CN104586434B - 胎动时提升胎心多普勒信号采集质量的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种胎动时提升胎心多普勒信号采集质量的方法，包括如下步骤：在监护胎心过程中的设定时间内，对采集到的胎动多普勒信号的包络进行运算或处理，得到表示胎动状况的胎动特征值；比较所述得到的胎动特征值和预设的胎动阈值的大小，如胎动特征值大于或等于所述胎动阈值，判断为当前处于胎动期，增加胎心多普勒音频滤波电路中低频抑制滤波器的阶数；否则，判断为处于非胎动期，减小上述滤波器阶数。本发明还涉及一种实现上述方法的装置。实施本发明的胎动时提升胎心多普勒信号采集质量的方法及装置，具有以下有益效果：其在一定程度上消除了胎动信号对胎心多普勒信号的干扰、后续处理较为容易。

Description

胎动时提升胎心多普勒信号采集质量的方法及装置

技术领域

本发明涉及医疗仪器的信号处理领域，更具体地说，涉及一种胎动时提升胎心多普勒信号采集质量的方法及装置。

背景技术

超声多普勒胎儿监护仪是通过发射超声波信号，再接收来自胎儿心脏的超声回波信号，来判断胎儿当前的状态的。因为胎儿心脏在不停的搏动，利用超声多普勒原理，回波信号会有一定的频率偏移，超声多普勒胎儿监护仪通过利用回波解调放大电路，从超声波解析出该频率偏移值。由于该值是与胎心搏动对应的，所以利用这个频偏信号就可以通过进一步的处理得到胎儿的心率值。但是，在监护胎心的过程中，往往会发生胎儿在孕妇子宫内活动的情况，这种情况通常称为胎动。胎动时，胎心信号可能被胎动的多普勒信号(频率比胎心多普勒信号要低)干扰甚至淹没，得到的胎心多普勒信号就会变差。这个因素使采集到的胎儿心音多普勒信号相比于未发生胎动时会小很多，甚至远小于动态范围下限、信号根本检测不到。而现有的胎儿监护仪通常不会针对这种情况采取相应的措施，这种情况使得胎动时由于胎动多普勒信号的干扰导致得不到较好的胎心多普勒信号，进而导致不能计算胎儿心率曲线，使得胎儿监护的效果和效率都受到影响。在胎心多普勒音频信号滤波电路上一直用最大的低频抑制，虽然可以在一定程度上缓解上述问题，但是在没有胎动、胎心信号本身较弱的时候，则可能获取因低频滤波器阶数过多导致有用的胎心多普勒信号衰减过大，不利于后续的处理。所以，总体上来看，现有的胎心多普勒信号采集的方法具有容易受到胎动带来的胎动多普勒信号干扰、使得后续处理变得较为困难的缺点。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述容易受到胎动带来的胎动多普勒信号干扰、使得后续处理变得较为困难的缺陷，提供一种在一定程度上消除胎动信号的干扰、后续处理较为容易的胎动时提升胎心多普勒信号采集质量的方法及装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种胎动时提升胎心多普勒信号采集质量的方法，包括如下步骤：

A)在监护胎心过程中的设定时间内，对采集到的胎动多普勒信号的包络进行运算或处理，得到表示胎动状况的胎动特征值；

B)比较所述得到的胎动特征值和预设的胎动阈值的大小，如胎动特征值大于或等于所述胎动阈值，判断为当前处于胎动期，执行步骤C)；否则，判断为处于非胎动期，执行步骤D)；

C)增加胎心多普勒音频滤波电路中低频抑制滤波器的阶数，并返回步骤A)；

D)减小胎心多普勒音频滤波电路中低频抑制滤波器的阶数，并返回步骤A)。

更进一步地，所述胎动特征值为采集到的胎动多普勒信号的包络值的和、所述胎动多普勒信号包络值的平均值、所述胎动多普勒信号包络值的平方和或者所述胎动多普勒信号包络值的积分值中的任意一项；所述预设的胎动阈值的取值与所述胎动特征值的选择相适配。

更进一步地，判断当前是否处于胎动期时，进一步包括：多次取得胎动特征值，并多次与预设的胎动阈值比较，如其均大于或等于所述胎动阈值，判断为当前处于胎动期；如其均小于所述胎动阈值，判断当前处于非胎动期。

更进一步地，所述多次取得的胎动特征值及其对应的胎动阈值的种类相同或不相同。

更进一步地，所述步骤C)进一步包括：

C1)判断当前胎心多普勒音频滤波电路中低频抑制滤波器的阶数是否最大值，如是，返回步骤A)；否则，按照一个设定的步长增加所述胎心多普勒音频滤波电路中低频抑制滤波器的阶数，并返回步骤A)。

更进一步地，所述步骤D)中进一步包括如下步骤：

D1)判断当前胎心多普勒音频滤波电路中低频抑制滤波器的阶数是否最小值，如是，返回步骤A)；否则，按照一个设定的步长减少所述胎心多普勒音频滤波电路中低频抑制滤波器的阶数，并返回步骤A)。

本发明还涉及一种实现上述方法的装置，包括：

胎动特征值取得单元：用于在监护胎心过程中的设定时间内，对采集到的胎动多普勒信号的包络进行运算或处理，得到表示胎动状况的胎动特征值；

胎动特征值比较单元：用于比较所述得到的胎动特征值和预设的胎动阈值的大小，如胎动特征值大于或等于所述胎动阈值，判断为当前处于胎动期，调用低频抑制滤波器阶数增加单元；否则，判断为处于非胎动期，调用低频抑制滤波器阶数减小单元；

低频抑制滤波器阶数增加单元：用于增加胎心多普勒音频滤波电路中低频抑制滤波器的阶数；

低频抑制滤波器阶数减小单元：用于减小胎心多普勒音频滤波电路中低频抑制滤波器的阶数；

其中，所述胎动特征值取得单元由监护仪的超声波探头取得超声波回波信号，取出其中的胎动多普勒信号及特征值，并传输到所述特征值比较单元；所述特征值比较单元将依据其比较结果输出控制信号到所述低频抑制滤波器阶数增加单元或所述低频抑制滤波器阶数减小单元。

更进一步地，所述胎动特征值为采集到的胎动多普勒信号的包络值的和、所述胎动多普勒信号包络值的平均值、所述胎动多普勒信号包络值的平方和或者所述胎动多普勒信号包络值的积分值中的任意一项；所述预设的胎动阈值的取值与所述胎动特征值的选择相适配。

更进一步地，所述超声探头功率增加单元进一步包括：用于判断当前超声波探头的发射驱动电压是否最大值的最大值判断模块；所述超声探头功率减小单元进一步包括：用于判断当前超声波探头的发射驱动电压是否最小值的最小值判断模块。

实施本发明的胎动时提升胎心多普勒信号采集质量的方法及装置，具有以下有益效果：由于从胎心多普勒信号和胎动多普勒信号的混合信号中取出了胎动多普勒信号，并对其经过处理得到胎动特征值，将其与设定的胎动阈值比较，就能够较为准确地判断胎儿是否处于胎动状态；再依据当前胎心多普勒音频滤波电路中低频抑制滤波器状态对其阶数进行调整，使得该监护仪能够在胎动时尽可能地得到较为准确的胎心信号；同时对处于非胎动期间的胎儿减小该滤波器的阶数，使得在较弱的胎心信号下能够将其准确取出，方便后续处理。因此，其在一定程度上消除了胎动信号对胎心多普勒信号的干扰、后续处理较为容易。

附图说明

图1是本发明胎动时提升胎心多普勒信号采集质量的方法及装置实施例中该方法的流程图；

图2是所述实施例中取得胎动特征值的流程图；

图3是所述实施例中增加驱动电压的具体步骤；

图4是所述实施例中装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明实施例作进一步说明。

如图1所示，在本发明的胎动时提升胎心多普勒信号采集质量的方法及装置实施例中，该方法包括如下步骤：

步骤S11处理超声波反射信号，得到胎动多普勒信号，对其处理，得到胎动特征值：在本实施例中，首先开始对胎儿的监护，也就是使用胎儿超声多普勒监护仪对胎儿进行监护，开始对胎儿发射超声波，由于胎儿心脏跳动而使得超声波回波信号的频率发生偏移，接收其回波，将该超声波回波转换为电信号并对其进行处理，从而得到胎心信号。得到的信号实际上是一个混合信号，即该信号中既有表示胎儿心脏跳动的胎心信号，也有表示胎儿在子宫中移动的胎动信号。同理，在胎儿没有移动的情况下，超声波回波信号中表示胎动的信号分量(频率偏移)比较小，而表示胎心信号的分量比较大；而在胎动的情况下，上述胎动信号的分量就比较大，而表示胎心信号的分量比较小。基本上来讲，当胎儿心脏移动或胎儿身体移动时，导致回波信号的频率发生偏移，从而得到不同的超声波频率偏移信号。在回波信号中，上述两个多普勒频率信号(或信号分量)是混合在一起的。在本步骤中，将上述混合信号中的两个分量分开，也就是得到由胎动引起的多普勒信号(或多普勒频偏信号)。对于采集一段时间的上述胎动多普勒信号进行运算，就得到表示当前胎动状态的胎动特征值。在本实施例中，胎动特征值是对上述一段时间采集到胎动信号的包络进行运算。在本实施例中，该特征值可以是时间段内胎动多普勒信号的包络值的和、时间段内胎动多普勒信号的包络值的平均值、时间段内胎动多普勒信号的包络值的平方和或时间段内胎动多普勒信号的包络值的积分值中的任意一个。如果胎动多普勒信号的包络为I_i，则在N个时间单位组成的时间段内，

胎动多普勒信号的包络值的和是

胎动多普勒信号的包络值的平均值是

胎动多普勒信号的包络值的平方和是

胎动多普勒信号的包络值的积分值是

即当选择的胎动特征值为上述任何一个时，就对胎动多普勒信号的包络进行上述其对应的表达式表示的运算，得到其对应的胎动特征值。

步骤S12判断得到的胎动特征值是否大于或等于设定的胎动阈值，如是，判断胎儿当前处于胎动状态，执行步骤S13；否则，判断胎儿当前处于非胎动状态，执行步骤S14；在本实施例中，胎动阈值是一个事先设定的、且与选择的胎动特征值种类对应的值。因为即使是在胎动多普勒信号的包络完全相同的情况下，选择不同的胎动特征值种类，得到的特征值都可能不同，所以其对应的阈值也会不同。例如，在相同的包络的情况下，选择胎动特征值是胎动多普勒信号的包络值的和的情况下，与选择胎动特征值是时间段内胎动多普勒信号的包络值的平均值的情况下，得到的胎动特征值是不同的，因此，这两种情况下的胎动阈值也就不同。当判断当前胎儿处于胎动的情况下，执行步骤S13；当判断胎儿处于非胎动的情况下，执行步骤S14。值得一提的是，在本实施例中的一些情况下，上述判断胎儿状态可以是取得一次胎动特征值后与设定的胎动阈值进行比较，得到当前胎儿的状态；而在另外一些情况下，也可以是在多个时间段内取得多次胎动特征值，分别与设定的胎动阈值比较，在多次比较的结果一致的情况下，才得出上述胎儿状态的判断。在上述多次取得胎动特征值并与设定胎动阈值比较时，其胎动特征值选择的种类可以是同一种类，也可以是不同的种类，此时，每次比较的胎动阈值也要发生相应的变化，与其选择的胎动特征值的种类相适配。

步骤S13增加胎心多普勒音频滤波电路中低频抑制滤波器的阶数：在本步骤中，由于判断被监护的胎儿当前处于胎动状态，因此在上述由超声波探头上得到的回波信号中携带有大量由于胎儿移动而产生的胎动多普勒信号分量，由于胎儿移动的速度通常慢于胎儿心跳的速度，且较为平缓、无规律，所以其多普勒信号通常集中在较为低频的部分(相对于胎心多普勒信号而言)，所以需要加大取得胎心多普勒音频信号时的低频抑制滤波器的阶数(该低频抑制滤波器是一个阶数可调的多阶低频滤波器)，加强该滤波器对低频抑制的效果，以得到较为清楚的胎心信号。至于加大驱动电压的具体步骤，稍后详述。执行完本步骤后，返回步骤S11，开始下一轮的监护及胎心、胎动信号的取得。

步骤S14减小胎心多普勒音频滤波电路中低频抑制滤波器的阶数：在本步骤中，由于判断被监护的胎儿当前处于非胎动状态，所以上述回波信号中由于胎儿移动导致的胎动多普勒分量较小，即使减少胎心多普勒音频滤波电路中低频抑制滤波器的阶数，也能够得到较为清楚的胎心信号。至于减少驱动电压的具体步骤，稍后详述。执行完本步骤后，返回步骤S11，开始下一轮的监护及胎心、胎动信号的取得。

如图2所示，在本实施例中，更为具体地说，其取得胎动特征值的步骤包括：

步骤S21取得反射的超声波回波，并将其转换为电信号：在本步骤中，将监护仪的超声波探头设置在被监护孕妇的腹部相应位置，使其发射的超声波信号照射到胎儿，并产生回波，该回波由于胎儿的心跳或胎儿身体的移动而使其频率发生一定的偏差，当超声波探头接收到上述回波之后，将其转换为电信号。

步骤S22对该电信号进行解调，得到胎心多普勒信号和胎动多普勒信号的混合信号：在本步骤中，对上述得到的电信号进行解调，即去掉其中的超声波载频，得到其中包括的胎心多普勒信号和胎动多普勒信号的混合信号。

步骤S23对混合信号进行滤波，得到胎动多普勒信号的包络：将混合信号中的胎心多普勒信号进行衰减和滤除，得到胎动多普勒信号，用于进行胎动的特征值计算。值得一提的是，对上述混合信号还将分出一路进行低频滤波后，得到胎心多普勒信号。

步骤S24对上述包络进行设定或选定的运算，得到胎动特征值：对上述胎动多普勒信号的包络进行上述设定或选定的运算，得到胎动特征值。

如图3所示，在本实施例中，增加超声波探头的发射驱动电压的步骤包括：

步骤S31取得当前胎心多普勒音频滤波电路中低频抑制滤波器的阶数，判断其是否为最大值：在本步骤中，取得当前的胎心多普勒音频滤波电路中低频抑制滤波器的阶数，判断该值是否该滤波器允许阶数的最大值，如是，则表示不能再对该阶数进行调节，跳转到步骤S33；如当前的阶数值不是允许的最大值，则表示可以对该低频抑制滤波器的阶数进行调节，执行步骤S32。

步骤S32按照设定的步长增加该滤波器的阶数：在本步骤中，在本步骤中，对上述低频抑制滤波器的阶数进行调节，使其增加，该滤波器阶数的增加会使得其对于低频信号的抑制更好，即对胎动多普勒信号的抑制更好，能够得到质量更好的胎心多普勒信号。在本实施例中，事先设定了一个调节的幅度(或步长)，每次调节时都只是增加一个设定的幅度，使得该阶数能够在多次调节过程中逐渐增加，避免调节幅度过大带来的对提取胎心多普勒音频信号的不利影响，例如，较大的调节幅度可能使得对胎心多普勒信号的取得变得较为困难。例如，设该阶数最大值为5，每次调节的幅度或步长为1，在当前阶数为3的情况下，调节一次后该滤波器阶数变为4。执行完本步骤后，返回步骤S11。

步骤S33不调整低频抑制滤波器的阶数值：在本步骤中，不对上述低频抑制滤波器的阶数进行调节，执行完本步骤后，将返回步骤S11。

值得一提的是，在判断胎儿处于非胎动状态的情况下，也会对上述低频抑制滤波器的阶数进行调节，使其降低。具体的步骤也会上述步骤相似，不同之处在于，先对当前低频抑制滤波器的阶数进行判断，判断其是否为最小的阶数，如是，直接返回步骤S11，不对其进行调节；如否，则与上述步骤S32相似，每次降低一个设定步长的阶数。

此外，本实施例还涉及一种实现上述方法的装置。如图4所示，该装置包括胎动特征值取得单元1、胎动特征值比较单元2、低频抑制滤波器阶数增加单元3和低频抑制滤波器阶数减小单元4；其中，胎动特征值取得单元1用于在监护胎心过程中的设定时间内，对采集到的胎动多普勒信号的包络进行运算或处理，得到表示胎动状况的胎动特征值；胎动特征值比较单元2用于比较所述得到的胎动特征值和预设的胎动阈值的大小，如胎动特征值大于或等于所述胎动阈值，判断为当前处于胎动期，调用低频抑制滤波器阶数增加单元3；否则，判断为处于非胎动期，调用低频抑制滤波器阶数减小单元4；低频抑制滤波器阶数增加单元3用于增加胎心多普勒音频滤波电路中低频抑制滤波器的阶数；低频抑制滤波器阶数减小单元4用于减小胎心多普勒音频滤波电路中低频抑制滤波器的阶数；其中，所述胎动特征值取得单元1由监护仪的超声波探头取得超声波回波信号，取出其中的胎动多普勒信号及特征值，并传输到所述特征值比较单元2；所述特征值比较单元2将依据其比较结果输出控制信号到所述低频抑制滤波器阶数增加单元3或所述低频抑制滤波器阶数减小单元4，这两个单元输出的信号使得该低频抑制滤波器的阶数增加或减少。在本实施例中，胎动特征值为采集到的胎动多普勒信号的包络值的和、所述胎动多普勒信号包络值的平均值、所述胎动多普勒信号包络值的平方和或者所述胎动多普勒信号包络值的积分值中的任意一项；所述预设的胎动阈值的取值与所述胎动特征值的选择相适配。

在本实施例中，所述超声探头功率增加单元3进一步包括用于判断当前超声波探头的发射驱动电压是否最大值的最大值判断模块31；所述超声探头功率减小单元进一步包括4用于判断当前超声波探头的发射驱动电压是否最小值的最小值判断模块41。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种胎动时提升胎心多普勒信号采集质量的方法，其特征在于，包括如下步骤：

A）在监护胎心过程中的设定时间内，对采集到的胎动多普勒信号的包络进行运算或处理，得到表示胎动状况的胎动特征值；

B）比较所述得到的胎动特征值和预设的胎动阈值的大小，如胎动特征值大于或等于所述胎动阈值，判断为当前处于胎动期，执行步骤C）；否则，判断为处于非胎动期，执行步骤D）；

C）增加胎心多普勒音频滤波电路中低频抑制滤波器的阶数，并返回步骤A）；

D）减小胎心多普勒音频滤波电路中低频抑制滤波器的阶数，并返回步骤A）。

2.根据权利要求1所述的胎动时提升胎心多普勒信号采集质量的方法，其特征在于，所述胎动特征值为采集到的胎动多普勒信号的包络值的和、所述胎动多普勒信号包络值的平均值、所述胎动多普勒信号包络值的平方和或者所述胎动多普勒信号包络值的积分值中的任意一项；所述预设的胎动阈值的取值与所述胎动特征值的选择相适配。

3.根据权利要求2所述的胎动时提升胎心多普勒信号采集质量的方法，其特征在于，判断当前是否处于胎动期时，进一步包括：多次取得胎动特征值，并多次与预设的胎动阈值比较，如其均大于或等于所述胎动阈值，判断为当前处于胎动期；如其均小于所述胎动阈值，判断当前处于非胎动期。

4.根据权利要求3所述的胎动时提升胎心多普勒信号采集质量的方法，其特征在于，所述多次取得的胎动特征值及其对应的胎动阈值的种类相同或不相同。

5.根据权利要求1所述的胎动时提升胎心多普勒信号采集质量的方法，其特征在于，所述步骤C）进一步包括：

C1）判断当前胎心多普勒音频滤波电路中低频抑制滤波器的阶数是否最大值，如是，返回步骤A）；否则，按照一个设定的步长增加所述胎心多普勒音频滤波电路中低频抑制滤波器的阶数，并返回步骤A）。

6.根据权利要求1所述的胎动时提升胎心多普勒信号采集质量的方法，其特征在于，所述步骤D）中进一步包括如下步骤：

D1）判断当前胎心多普勒音频滤波电路中低频抑制滤波器的阶数是否最小值，如是，返回步骤A）；否则，按照一个设定的步长减少所述胎心多普勒音频滤波电路中低频抑制滤波器的阶数，并返回步骤A）。

7.根据权利要求1所述的胎动时提升胎心多普勒信号采集质量的方法，其特征在于，所述步骤A）中进一步包括：

A1）发射超声波信号，并得到胎心及胎儿身体的反射的回波信号，将其转换为电信号；

A2）对所述电信号进行解调，得到胎心多普勒信号和胎动多普勒信号的混合信号；

A3）对所述混合信号中的胎心多普勒信号进行滤波，得到胎动多普勒信号的包络；对所述包络进行运算或处理，得到胎动特征值。

8.一种实现如权利要求1所述的胎动时提升胎心多普勒信号采集质量方法的装置，其特征在于，包括：

胎动特征值取得单元：用于在监护胎心过程中的设定时间内，对采集到的胎动多普勒信号的包络进行运算或处理，得到表示胎动状况的胎动特征值；

胎动特征值比较单元：用于比较所述得到的胎动特征值和预设的胎动阈值的大小，如胎动特征值大于或等于所述胎动阈值，判断为当前处于胎动期，调用低频抑制滤波器阶数增加单元；否则，判断为处于非胎动期，调用低频抑制滤波器阶数减小单元；

低频抑制滤波器阶数增加单元：用于增加胎心多普勒音频滤波电路中低频抑制滤波器的阶数；

低频抑制滤波器阶数减小单元：用于减小胎心多普勒音频滤波电路中低频抑制滤波器的阶数；

其中，所述胎动特征值取得单元由监护仪的超声波探头取得超声波回波信号，取出其中的胎动多普勒信号及特征值，并传输到所述特征值比较单元；所述特征值比较单元将依据其比较结果输出控制信号到所述低频抑制滤波器阶数增加单元或所述低频抑制滤波器阶数减小单元。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述胎动特征值为采集到的胎动多普勒信号的包络值的和、所述胎动多普勒信号包络值的平均值、所述胎动多普勒信号包络值的平方和或者所述胎动多普勒信号包络值的积分值中的任意一项；所述预设的胎动阈值的取值与所述胎动特征值的选择相适配。

10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述低频抑制滤波器阶数增加单元进一步包括：用于判断当前超声波探头的低频抑制滤波器阶数是否最大值的最大值判断模块；所述低频抑制滤波器阶数减小单元进一步包括：用于判断当前低频抑制滤波器阶数是否最小值的最小值判断模块。