基于物联网的电子胎儿监护自动分析系统的设计与实现

摘要

90年代以来，随着我国计划生育政策的实施，独生子女的数量迅速增长，人们对于孕妇和胎儿的健康状况的重视程度不断增加。另外我国人口基数大，出生缺陷率的上升也是影响我国人口质量的一个关键因素。所以对围产期孕妇实施精确的胎儿产前监护，及时了解胎儿的发育状况，对实现优生优育，提高人口出生质量起着非常重要的意义。
　　目前，现有的电子胎儿监护设备种类繁多，不同厂家的机型其分析方法也不尽相同，没有统一的规范标准。此外现行的电子胎儿设备也存在诸多不足之处如:孕妇身上需要捆绑多个传感器（胎心探头和宫缩压探头）;基层医院因技术问题无法展开;胎儿监护仪体积庞大，不便孕妇在家中使用;医生在对胎心宫缩图判读时存在主观误差。基于上述电子胎儿监护设备存在的问题，我们试想将短距离无线通信技术和互联网平台应用到远程电子胎儿监护中，实现孕妇通过便携式传感器设备进行监护，并将监测数据通过网络上传到云端（医院监护中心服务器），同时服务器端胎心宫缩图自动分析系统可对上传的胎心数据信号进行自动评分，供医生对母婴的健康状况进行诊断。
　　本文结合现代医学发展模式（“精准医疗”、“智慧医疗”、“移动医疗”）的发展方向，基于无线短距离通信技术和基于物联网平台，设计了基于物联网的电子胎儿监护自动分析系统。针对胎儿监护设备存在的一些问题以及在原有技术的基础上，本文的关键的研究内容主要有:
　　1、将蓝牙4.0模块移植到胎心探头，实现胎心监护数据的无线传输。基于Android系统开发的智能监护端APP与集成CC2540芯片模块的监护探头连接，实现监护数据的传输、保存、显示。基于互联网技术将监护数据上传到服务器中保存、管理。
　　2、基于蓝牙4.0协议栈实现蓝牙芯片CC2540与手机智能监护端APP进行胎心数据传输，并对蓝牙4.0传输距离、传输速率和功耗进行可行性测试和分析。智能监护端实现与无线探头的连接、监护数据的传输以及胎心率显示和保存等功能。并将监护数据通过Tomcat和Servlet技术上传到网络服务器，以便医护人员诊断和分析，及时的了解孕妇和胎儿的健康状况并给与远程指导。
　　3、对胎心宫缩曲线相关参数的识别算法进行研究，包括胎心率基线算法，胎心率加速和减速算法，胎心率基线变异，宫缩波检测以及宫缩基线算法。在对上述相关参数分析的基础之上，结合临床上广泛采用的评分方法（如:Kerbs、Fichser、NST以及CST）实现计算机对胎心宫缩曲线进行自动评分。
　　本文首先介绍了电子胎儿监护系统在国内外的发展现状，并结合电子胎儿监护系统的发展历史，分析胎儿监护设备的特点及不足，然后对本系统的整体架构及优势进行具体的阐述与分析。接着介绍了胎心信号的采集原理、无线蓝牙探头的研制、智能移动监护端软件开发和服务器平台的搭建所用到的核心技术和方法。下一步对胎心宫缩图临床参数的相关算法进行分析研究，并对其核心算法进行实验验证。最后计算机根据胎心宫缩图参数值和临床上广泛采用的评分法，对胎儿在宫内的健康状况给予自动评分，为妇产科医生在临床诊断方面提供客观、科学的依据。最终本系统实现这样的功能:当用户通过利用无线蓝牙探头将采集到的胎儿监护数据传输给智能监护端APP，并同时将胎心数据实时显示和保存，然后可以将监护数据通过网络上传到医院服务器。最后计算机依据胎心宫缩图多因素参数进行评分，根据评分结果来综合评估胎儿健康状况。在围产医学领域中基于物联网的电子胎儿监护自动分析系统已经成为家庭社区移动监护的一项重要内容，有着非常广泛的意义和发展前景，它促使从“病发后到医院”的传统模式向“及早预防和及早主动诊断治疗”的现代医学模式发展。

目录

摘要

1．1 课题背景

1．2 电子胎儿监护仪的研究现状与发展趋势

1．3 物联网简介

1．4 研究的目的和意义

1．5 内容的结构及内容安排

第二章 系统架构设计与原理分析

2．1 系统架构与功能

2．2 胎心信号检测原理

2．3 胎心率信号处理技术

2．4 短距离无线通信方案

2．5 本章小结

第三章 电子胎儿监护系统模块设计

3．1 基于低功耗蓝牙4．0胎心探头设计

3．2 基于Android智能监护端设计

3．3 基于Tomcat的服务器设计

3．4 本章小结

第四章 胎心宫缩图曲线参数分析

4．1 胎心率信号的获取

4．2 胎心率曲线特征参数提取算法

4．3 宫缩波及宫缩基线检测分析

4．4 本章小结

第五章 胎心宫缩图自动评分系统设计与实现

5．1 胎心宫缩图评分方法

5．2 CTG自动评分系统软件实现

5．3 CTG评分与胎儿管理系统

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 工作总结与展望

参考文献

攻读学位期间成果

致谢

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