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胎心音检测系统中滤波电路的设计

传感器与微系统 2006年第12期25卷 46-47页

作者：刘艳芳高国伟北京信息工程学院电子信息工程系北京100101

胎心音检测在胎儿监护中占有极其重要的地位。胎心音的主要频率范围集中在60～180Hz，因此在对信号进行A／D采样之前，应先设计滤波电路，滤除50Hz工频的谐波分量以及母体噪音。滤波电路采用0PA2277双运放芯片，设计具有正反馈的双T型... 详细信息

胎心音检测在胎儿监护中占有极其重要的地位。胎心音的主要频率范围集中在60～180Hz，因此在对信号进行A／D采样之前，应先设计滤波电路，滤除50Hz工频的谐波分量以及母体噪音。滤波电路采用0PA2277双运放芯片，设计具有正反馈的双T型陷波器滤除工频谐波，利用巴特沃斯滤波原理设计高通滤波器和低通滤波器滤除母体噪音。通过Multisim软件对所设计的陷波电路和滤波电路进行频响特性仿真，得到的频响特性曲线表明：所设计电路可成功滤掉工频干扰和母体噪音干扰。

关键词：胎心音陷波器巴特沃斯滤波器

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胎心音连续无线监测关键技术的研究

胎心音连续无线监测关键技术的研究

作者：王振愿西安电子科技大学

学位级别：硕士

胎心音(Fetal Heart Sound,FHS)是胎儿监护中的重要组成部分,近年来引起了国内外学者的广泛研究与关注。而胎心率(Fetal Heart Rate,FHR),从胎心音信号中提取,是反应胎儿在子宫内健康状况的重要指标之一。本文针对胎心音连续无线监测系... 详细信息

胎心音(Fetal Heart Sound,FHS)是胎儿监护中的重要组成部分,近年来引起了国内外学者的广泛研究与关注。而胎心率(Fetal Heart Rate,FHR),从胎心音信号中提取,是反应胎儿在子宫内健康状况的重要指标之一。本文针对胎心音连续无线监测系统中的关键技术展开研究,主要包括胎心音传感器设计、胎心音采集电路设计和胎心音信号处理三部分。胎心音传感器依据听诊器原理设计,采用单通道、被动方式采集胎心音。整体外形采用圆锥体结构,在使用时形成小型密闭的环境,利用气体压缩原理放大原始胎心音信号,屏蔽外界环境中噪声的干扰。同时,为了保证信号的完整性,传感器采用聚偏氟乙烯(Polyvinylidene Fluoride,PVDF)压电薄膜作为能量转换器件,将声音信号引起的空气振动转换为电信号。另外,传感器外壳采用铜材料加工,并与电源地连接,屏蔽环境中工频干扰的影响。胎心音采集电路又包括放大电路、无线传输电路和辅助电路。本文放大电路芯片型号为AD620,采用差分方式放大胎心音信号,同时放大电路采用同轴线与传感器连接,衰减导线的天线效应,防止特定频率的干扰进入放大电路,降低环境中电磁信号对放大电路的影响。无线传输电路将放大电路放大后的信号传输到终端。本文使用蓝牙协议实现数据的无线传输,使其工作在通话模式下将信号发送到终端(手机)。由于差分放大器需要正负双电源供电,所以本文使用专用芯片LM2662产生与电源等大反向的负电压为放大电路供电。另外,利用芯片TP4056独立设计了低电流充电电路为锂电池充电。胎心音处理部分包括降噪和胎心率提取。在降噪算法中,本文利用自适应算法的优越性结合支持向量回归(Support Vector Regression,SVR)提出了一种自适应支持向量回归的胎心音去噪算法,从被干扰的信源中提取出较为干净的胎心音信号。该方法利用自适应的思想,动态的捕捉实时信号的特点,调整系统最优参数。另外提出了一种改进的胎心率提取算法,包括窗内和窗外两步操作。在窗内结合传统直接计算和加窗两种算法的优点,提出了自动加权平均的方法,可以消除波峰错检和漏检的情况。在此基础上,引入了带偏差修正的指数加权平均算法,进一步对自动加权平均算法得到的胎心率数据加以修正,使得胎心率数据更加准确和稳定,满足系统实时输出的要求。

关键词：胎心音胎心率 PVDF 自适应SVR 指数加权平均

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胎心音信号监测的研究

胎心音信号监测的研究

作者：章榕月海南大学

学位级别：硕士

近年来,由于二胎政策的逐步开放,新生儿的发病率及死亡率也随之增加,胎心音监测可以让医生了解胎儿在母体内的身体状况,由此可以有针对性的治疗患者。一般情况下,人体的心音是能够反映一个人的大致身体情况的,因而便携式的电子胎心音监... 详细信息

近年来,由于二胎政策的逐步开放,新生儿的发病率及死亡率也随之增加,胎心音监测可以让医生了解胎儿在母体内的身体状况,由此可以有针对性的治疗患者。一般情况下,人体的心音是能够反映一个人的大致身体情况的,因而便携式的电子胎心音监护设备可以实时的监控孕妇及胎儿,最大程度上减少医疗不及时导致的无法挽回的情况发生,然而胎心监护设备提取胎心音源信号的精确度很大程度上会影响临床诊断。本文提出了方法是首先运用经验模态(EMD)方法对待处理的信号进行分解,分解出多个内涵模式函数(IMF)分量并筛选出含有目标函数的分量,然后运用盲源分离法对筛选后的IMF分量进行去噪的处理算法。该方法的去噪性能整体上强于小波变换去噪和数学形态学去噪。本文所做的研究工作的具体内容如下:(1)详细介绍了研究论文的意义,即胎心音信号监测可以降低胎儿的发病率及死亡率。同时对胎心监测技术的产生以及国内外胎心监测的发展和演变做了详细的说明。(2)详细介绍了胎心音是如何产生的,而且观测的胎心音均由四个心音信号混合而成。介绍了胎心音、母体心音和内部噪音的时频域特性,它有助于选择正确的去噪方式对收集的喊噪胎心音进行去噪。(3)阐述了胎心音去噪几种方法基本思想,其去噪主要方法有小波变换去噪法,数学形态学去噪法,经验模态分层去噪以及盲源分离去噪法。(4)研究了胎心音信号从收集、去噪处理、胎心音的特征识别到胎心率计算的一整套相对完善的处理流程,并且研究了一种新的算法,该算法步骤是先让EMD分解算法对信号进行分层,然后对分层的信号用盲源分离法进行去噪处理,同时分析EMD分解算法的过程中的缺陷,并提出相应的策略对EMD的缺陷进行相对应的修改。并将本文研究的方法与小波变换去噪、数学形态学去噪进行去噪结果同胎心音源信号做了图形对比,并计算了相应的信噪比,结果证明本文研究的信号去噪方法性能更加好。

关键词：胎心音经验模态 FASTICA算法信号去噪特征识别

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胎心音检测系统研究

胎心音检测系统研究

作者：谭志向重庆医科大学

学位级别：硕士

产前检查是围产医学的重要内容，目的之一是胎儿健康监护，这是实现优生和健康生产的重要手段。中国每年有数千万孕妇，胎儿健康监护需求大，但是它主要在医院进行，存在诸多弊端，并且它不能满足实时、动态和远程监护胎儿的需求。本论... 详细信息

产前检查是围产医学的重要内容，目的之一是胎儿健康监护，这是实现优生和健康生产的重要手段。中国每年有数千万孕妇，胎儿健康监护需求大，但是它主要在医院进行，存在诸多弊端，并且它不能满足实时、动态和远程监护胎儿的需求。本论文分析了胎心音检测技术的理论和特点，提出了基于“设备+云+端”模式的胎心音检测系统，通过一个胎心音采集设备，运行在智能移动终端上的APP和云平台实现了胎心音的采集、除噪、特征识别和以胎心率变化趋势为核心的围孕产期健康管理，该系统不仅满足家庭式安全的胎儿健康监护，还能为孕产妇的营养、运动和保健等健康管理提供持续服务和相关医疗保健解决方案，具有重要的社会价值和意义。本论文的主要内容如下：（1）通过比较超声、胎心电等多种胎儿健康监护技术，指出胎心音检测技术的优点，并总结了国内外在该领域的研究进展，说明基于胎心音检测实现胎儿健康监护主要困难是胎心音采集和处理。（2）总结胎心音的产生机理、传导路径、频域和时域特点，说明胎心音是一种微弱、低频（主频段20-200Hz）的非线性非平稳生物医学信号，噪声复杂，在胎心音采集和处理时有巨大困难。（3）提出了“设备+云+端”模式的胎心音检测系统架构，包括外设设备和软件APP的组成和功能。（4）基于LabVIEW和myDAQ建立了一个原型化实验系统，实现了胎心音信号采集，用于信号处理和分析，并且myDAQ的音频口数据采集验证了使用音频口做数据采集和通信的可行性。（5）胎心音处理（主要是信号除噪）是本论文的研究重点，其创新点主要是首次使用希尔伯特黄变换做胎心音处理，并且本论文的除噪方法一次性地消除了基线漂移和噪声，同小波变换、数学形态学和傅里叶变换等比较，信噪比改善明显，均方误差最小，时间复杂度虽然最高，但是能满足实际应用。本论文的除噪过程是先用截止频率为200Hz的巴特沃斯低通滤波器和重采样做预处理，再使用希尔伯特黄变换的模态分解算法做信号分解，选择含有目标信号的分量进行类小波软阈值自适应算法除噪，最后组合重构得到除噪后的胎心音信号。模态分解时，使用添加掩模信号等方法消除模态混叠，用镜像延拓法消除端点效应，并引用Rilling的研究设定停止规则。（6）对除噪后的胎心音信号使用希尔伯特变换等方法提取信号包络，再用时间门限法做特征识别，最后计算平均胎心率。本论文的方法计算胎心率的准确率高达98.7%。

关键词：胎儿健康监护智能移动终端胎心音希尔伯特黄变换

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便携式胎心音检测系统的设计

国外电子测量技术 2021年第12期40卷 120-124页

作者：万莎李昌日杨肖杰汪长泉吴金泉陈心浩中南民族大学实验教学与工程训练中心武汉430074 南方科技大学生物医学工程学院深圳518055

针对孕晚期胎心监测对判断胎儿在母体中健康状况的重要性,设计了一种便携式胎心音检测系统,该系统由麦克风、胎心听诊筒、信号调理电路、音频输出和单片机软件编程部分组成。结合模拟胎心音仪PS320对系统进行测试,结果表明该系统能实现... 详细信息

针对孕晚期胎心监测对判断胎儿在母体中健康状况的重要性,设计了一种便携式胎心音检测系统,该系统由麦克风、胎心听诊筒、信号调理电路、音频输出和单片机软件编程部分组成。结合模拟胎心音仪PS320对系统进行测试,结果表明该系统能实现单胎胎心音信号的实时检测以及分析,且准确度能达到95%。最后利用该系统采集了约40名孕龄在30周以上孕妇的胎心音信号,音频软件cooledit同时进行采集,证明系统是可行的,可用于孕妇家庭对胎儿健康的日常监护。

关键词：胎心音胎心率麦克风便携式

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基于胎心音与胎心电监测胎心率的研究

基于胎心音与胎心电监测胎心率的研究

作者：丁大禹成都信息工程大学

学位级别：硕士

随着近几年二胎政策的开放,伴随着高龄产妇的增加,围产期胎儿的身体状况成为人们关注的焦点,而定期进行的胎心监护是了解胎儿健康状况的重要手段。其中最频繁使用的监测方式是通过多普勒胎心仪,美国FDA于2018年明确指出长期使用此设备... 详细信息

随着近几年二胎政策的开放,伴随着高龄产妇的增加,围产期胎儿的身体状况成为人们关注的焦点,而定期进行的胎心监护是了解胎儿健康状况的重要手段。其中最频繁使用的监测方式是通过多普勒胎心仪,美国FDA于2018年明确指出长期使用此设备的风险性。围产期的胎心监护是必要措施,可有效降低胎儿窘迫状况的发生。所以实时了解围产儿的身体健康状况,显得尤为重要。由于多普勒胎心仪不适合长期的使用,且操作不便,所以本文利用两种纯被动式胎心监护手段,设计出一款同步采集胎心音信号和胎心电信号的设备。通过采集母体腹部的电信号及声音信号,分离提取出胎儿的心音信号及心电信号,实现实时监测胎心率及可长期穿戴的要求。本文研究的主要内容如下:（1）通过查阅文献,了解现在已有的胎心监护手段,对有创和无创的采集方式的优劣势进行研究分析,并将采集过程中的干扰因素进行充分考虑。本文首次提出将无创胎心电采集方式及无创胎心音采集方式相结合,并将这两种方式的采集要求同时考虑,旨在设计出一款可长期监护胎心率的设备。（2）通过对采集探头结构的设计、电极贴片的设计及传感器芯片的选型,最终设计出一款采用纯被动式采集胎心数据的设备,通过此设备在孕妇腹部采集混叠的胎心音信号及胎心电信号,并通过蓝牙4.2将数据传输到树莓派中,在树莓派中实现数据的简单处理及存储。（3）利用混叠的胎心音和胎心电数据分别计算出胎心率,并将两个胎心率结果做线性拟合,以得到最后的胎心率结果。本文采用类似的算法处理胎心音和胎心电信号。算法分为五个步骤,首先是将原始信号进行50HZ陷波、去基线漂移等处理,然后对信号进行经验模态分解重构为3路信号,进一步滤除杂波;然后利用独立成分分析及奇异值分解算法抵消母体信号;最后再次利用独立成分分析提取出胎儿信号。（4）本文利用标准数据库提供的胎心音数据及胎心电数据分别对算法进行分析处理,以验证算法的有用性及可靠性。对实际采集的数据进行分析处理,通过对实际数据的结果进行拟合处理,然后与多普勒胎心仪同步采集的结果相对比,以明确本系统样机同步采集的可行性。从心率测试结果可以看出,此系统满足技术要求和实际使用的需求,为无创胎心监护设备的设计开发提供一个参考。

关键词：胎儿健康多普勒胎心仪胎心音胎心电胎心率

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被动式胎心音听诊器关键技术的研究

被动式胎心音听诊器关键技术的研究

作者：傅晓雯中国计量大学

学位级别：硕士

胎心率一直以来都是评判胎儿健康状态的重要指标。家用胎心监测设备可以实现胎儿心率的实时监测并对异常情况做出及时反馈。相比于超声多普勒胎心仪,被动式胎心音听诊器无需向胎儿发射任何信号即可采集到有效胎心信号,是一种安全性更高... 详细信息

胎心率一直以来都是评判胎儿健康状态的重要指标。家用胎心监测设备可以实现胎儿心率的实时监测并对异常情况做出及时反馈。相比于超声多普勒胎心仪,被动式胎心音听诊器无需向胎儿发射任何信号即可采集到有效胎心信号,是一种安全性更高的胎心监护设备。本文对被动式胎心音听诊器关键技术进行了研究,主要工作包括:(1)针对胎心音信号中噪声频段复杂难以滤除,间接影响胎心率提取不稳定的问题,本文提出了一种改进的非负矩阵分解降噪算法。该算法用奇异值分解算法作为矩阵初始化策略,有效提高经典非负矩阵分解算法的鲁棒性。此外,增加L2,1范数的稀疏约束和相位补偿算法,在幅值和相位两方面进一步提高算法的降噪效果。在胎心率计算方面,本文根据胎心音信号特征,对自相关算法进行轻量化改进,从而减少了胎心率提取算法的计算量。(2)针对当前胎心音检测设备操作复杂、噪声大、灵敏度低等问题,本文提出了一种基于MEMS声传感器的高灵敏度拾音腔设计方案。该方案采用高集成度的蓝牙芯片缩小电路板面积,并为蓝牙芯片设计了谐振长度为17.2mm,天线高度和竖直壁之间均为5mm的板载倒F天线,以微信小程序作为用户交互终端,使电子听诊器操作更智能,功能更丰富。本文设计的被动式胎心音听诊器具有小体积、低功耗、低噪声、高灵敏度等特点。胎心音降噪算法通过对PhysioNet开源数据库中的数据测试,均呈现较好的效果,且胎心率计算结果误差小于5.3%。

关键词：胎心音胎心率降噪非负矩阵分解相位补偿

应用于胎心音处理的HHT算法的研究及FPGA验证

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应用于胎心音处理的HHT算法的研究及FPGA验证

作者：康帅灵华中科技大学

学位级别：硕士

监测胎儿的健康状态,在发生流产或其他危险情况前,予以及时纠正和治疗,实现孕妇健康怀孕,顺利生产等是胎儿健康监护的意义。当前,胎儿的监护主要利用超声技术在医院中进行,有着许多弊端。由于各地经济发展状况、城乡差别等原因,不能满... 详细信息

监测胎儿的健康状态,在发生流产或其他危险情况前,予以及时纠正和治疗,实现孕妇健康怀孕,顺利生产等是胎儿健康监护的意义。当前,胎儿的监护主要利用超声技术在医院中进行,有着许多弊端。由于各地经济发展状况、城乡差别等原因,不能满足广大孕妇的需求,繁多的检查也导致医院人员拥堵,增加孕妇家庭负担。本文提出了一种基于被动式信号采集方式的胎心音信号提取方法。该方法采集方式自然安全,适用于社区和家庭式胎儿健康监护,胎心音处理结果清晰直观,具有重要社会价值和意义。首先,根据胎心音信号时频域中的特点,对比了几种不同的处理方法。在优化希尔伯特黄变换(HHT)的基础上,结合胎心音在心音周期中的位置分布规律,设计了一种胎心音提取方法,利用该方法在MATLAB上对含噪胎心音信号进行提取和降噪。在综合考虑胎心音处理方法速度、硬件实现复杂度及资源消耗后,介绍了算法各个模块的逻辑电路实现方法,使用Verilog HDL语言完成各个模块的RTL代码编写。最后在XILINX开发平台NEXYS4 DDR(芯片XC7A100T-1CSG324C)上利用在线逻辑分析仪(ILA)对结果进行验证。通过具体实验证明,采用改进的算法对进行胎心音进行处理,结果精度损失为10%5%,信噪比提高了38.7dB,处理结果信号特征清晰。验证平台中的FPGA应用在对实时性要求较高的便携式,低功耗领域,实际结果表明处理耗时均低于信号采样时间,消耗了约1/3的硬件资源。

关键词：胎心音希尔伯特黄变换 FPGA 胎儿健康监护

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胎心音存储回放系统设计

生物医学工程与临床 2013年第2期17卷 184-186页

作者：孟倩郑利星郭红蕊邹翰斌康泰医学系统有限公司河北秦皇岛066000 和平医院康复医学科河北石家庄050000 河北省医疗器械与药品包装材料检验所河北石家庄050000

目的基于STM32F103R8T6微处理器的胎心音存储及回放系统的设计。方法采用STM32单片机作为系统主控模块;SD作为存储介质,存储拾取的胎心音、胎心率及信号波形;系统移植FAT32文件系统,数据以文件格式存储;采用CP2102实现USB接口。同时该... 详细信息

目的基于STM32F103R8T6微处理器的胎心音存储及回放系统的设计。方法采用STM32单片机作为系统主控模块;SD作为存储介质,存储拾取的胎心音、胎心率及信号波形;系统移植FAT32文件系统,数据以文件格式存储;采用CP2102实现USB接口。同时该系统在秦皇岛市友谊医院进行了为期5 d的临床试用,以验证设计效果。结果系统可在检测胎心率的同时,将所需时段的数据进行存储;可调取存储的数据进行回放;还可以将存储的数据上传至上位机,实现打印输出。临床应用证明,系统符合设计需求。结论系统设计能够实现胎心音的存储及回放,满足设计需求。

关键词： STM32 胎心音 FAT32 存储回放