ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2083159

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОСТОЯНИЯ ПЛОДА ПУТЕМ ПРОСЛУШИВАНИЯ ЕГО СЕРДЦЕБИЕНИЯ

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОСТОЯНИЯ ПЛОДА ПУТЕМ ПРОСЛУШИВАНИЯ ЕГО СЕРДЦЕБИЕНИЯ

Имя изобретателя: Зубахин А.Г., Поморцев А.В., Пенжоян Г.А.
Имя патентообладателя: Зубахин Александр Геннадьевич
Адрес для переписки: 
Дата начала действия патента: 29.05.1995

Используется в медицине, а конкретно в перинатологии, одном из отделов акушерства и предназначено для выслушивания сердцебиения плода, кардиомониторинга плода в диагностических целях. Сущность: устройство для определения состояний плода путем прослушивания его сердцебиения включает пьезоэлектрические элементы, устанавливаемые на переднюю брюшную стенку беременной женщины, излучающие зондирующие ультразвуковые импульсы и принимающие отраженные сигналы от тканей матери и плода, из которых затем выделяется частота Допплеровского смещения от движения только стенок сердца плода, в устройство введены 2 дополнительных блока, на которых эти сигналы преобразуются из области частот 200-600 Гц в область 16 КГц - 50 Гц. Вновь введенные 2 блока позволяют устройству улавливать более слабые, чем известными устройствами сигналы (например, в более ранних сроках беременности (начиная с 7 недель), у женщин страдающих ожирением), а также улучшить другие технические характеристики прибора, а именно уменьшить массу, габариты, потребляемую мощность устройства при большей его чувствительности и разрешающей способности.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к медицине, а именно к перинатологии, являющейся разделом акушерства, и предназначено для прослушивания сердцебиений плода и использования в приборах для кардиомониторинга плода (фетальных мониторах) в целях диагностики состояния плода и выявления нарушений его развития.

Известные устройства для прослушивания сердцебиений плода и кардиомониторинга плода включают пьезоэлектрический датчик-излучатель сигнала, соединенный с передающим генератором ВЧ- сигнала, а также пьезодатчик приема отраженного ВЧ-сигнала и последовательно соединенные с ним усилитель ВЧ, смеситель, полосовой фильтр шумоподавления, усилитель НЧ и звукоизлучающий элемент [1,2,3]

Известные устройства основаны на зондировании сердца плода через брюшную стенку беременной при помощи ультразвуковых пьезоэлектрических датчиков, в результате движения сердца плода в отраженном ультразвуковом сигнале появляется частота Допплеровского смещения, которая воспринимается датчиком, выделяется из несущей частоты фильтрами, усиливается и подается на громкоговоритель. Учитывая особенности распространения ультразвука в живой ткани зондирование плода возможно на частоте несущей 1-2 МГц (на низких частотах, менее 1 МГц мы имеем слабую чувствительность, т.к. имеется и низкая частота Допплеровского смещения в районе 50 Гц, что попадает в зону действия промышленных помех, при частотах более 2 МГц наблюдается эффект затухания ультразвука пропорционально квадрату расстояния, что ограничивает глубину зондирования). Скорость движения стенок сердца во время сокращения примерно 0,05-0,15 м/с, при этом образующаяся частота допплеровского смещения 200-600 Гц.

Недостатками вышеперечисленных приборов является то, что полученные сигналы слабо различными, что приводит к необходимости введения в схемы приборов больших низкочастотных громкоговорителей, требующих повышенных габаритов корпуса и мощных источников питания, при этом прослушивание сердцебиений возможно лишь в больших сроках с 18-20 нед. беременности и затруднено при ожирении беременной.

Техническим результатом изобретения является обеспечение повышения чувствительности и разрешающей способности для обеспечения возможности прослушивания слабых сигналов от сердца плода (в сроках беременности с 7 недель и у женщин страдающих ожирением), при этом значительно снизить габариты и энергопотребление прибора.

В ходе экспериментов было установлено, что ухо человека в сотни раз лучше различает частотно-модулируемый звуковой сигнал по частоте, чем низкочастотный звуковой сигнал, модулированный по амплитуде, используемый в известных приборах. При небольших изменениях сигнала очень трудно различить изменения амплитуды сигнала, но хорошо различимы изменения его частоты.

Для этого устройство, состоящее из пьезоэлектрического датчика-излучателя сигнала, соединенного с передающим генератором ВЧ-сигнала, а также пьезодатчика приема отраженного ВЧ-сигнала и последовательно соединенного с ним усилителем ВЧ; смесителя, полосового фильтра шумоподавления, усилителя НЧ и звукоизлучающего элемента, дополнительно снабжено включенными между полосовым фильтром и усилителем низкой частоты блоком амплитудного детектора и блоком преобразователя напряжение частота.

Диапазон преобразователя напряжение частота выбран в пределах от 16 КГц до 50 Гц.

Зависимость частоты выходного сигнала от амплитуды входного в преобразователе напряжение-частота выбран из ряда математических зависимостей, состоящего из линейной, логарифмической, гиперболической, квадратичной.

схематически показана блок-схема предлагаемого устройства для определения состояния плода путем прослушивания его сердцебиения

Зависимость амплитуды выходного сигнала от амплитуды входного сигнала в преобразователе напряжение-частота выбран из ряда математических зависимостей, состоящего из линейной, логарифмической, гиперболической, квадратичной.

В качестве излучающего элемента использован один и тот же пьезоэлемент, при этом передачу и прием сигнала осуществляют поочередно.

На фиг. 1 схематически показана блок-схема предлагаемого устройства для определения состояния плода путем прослушивания его сердцебиения; на фиг.2 -принципиальная схема части устройства амплитудно-частного преобразователя звукового сигнала; на фиг.3 временные характеристики электрических сигналов в различных блоках устройства; на фиг.4 частотная и амплитудная зависимость прослушиваемого сигнала от энергии колебания стенки сердца плода.

Устройство состоит из задающего высокочастотного (ВЧ) генератора 1 (см. фиг. 1,2), передающего пьезоэлемента 2 (см. фиг.1), принимающего пьезоэлемента 4 (см. фиг.1), высокочастотного (ВЧ) усилителя 5 (см. фиг.1), смесителя 6 (см. фиг.1), полосового фильтра шумоподавления 7 (см. фиг.1), амплитудного детектора 10 (см. фиг. 2), преобразователя напряжение частота 11 (см. фиг. 2), усилителя низкой частоты (НЧ) 8 (см. фиг.1,2), звукоизлучающего элемента 9 (см. фиг.1,2), например громкоговорителя.

Устройство работает следующим образом.

Электрический ВЧ сигнал 1-2 МГц с генератора 1 (см. фиг.1) подается на излучающий пьезоэлемент 2 (см. фиг. 1), где он преобразуется в ультразвук, далее распространяется в тканях матери и плода 3 (см. фиг. 1) и отражается от них, при этом отраженный ультразвуковой сигнал в приемном пьезоэлементе 4 (см. фиг.1) преобразуется в электрический сигнал и усиливается в ВЧ- усилителе 5 (см. фиг.1), затем этот сигнал поступает в смеситель 6 (см. фиг.1), где смешивается с частотой ВЧ- генератора. При этом частота сигнала, отраженного от неподвижных объектов, равна частоте ВЧ- генератора, а частота сигнала, отраженного от подвижных объектов, например стенки сердца плода, отличается от исходного сигнала на величину Допплеровского смещения D=FOЧ(v/c), где FO частота задающего генератора, v скорость движения объекта, c скорость ультразвука в тканях (c=1540 м/с), при этом на выходе смесителя образуется разностная частота D, для сердца плода диапазон D колеблется в пределах 200-500 Гц. Далее сигнал поступает в полосовой фильтр шумоподавления 7 (см. фиг. 1), где усиливается сигнал с частотой D 12 (см. фиг.3), и отфильтровываются иные частоты. Затем эхо-сигнал сердца плода с частотой D - 12 (см. фиг. 3) в амплитудном детекторе 10 (см. фиг. 1,2) преобразуется в низкочастотный сигнал 1-6 Гц 13 (см. фиг. 3), после чего поступает в преобразователь напряжение частота 11 (см. фиг. 1,3), на выходе которого имеется частотно-модулированный сигнал в диапазоне от 16 КГц до 50 Гц 14 (см. фиг.3), причем имеется определенная зависимость частоты и амплитуды сигнала на выходе преобразования от напряжения на его входе, выбрана из ряда, состоящего из линейной, логарифмической, гиперболической, квадратичной, например, линейная 15, 16 (см. фиг. 4). Далее полученный сигнал 14 (см. фиг.3) усиливается в усилителе низкой частоты 8 (см. фиг.1,2) и воспроизводится звукоизлучающим элементом 9 (см. фиг.1,2), например громкоговорителем.

В ходе проведенных экспериментов было установлено, что при прослушивании ухо человека в сотни раз лучше различает такой частотно-модулируемый сигнал (фиг.3-14), чем низкочастотный сигнал амплитудно-модулированный сигнал (фиг. 3-12), который обычно используется в известных приборах. При небольших диапазонах изменения сигнала очень трудно различить на слух изменения амплитуды сигнала, но в том же диапазоне хорошо различимы изменения его частоты. В качестве звукового преобразователя при частотной модуляции на высоких частотах целесообразно использовать малогабаритную динамическую головку или пьезопреобразователь, имеющий очень малое энергопотребление.

принципиальная схема части устройства амплитудно-частного преобразователя звукового сигнала
временные характеристики электрических сигналов в различных блоках устройства

Изобретение позволяет оперативно на слух выделять сигналы малой интенсивности (в малых сроках беременности и у женщин, страдающих ожирением), при одновременном значительном уменьшении габаритов прибора, что позволяет сделать прибор портативным и удобным в эксплуатации, особенно в нестационарных условиях.

Примеры из клиники.

Пример 1: Беременная С. в сроке 39 нед. беременности, ожирение 2, вес - 130 кг, при прослушивании аппаратом Toitu FD-400D сердцебиение плода не выслушивались, при прослушивании на предлагаемом устройстве сердцебиения плода четко выслушивались. Наличие сердцебиения плода подтверждено при ультразвуковом исследовании.

Пример 2: Беременная К. в сроке 12 нед. беременности, при прослушивании аппаратом Toitu FD-400D сердцебиения плода не выслушивались, при прослушивании на предлагаемом устройстве (сердцебиения плода четко выслушивались. Наличие сердцебиений плода подтверждено при ультразвуковом исследовании.

Пример 3: беременная В. в сроке 35 нед. беременности, при прослушивании аппаратом Toitu FD-400D (сердцебиения плода не выслушивались, при прослушивании на предполагаемом устройстве сердцебиения плода также не выслушивались. При ультразвуковом исследовании было подтверждено отсутствие сердцебиений и выставлен диагноз замершая беременность.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Устройство для определения состояния плода путем прослушивания его сердцебиения, включающее в себя пьезоэлектрический датчик-излучатель сигнала, соединенный с передающим генератором ВЧ-сигнала, а также пьезодатчик приема отраженного ВЧ-сигнала и последовательно соединенные с ним усилитель ВЧ, смеситель, полосовой фильтр шумоподавления, усилитель НЧ и звукоизлучающий элемент, отличающееся тем, что, с целью повышения чувствительности и разрешающей способности, он дополнительно снабжен включенными между полосовым фильтром и усилителем низкой частоты блоком амплитудного детектора и блоком преобразователя напряжение частота.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что диапазон выходной частоты преобразователя напряжение частота выбран в пределах 16 50 Гц.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что зависимость частоты выходного сигнала от амплитуды входного сигнала в преобразователе напряжение частота выбрана из ряда математических зависимостей, состоящего из линейной, логарифмической, гиперболической, квадратичной.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что зависимость амплитуды выходного сигнала от амплитуды входного сигнала в преобразователе напряжение - частота выбрана из ряда математических зависимостей, состоящего из линейной, логарифмической, гиперболической, квадратичной.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве варианта исполнения излучающий элемент может быть выполнен одним и тем же пьезоэлементом, при этом передача и прием сигнала осуществляются поочередно.

Версия для печати


вверх