所述第二胎兒解剖結(jié)構(gòu)是 胎兒肢體。
[0069]在某些實(shí)施例中，所述模式識(shí)別包括計(jì)算所述波形模式的一個(gè)或多個(gè)性質(zhì)，其中 所述性質(zhì)從振幅、頻率、形狀和寬度構(gòu)成的組中選擇。在某些實(shí)施例中，所述模式識(shí)別包括 計(jì)算所述波形模式形狀。在某些實(shí)施例中，所述模式識(shí)別包括對(duì)所述波形應(yīng)用匹配濾波器。
【附圖說(shuō)明】
[0070] 圖1是與孕婦相連的傳感器的一個(gè)變形的圖示。
[0071] 圖2A示出此處描述的時(shí)間相對(duì)于深度的矩陣。
[0072]圖2B是矩陣的另一變形。
[0073]圖3示出從系統(tǒng)收集并使用此處描述的移動(dòng)窗口 FFT分析的數(shù)據(jù)的局部分析。
[0074]圖4A是示出從此處描述的系統(tǒng)的概念驗(yàn)證變形中提取的數(shù)據(jù)的圖形，其中在分 析胎心率時(shí)將系統(tǒng)與超聲波胎兒監(jiān)視器進(jìn)行比較。
[0075] 圖4B示出用于測(cè)量胎心率的UWB概念驗(yàn)證雷達(dá)設(shè)備和超聲波胎兒監(jiān)視器的另一 比較。
[0076] 圖4C和4D示出檢測(cè)宮縮的概念驗(yàn)證UWB雷達(dá)系統(tǒng)的使用。
[0077] 圖5示出此處描述的用于從反射值矩陣確定胎兒健康指標(biāo)（例如，胎心率）的方 法的一個(gè)變形。
[0078] 圖6示出此處描述的UWB胎兒監(jiān)視系統(tǒng)的一個(gè)變形。
[0079] 圖7示出通過(guò)各個(gè)解剖結(jié)構(gòu)的UWB信號(hào)傳播的一個(gè)變形。
[0080] 圖8示出其中可放置從各個(gè)解剖結(jié)構(gòu)反射的信號(hào)的庫(kù)的一個(gè)變形。
[0081] 圖9示出來(lái)自各個(gè)解剖結(jié)構(gòu)的波形的形狀和頻率。
[0082] 圖10是示出來(lái)自用于測(cè)量胎心率的一個(gè)UWB設(shè)備實(shí)施例與GE設(shè)備的數(shù)據(jù)比較的 圖形。
[0083] 圖11是示出來(lái)自用于測(cè)量宮縮的一個(gè)UWB設(shè)備實(shí)施例與GE設(shè)備的數(shù)據(jù)比較的 圖形。
[0084] 圖12A-12C示出各種胎先露可能性。
[0085] 圖13A-13G示出各種條帶或傳感器配置。
【具體實(shí)施方式】
[0086] 此處描述的任何胎兒監(jiān)視系統(tǒng)可包括一個(gè)或多個(gè)用于發(fā)射UWB信號(hào)并且用于接 收UWB信號(hào)反射的UWB傳感器以及被配置為處理反射的UWB信號(hào)的處理器。該處理器可被 配置為將反射信號(hào)組建為按照時(shí)間和進(jìn)入組織的深度，或者按照頻率和進(jìn)入組織的深度索 引的矩陣。該處理器還可被配置為提取特定于胎兒和/或孕婦健康的兩個(gè)或更多個(gè)指標(biāo)的 運(yùn)動(dòng)信息。
[0087]例如，在某些變形中，此處描述的胎兒醫(yī)療雷達(dá)傳感器包括具有關(guān)聯(lián)電子器件和/ 或邏輯的傳感器（或"傳感器單元"）。該邏輯可包括用于執(zhí)行此處描述的功能的硬件、固 件和/或軟件。傳感器20可包括發(fā)射（Tx)天線和接收（Rx)天線，或者發(fā)射/接收組合天 線。傳感器20可通過(guò)處理器以雙向模式進(jìn)行通信，其可以是電子器件殼體的一部分。電子 器件殼體還可包括收發(fā)器Tx/Rx、用于將電磁信號(hào)傳送到發(fā)射天線以及用于從接收天線接 收反射信號(hào)的發(fā)射電路和接收電路。該處理器可以是中央處理單元（CPU)。在某些變形中， 該傳感器可與處理器一體，或者可以通過(guò)無(wú)線的方式或經(jīng)由物理連接（例如，電線）連接到 處理器。該系統(tǒng)還可包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、用于從收發(fā)器接收原始數(shù)據(jù)的輸入端、以及用于傳感 器的電源。
[0088]接收的或記錄的原始數(shù)據(jù)可使用專用邏輯（例如，CPU上執(zhí)行的軟件中包含的算 法）在處理器中進(jìn)行處理，并且可用于確定胎兒/孕婦健康的多個(gè)指標(biāo)。
[0089]如圖1所示，在一個(gè)實(shí)例中，該系統(tǒng)可包括同時(shí)包括發(fā)射天線和接收天線的傳感 器20,該傳感器被置于孕婦的腹部。傳感器20在該實(shí)例中經(jīng)由電線連接到被置于所監(jiān)視的 主體側(cè)的收發(fā)器單元。來(lái)自收發(fā)器單元的音頻電纜直接接入聲卡PCI上的計(jì)算機(jī)音頻輸入 端。計(jì)算機(jī)上包含的邏輯（在該實(shí)例中作為軟件）然后被用于處理和轉(zhuǎn)換此處描述的原 始數(shù)據(jù)以確定、跟蹤和監(jiān)視多個(gè)胎兒和/或孕婦健康指標(biāo)。
[0090] 一般而言，此處描述的系統(tǒng)可監(jiān)視胎兒健康的一個(gè)或多個(gè)指標(biāo)（例如，胎心率、身 體運(yùn)動(dòng)、偽呼吸等）。此外，該系統(tǒng)可同時(shí)監(jiān)視孕婦健康的一個(gè)或多個(gè)指標(biāo)（例如，孕婦心 率、孕婦呼吸、孕婦宮縮率/強(qiáng)度等）。為了符合各種管理要求，其中包括美國(guó)食品及藥物管 理（FDA)和美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)（FCC)要求的標(biāo)準(zhǔn)，傳感器的能量輸出必須被限制為特定 級(jí)別以最大化主體安全性。針對(duì)包括孕婦的所有人連續(xù)公開(kāi)暴露于能量場(chǎng)的當(dāng)前FDA限制 是：對(duì)于全身平均值而言，每千克0. 08瓦特（W/kg)，對(duì)于局部暴露而言，I. 6W/kg。本發(fā)明 包括僅為〇. 8mW的最大平均功率輸出，顯著比當(dāng)前FDA限制小1000倍。由于母親的皮膚、 皮下脂肪、子宮肌肉和羊水的吸收或反射作用導(dǎo)致傳輸信號(hào)中的能量發(fā)生衰減，因此胎兒 暴露于甚至更小的入射能量下。如此處所述，該系統(tǒng)還可進(jìn)一步適合于通過(guò)匹配發(fā)射能和 反射能來(lái)最小化發(fā)射能，這樣該系統(tǒng)便可動(dòng)態(tài)地改變發(fā)射能以根據(jù)需要僅應(yīng)用最小能級(jí)。
[0091] 傳感器發(fā)射的采取無(wú)線電波形式的電磁能將針對(duì)包括母親和胎兒的主體產(chǎn)生有 限熱效應(yīng)。設(shè)備的平均功率輸出通常小于0.001mW/cm2。再次，孕婦組織會(huì)在入射能到達(dá)胎 兒之前吸收該入射能的大部分。所檢查的心臟部位中的胎兒身體溫度增加小于0. 001攝氏 度，完全位于可接受范圍內(nèi)。當(dāng)結(jié)合目前普遍使用的其它設(shè)備使用時(shí)，人們每日暴露于來(lái)自 微波裝置、蜂窩電話和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的能量之下。此處描述的系統(tǒng)的能量暴露一般小于蜂窩電 話的發(fā)射能量的一千倍以上。根據(jù)計(jì)算無(wú)線電波宮內(nèi)效應(yīng)的可用證據(jù)，并且在給定低能量 輸出時(shí)，傳感器可以安全地用于人類，不會(huì)產(chǎn)生可能影響胚胎或胎兒生長(zhǎng)或發(fā)育的已知致 畸效應(yīng)。
[0092]設(shè)備或系統(tǒng)的發(fā)射部一般產(chǎn)生射頻信號(hào)，該信號(hào)通過(guò)傳感器發(fā)送且朝著胎兒發(fā) 射。射頻信號(hào)釋放和發(fā)射的時(shí)間同步到對(duì)應(yīng)的接收器（例如，Rx天線），以便接收通道不會(huì) 在發(fā)射信號(hào)被發(fā)射之前激活。傳感器10可以任何適當(dāng)?shù)姆绞脚渲?，其中包括作為同時(shí)具有 發(fā)射天線和接收天線的小型矩形條帶。該條帶可被配置為粘附地固定在患者皮膚或衣服 上，或以其它方式附著在患者身上。在某些變形中，傳感器元件被配置為集成在患者所穿的 衣服或患者所在的床或?qū)嬀邇?nèi)。
[0093]發(fā)射天線一般朝著胎兒傳輸發(fā)射信號(hào)，而接收天線拾取發(fā)射信號(hào)的反射。接收天 線將所收集的反射信號(hào)傳輸回系統(tǒng)，并且可包括接收預(yù)處理器（或接收電路），該接收預(yù)處 理器用于在將感知的信號(hào)發(fā)送到處理器之前對(duì)該信號(hào)進(jìn)行處理。在某些變形中，預(yù)處理器 的功能可通過(guò)處理器執(zhí)行，另選地，可使用分立的設(shè)備或電路。例如，接收電路可接收由接 收器定時(shí)電路的間隔（持續(xù)地與發(fā)射信號(hào)保持同步）驅(qū)動(dòng)的分組中的原始反射雷達(dá)信號(hào)。 在每個(gè)信號(hào)分組內(nèi)，捕捉在增加的深度上的發(fā)射信號(hào)的反射。每個(gè)數(shù)據(jù)分組可例如使用增 益補(bǔ)償電路放大，在該電路中，分組的前端放大程度最小，而分組的后端放大程度最大。這 樣可增強(qiáng)更深組織內(nèi)的反射，其中更深組織內(nèi)反射的衰減程度大于更靠近表面的反射的衰 減程度。一旦信號(hào)被放大，信號(hào)便可通過(guò)一系列低通濾波器以防止在數(shù)據(jù)數(shù)字化之后發(fā)生 混淆現(xiàn)象。
[0094]在一個(gè)變形中，所收集的反射和定時(shí)同步（sync)信號(hào)被從傳感器發(fā)送到處理器； 并行地，反射和定時(shí)信號(hào)可被發(fā)送到輸出端，例如音頻或視頻輸出端。例如，反射和定時(shí)信 號(hào)可通過(guò)與音頻輸出端（例如，計(jì)算機(jī)聲卡）相連的音頻電纜發(fā)送。這兩個(gè)信號(hào)可用于創(chuàng)建 輸出的立體聲信號(hào)，例如立體聲信號(hào)的左側(cè)為sync信號(hào)，立體聲信號(hào)的右側(cè)為反射信號(hào)。 邏輯可用于輸出信號(hào)（例如，在計(jì)算機(jī)聲卡上），同時(shí)并行地寫(xiě)入和保存所收集的數(shù)據(jù)以進(jìn) 行處理。
[0095]監(jiān)視胎兒/孕婦健康的多個(gè)指標(biāo)可通過(guò)能夠組織和分析數(shù)據(jù)的處理器執(zhí)行。例 如，該處理器可包括用于通過(guò)一系列轉(zhuǎn)換處理數(shù)據(jù)以確定胎兒/孕婦健康的多個(gè)指標(biāo)的邏 輯。所收集和/或保存的數(shù)據(jù)（例如，反射數(shù)據(jù)）可重構(gòu)為圖2A所示的形式的矩陣，其中 數(shù)據(jù)流分組通過(guò)列對(duì)齊。在該實(shí)例中，每個(gè)數(shù)據(jù)分組表示在特定采樣時(shí)間上，在各個(gè)深度 (也稱為距離庫(kù)（range bin))上的身體（胎兒和/或孕婦）的特征。這些距離庫(kù)內(nèi)的數(shù) 據(jù)的分析可用于根據(jù)深度和時(shí)間，在要關(guān)聯(lián)的特定距離庫(kù)中，基于反射信號(hào)確定組織的介 電特性變化，以做進(jìn)一步分析。
[0096]來(lái)自表示特定檢查深度的特定時(shí)間上的每個(gè)距離庫(kù)的數(shù)據(jù)可根據(jù)過(guò)濾機(jī)制進(jìn)行 處理。在另一實(shí)例中，該數(shù)據(jù)可表示反射強(qiáng)度；另選地，該數(shù)據(jù)可表示頻率數(shù)據(jù)。過(guò)濾可被 應(yīng)用到矩陣內(nèi)的數(shù)據(jù)或當(dāng)數(shù)據(jù)被輸入矩陣時(shí)。一個(gè)或多個(gè)參數(shù)可根據(jù)矩陣內(nèi)的信號(hào)的頻率 成分，和/或根據(jù)矩陣的一個(gè)區(qū)域內(nèi)的信號(hào)與該矩陣內(nèi)的其它信號(hào)的比較關(guān)系確定。例如， 胎兒心跳可通過(guò)忽略目標(biāo)距離范圍之外的信號(hào)，根據(jù)其它信號(hào)確定。其它抑制信號(hào)可與其 它生物學(xué)效應(yīng)、與設(shè)備關(guān)聯(lián)的電子信號(hào)或周?chē)h(huán)境中的其它雜散電子信號(hào)關(guān)聯(lián)。例如，其它 信號(hào)可根據(jù)特性或預(yù)期的頻率成分確定，例如孕婦呼吸（~20BPM)、胎兒呼吸或偽呼吸（~ 50-60BPM)，以及孕婦心率（90-100BPM)。位于預(yù)期范圍120-160BPM內(nèi)的胎心率是被關(guān)注的 一個(gè)目標(biāo)頻率范圍。因此，通過(guò)在一段時(shí)間內(nèi)針對(duì)處于預(yù)期范圍內(nèi)的頻率掃描矩陣，可確定 預(yù)測(cè)的估計(jì)。但是，預(yù)期范圍可進(jìn)行擴(kuò)展以捕捉異?；蚍秶獾臏y(cè)量值，例如可指示胎兒 窘迫的胎心率。
[0097] 在一個(gè)實(shí)例中，UWB傳感器被設(shè)計(jì)為對(duì)從母親的內(nèi)部解剖結(jié)構(gòu)和胎兒反射的發(fā)射 能產(chǎn)生的接收信號(hào)進(jìn)行采樣。采樣器可由發(fā)射器采樣器與接收器采樣器之間的可變時(shí)間延 遲觸發(fā)，其中時(shí)間延遲等于從發(fā)射天線到所關(guān)注的解剖深度、最后到接收天線的渡越時(shí)間 (time of flight)。該延遲可能在對(duì)應(yīng)于包括子宮和胎兒的解剖部位的時(shí)間窗口上發(fā)生變 化，并且還考慮了補(bǔ)償傳感器內(nèi)電路和傳播延遲所需的任何額外的延遲。
[0098] UWB傳感器的定時(shí)參數(shù)可依賴于雷達(dá)配置、傳感器內(nèi)的固有電路和傳播延遲、以及 母親體內(nèi)所需的檢查范圍。對(duì)于針對(duì)單穩(wěn)態(tài)操作配置的UWB傳感器，例如，傳感器內(nèi)的測(cè)量 電路和傳播延遲l〇ns，以及所需的解剖距離50cm可保證子宮和胎兒被包括在內(nèi)，其中50cm 足以覆蓋從母親的腹部皮膚表面到她脊柱的距離。最小時(shí)間延遲可被設(shè)為IOns以解釋傳 感器內(nèi)的電路和傳播延遲，同時(shí)最大時(shí)間延遲可被設(shè)為IOns加上對(duì)應(yīng)于50cm的往返渡越 時(shí)間。假設(shè)平均介電常數(shù)為50,則往返渡越時(shí)間被計(jì)算為近似24ns，從而產(chǎn)生最大時(shí)間延 遲34ns。用于在活動(dòng)的24ns距離窗口上改變采樣器定時(shí)的步長(zhǎng)被設(shè)為250ps，從而提供近 似5mm的徑向分辨率。在給出24ns距離和250ps步長(zhǎng)的情況下，距離窗口中將有96個(gè)距 離庫(kù)。
[0099] 時(shí)間延遲可以顯著大于所關(guān)注的最大頻率的速率被掃過(guò)該距離窗口以避免數(shù)字 化信號(hào)中發(fā)生混淆現(xiàn)象。在給出胎心率預(yù)期范圍120-240BPM或2-4Hz的情況下，掃描率可 被設(shè)為100Hz。每次掃描距離窗口產(chǎn)生一系列樣本，其中每個(gè)離散距離庫(kù)的樣本數(shù)通常被 設(shè)為4或8,從而允許針對(duì)任何單個(gè)深度上的樣本進(jìn)行平均以降噪。這樣，通過(guò)IOOHz掃描 率、每次掃描96步以及每步4個(gè)樣本，接收器采樣率將達(dá)到每秒近似38k樣本。對(duì)每距離 庫(kù)4個(gè)樣本的每個(gè)集合進(jìn)行平均，從而產(chǎn)生每秒近似9. 6k樣本的有效采樣率。
[0100] 在某些變形中，例如圖2B所示，時(shí)間/距離矩陣可具有總共96列，其中每列包含 對(duì)應(yīng)距離庫(kù)的平均數(shù)據(jù)。行數(shù)可依賴于所需的生理數(shù)據(jù)類型以及提取數(shù)據(jù)所需的算法。一 般而言，行計(jì)數(shù)被設(shè)為允許存儲(chǔ)1到5分鐘的數(shù)據(jù)并且不斷使用新數(shù)據(jù)進(jìn)行更新，從而提供 滑動(dòng)數(shù)據(jù)窗口。算法從用于識(shí)別宮縮的簡(jiǎn)單區(qū)分和峰值檢測(cè)變?yōu)楦鼜?fù)雜的運(yùn)動(dòng)檢測(cè)算法， 其中移動(dòng)的平均濾波器衰減靜態(tài)返回值并且傅里葉分析技術(shù)允許測(cè)量胎心率?？蓱?yīng)用額外 的時(shí)間和頻率域以進(jìn)一步精處理數(shù)據(jù)并提高準(zhǔn)確性和一致性。
[0101] 現(xiàn)在參考圖3,系統(tǒng)可實(shí)時(shí)地計(jì)算和確定胎兒和/或孕婦健康的指標(biāo)。例如，系統(tǒng) 可針對(duì)每個(gè)不同的檢查深度上的矩陣（通過(guò)與每個(gè)距離庫(kù)關(guān)聯(lián)的反射實(shí)現(xiàn)）內(nèi)的距離庫(kù)執(zhí) 行頻譜分析。在該實(shí)例中，應(yīng)用移動(dòng)的快速傅里葉變換（FFT)窗口以確定每個(gè)距離庫(kù)中一 段時(shí)間內(nèi)的反射信號(hào)的每個(gè)頻率分量的強(qiáng)度。每個(gè)時(shí)間窗口中具有最大強(qiáng)度的頻率可被確 定并作為向量記錄在時(shí)間曲線圖中以提供胎心率的可視顯示。此方法的準(zhǔn)確性已通過(guò)與超 聲波胎心率監(jiān)視器比較胎心率測(cè)量值進(jìn)行確認(rèn)。
[0102] 圖3示出與頻譜分析關(guān)聯(lián)的用于提取胎兒和/或孕婦健康的特征指標(biāo)的過(guò)程發(fā)明 的一個(gè)變形。在該實(shí)例中，指標(biāo)（例如，心率）可通過(guò)使用移動(dòng)FFT窗口執(zhí)行計(jì)算來(lái)確定。 在該實(shí)例中，特定窗口中具有最大強(qiáng)度的頻率被確定為胎心率。
[0103] 構(gòu)建并使用此處描述的系統(tǒng)的早期概念驗(yàn)證模型來(lái)確定胎心率。從該測(cè)試設(shè)備收 集的數(shù)據(jù)中的某些的一個(gè)實(shí)例在圖4A中示出。圖4A是使用與超聲波胎心率監(jiān)視器比較的 早期原型設(shè)備的最大測(cè)量頻率的圖示。在該實(shí)例中，使用寬度為3秒的移動(dòng)FFT窗口，其中 每個(gè)后續(xù)窗口的95%與在前窗口重疊。這種對(duì)移動(dòng)FFT方法的應(yīng)用提供了基本連續(xù)的胎心 率評(píng)估和測(cè)量，最小化頻譜泄露，從而增加測(cè)量值和計(jì)算值的可靠性和置信度。高度重疊的 移動(dòng)FFT窗口過(guò)程在每個(gè)距離庫(kù)上執(zhí)行以確定每個(gè)距離庫(kù)中的測(cè)量值是否展現(xiàn)出指示胎 心率的行為。
[0104] 圖4B示出通過(guò)上述原型UWB系統(tǒng)401確定的胎兒心跳與現(xiàn)成的胎兒心跳監(jiān)視器 403的另一比較。信號(hào)比較非常接近。
[0105] 圖4C和4D示出來(lái)自同一原型設(shè)備的宮縮信息的提取。如上所述，可分析相同的 反射數(shù)據(jù)以同時(shí)或并行地確定胎兒心跳和/或胎心率和孕婦宮縮。因此，可避免過(guò)度采樣。
[0106]系統(tǒng)可在循環(huán)的迭代過(guò)程中針對(duì)胎兒和/或孕婦健康的一個(gè)或多個(gè)指標(biāo)檢查每