一种新型智能胎儿监护系统的研究与设计

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1、一种新型智能胎儿监护系统的研究与设计时间：2009-06-1914:58:16来源：微计算机信息作者：刘海英　赵继印　周怀得1．引言围产期和分娩过程中对胎儿进行监护，可以及时发现胎儿宫内缺氧、窘迫等危重症状，降低胎儿死亡率，提高分娩质量。传统胎儿监护系统较为复杂，功耗较高，人为干扰多，不便于家庭监护和自我监护。智能胎儿监护系统选用TI公司生产的带24位A/D转换器并具有较强的模拟性能和数字处理能力的MSC1210微处理器，该微处理器把输入通道选择、缓冲、放大、增益调整、A/D转换和数字处理集成到单片电路上，

2、仅用一片集成电路即可实现胎心率、宫缩压力和胎动次数等监护指标的数据采集和对语音器、声振器的控制。智能胎儿监护的控制依据是胎心率，如何精确及时得到胎心率是智能胎儿监护系统的控制前提。针对胎心多普勒信号具有信噪比低、非平稳的随机性特点，计算胎心率时出现1/2、2/3和2倍心率，导致控制失误，这里运用小波分析结合双重阈值算法，准确、实时得到胎心率，确保了智能控制的有效进行。2．智能电脑胎儿监护系统硬件设计2.1智能电脑胎儿监护系统结构智能电脑胎儿监护系统框图如图1所示。主要由超声多普勒胎心探头、宫缩探头、胎动探头

3、，胎心信号调理电路（低通滤波、绝对值运算和包络提取等）、宫缩压力信号调理电路、语音控制、声振器、MSC1210微处理器和计算机处理系统组成。以MSC1210和计算机处理系统为核心。MSC1210控制监护指标的采集和通信，接收电脑命令控制语音器和声振器。计算机系统实现智能控制、通信控制、数据处理算法、监护显示等功能模块。2.2信号调理电路针对胎心率监护指标的重要性和胎心多普勒信号的复杂性，这里重点介绍胎心多普勒信号的条理电路。电路主要对多普勒胎心音信号进行低通滤波、绝对值运算和包络提取等预处理。低通滤波器采用

4、截止频率为250Hz的二阶低通滤波器以滤除高频信号和干扰。绝对值运算电路如图2。信号的强度增强一倍，提高了检测灵敏度。包络提取电路如图3所示，采用截止频率为10HZ的П形滤波和T形滤波相结合的低通滤波器。并联的二极管和电容对电路中的负信号进行限制，并对一定频带的高频信号进行消振。2.3MSC1210微处理器智能胎儿监护采集系统采用美国德州仪器公司推出的功能很强的单片微机MSC1210作为处理器，MSC1210芯片集成了8051微控制器和FLASH存储器的精密摸数转换器，该芯片采用增强型8051单片机内核，缩

5、短了指令执行周期，使用低功耗设计，内部集成了一个24位分辨率的模数转换器（ADC），其转换速度可达1000HZ，8通道多路开关，模拟输入通道测试电流源，输入缓冲器，可编程增益放大器（PGA），内部基准电压源，8位微控制器，程序/数据Flash存储器和数据SRAM等。数字滤波器对输出的数据进行滤波。数字滤波器有快速、sin2和sin3三种。增强型8051内核有两个数据指针，其指令系统与标准8051的指令系统完全兼容，其执行速度却比8051快3倍，因此可工作在低频，以降低功耗和噪声。为了减小干扰，其模拟电源和数

6、字电源分别供电。由于该芯片的集成度使智能胎儿监护系统硬件电路变得简单，电路设计更加简洁，芯片的外围元件非常少，从而使系统的可靠性得到了很大提高，而且大大缩短了开发周期，降低了开发成本。MSC1210接口电路原理如图4。多普勒胎心信号和宫缩压力信号经IN0和IN2输入，经多路转换器后送入缓冲器，可变增益放大器对输入信号进行放大。胎动信号由MSC1210中断处理。MSC1210经RS485总线接收电脑下达的控制命令，经P2口控制语音芯片完成语音提醒功能，通过P1.7控制声振器完成自动胎儿唤醒功能。采用MSC12

7、10作为微处理器更能精确、实时得到胎儿监护指标，为智能控制提供保障。3智能胎儿监护计算机控制系统计算机控制系统利用VisualC++6.0为程序的开发环境，在Win2000环境中运行。针对系统处理的数据量大且实时性要求高的特点，系统编程时充分运用了多线程的思想。整个系统设置为5个线程，其中管理用户界面，响应用户动作的线程为主线程，生存周期为整个程序的主存期，其它4个线程实现智能控制、通信控制、数据处理算法、监护显示功能，生命周期就是线程函数本身。多线程思想的运用，使系统各个功能模块并行运行，可以大大提高CP

8、U的利用率，满足了系统实时性的要求。其中数据处理算法和智能控制是控制系统关键。3.1基于coif5小波的胎心音数据处理算法小波分析提供了一种自适应时域和频域同时局部化的分析方法，无论分析低频或高频局部信号，都能自动调节时-频窗，以适应实际分析的需要。小波分析的实质是将信号x(t)投影到小波函数上，即x(t)与的内积，得到便于处理的小波系数，按照分析的需要对小波系数进行处理，然后对处理后的小波系数进行反变换得到处理