一種新型智能胎兒監(jiān)護系統(tǒng)的研究與設計

1．引言
圍產(chǎn)期和分娩過程中對胎兒進行監(jiān)護，可以及時發(fā)現(xiàn)胎兒宮內(nèi)缺氧、窘迫等危重癥狀，降低胎兒死亡率，提高分娩質(zhì)量。傳統(tǒng)胎兒監(jiān)護系統(tǒng)較為復雜，功耗較高，人為干擾多，不便于家庭監(jiān)護和自我監(jiān)護。智能胎兒監(jiān)護系統(tǒng)選用TI公司生產(chǎn)的帶24位A/D轉(zhuǎn)換器并具有較強的模擬性能和數(shù)字處理能力的MSC1210微處理器，該微處理器把輸入通道選擇、緩沖、放大、增益調(diào)整、A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)字處理集成到單片電路上，僅用一片集成電路即可實現(xiàn)胎心率、宮縮壓力和胎動次數(shù)等監(jiān)護指標的數(shù)據(jù)采集和對語音器、聲振器的控制。智能胎兒監(jiān)護的控制依據(jù)是胎心率，如何精確及時得到胎心率是智能胎兒監(jiān)護系統(tǒng)的控制前提。針對胎心多普勒信號具有信噪比低、非平穩(wěn)的隨機性特點，計算胎心率時出現(xiàn)1/2、2/3和2倍心率，導致控制失誤，這里運用小波分析結(jié)合雙重閾值算法，準確、實時得到胎心率，確保了智能控制的有效進行。
2．智能電腦胎兒監(jiān)護系統(tǒng)硬件設計
2.1智能電腦胎兒監(jiān)護系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
智能電腦胎兒監(jiān)護系統(tǒng)框圖如圖1所示。主要由超聲多普勒胎心探頭、宮縮探頭、胎動探頭，胎心信號調(diào)理電路（低通濾波、絕對值運算和包絡提取等）、宮縮壓力信號調(diào)理電路、語音控制、聲振器、MSC1210微處理器和計算機處理系統(tǒng)組成。以MSC1210和計算機處理系統(tǒng)為核心。
MSC1210控制監(jiān)護指標的采集和通信，接收電腦命令控制語音器和聲振器。計算機系統(tǒng)實現(xiàn)智能控制、通信控制、數(shù)據(jù)處理算法、監(jiān)護顯示等功能模塊。

2.2信號調(diào)理電路
針對胎心率監(jiān)護指標的重要性和胎心多普勒信號的復雜性，這里重點介紹胎心多普勒信號的條理電路。電路主要對多普勒胎心音信號進行低通濾波、絕對值運算和包絡提取等預處理。低通濾波器采用截止頻率為250Hz的二階低通濾波器以濾除高頻信號和干擾。絕對值運算電路如圖2。信號的強度增強一倍，提高了檢測靈敏度。包絡提取電路如圖3所示，采用截止頻率為10HZ的П形濾波和T形濾波相結(jié)合的低通濾波器。并聯(lián)的二極管和電容對電路中的負信號進行限制，并對一定頻帶的高頻信號進行消振。

2.3 MSC1210微處理器
智能胎兒監(jiān)護采集系統(tǒng)采用美國德州儀器公司推出的功能很強的單片微機MSC1210作為處理器，MSC1210芯片集成了8051微控制器和FLASH存儲器的精密摸數(shù)轉(zhuǎn)換器，該芯片采用增強型8051單片機內(nèi)核，縮短了指令執(zhí)行周期，使用低功耗設計，內(nèi)部集成了一個24位分辨率的模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC），其轉(zhuǎn)換速度可達1000HZ，8通道多路開關，模擬輸入通道測試電流源，輸入緩沖器，可編程增益放大器（PGA），內(nèi)部基準電壓源，8位微控制器，程序/數(shù)據(jù)Flash存儲器和數(shù)據(jù)SRAM等。數(shù)字濾波器對輸出的數(shù)據(jù)進行濾波。數(shù)字濾波器有快速、sin2和sin3三種。增強型8051內(nèi)核有兩個數(shù)據(jù)指針，其指令系統(tǒng)與標準8051的指令系統(tǒng)完全兼容，其執(zhí)行速度卻比8051快3倍，因此可工作在低頻，以降低功耗和噪聲。為了減小干擾，其模擬電源和數(shù)字電源分別供電。由于該芯片的集成度使智能胎兒監(jiān)護系統(tǒng)硬件電路變得簡單，電路設計更加簡潔，芯片的外圍元件非常少，從而使系統(tǒng)的可靠性得到了很大提高，而且大大縮短了開發(fā)周期，降低了開發(fā)成本。MSC1210接口電路原理如圖4。多普勒胎心信號和宮縮壓力信號經(jīng)IN0和IN2輸入，經(jīng)多路轉(zhuǎn)換器后送入緩沖器，可變增益放大器對輸入信號進行放大。胎動信號由MSC1210中斷處理。MSC1210經(jīng)RS485總線接收電腦下達的控制命令，經(jīng)P2口控制語音芯片完成語音提醒功能，通過P1.7控制聲振器完成自動胎兒喚醒功能。采用MSC1210作為微處理器更能精確、實時得到胎兒監(jiān)護指標，為智能控制提供保障。