探頭的胎兒監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，包括監(jiān)護(hù)主機(jī)和至少一個(gè)無(wú)線胎兒監(jiān)護(hù)探頭和/或一個(gè)無(wú)線宮壓探頭，其中各無(wú)線胎兒監(jiān)護(hù)探頭或無(wú)線宮壓探頭將采集到的信號(hào)進(jìn)行調(diào)制處理后通過(guò)無(wú)線傳輸?shù)姆绞桨l(fā)送到監(jiān)護(hù)主機(jī)，監(jiān)護(hù)主機(jī)接收到所述的數(shù)據(jù)后進(jìn)行數(shù)字信號(hào)濾波及自相關(guān)運(yùn)算處理得到胎兒生理信息，并將其進(jìn)行存貯與顯示和/或打印。本發(fā)明由于巧妙地采用將無(wú)線通信技術(shù)與負(fù)責(zé)胎兒生命特征生理數(shù)據(jù)采集的各監(jiān)護(hù)探頭相結(jié)合的結(jié)構(gòu)，將胎兒信號(hào)采集裝置與監(jiān)護(hù)主機(jī)相分離，從而有效保證孕產(chǎn)婦不必再受監(jiān)護(hù)主機(jī)的約束，而且通過(guò)無(wú)線功能擴(kuò)展，使一臺(tái)監(jiān)護(hù)儀主機(jī)可以支持多路無(wú)線/有線探頭混合接入，降低了監(jiān)護(hù)成本、提高了監(jiān)護(hù)儀的使用效率。
文檔編號(hào)A61B8/02GK101352334SQ20071003143
公開(kāi)日2009年1月28日 申請(qǐng)日期2007年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月16日
發(fā)明者何振洲, 容敬波, 沈以鴻, 陸堯勝, 黃志聰 申請(qǐng)人:陸堯勝