劉飛飛，魏守水，景天磊

山東大學(xué) 控制科學(xué)與工程學(xué)院，山東 千佛山 250061

0 前言

胎兒監(jiān)護(hù)和無(wú)痛分娩是保障產(chǎn)婦和胎兒安全，實(shí)現(xiàn)優(yōu)生優(yōu)育的重要手段。胎兒監(jiān)護(hù)儀主要用于保護(hù)胎兒正常生長(zhǎng)發(fā)育，及時(shí)消除影響胎兒生長(zhǎng)的各種因素；減少孕婦分娩時(shí)的疼痛恐懼和產(chǎn)后的疲倦，安全分娩出身體健康、智力發(fā)育良好的新生兒[1]。目前，胎兒監(jiān)護(hù)儀只是起到監(jiān)護(hù)的作用，沒(méi)有與無(wú)痛分娩系統(tǒng)形成閉環(huán)，即監(jiān)護(hù)和協(xié)助分娩脫離。2008年，李法升教授[2]研制出無(wú)痛分娩自動(dòng)監(jiān)護(hù)控制系統(tǒng)，即采用靜脈滴注催產(chǎn)素（縮宮素）方法。因孕婦對(duì)催產(chǎn)素的敏感度因個(gè)體差異而不同，可能造成過(guò)強(qiáng)宮縮導(dǎo)致胎兒缺氧或子宮破裂；而專家醫(yī)師個(gè)體的差異，對(duì)手動(dòng)控制輸液量的多少也難免會(huì)出現(xiàn)誤差。為此，本文提出了一種基于LabVIEW的自動(dòng)監(jiān)護(hù)與無(wú)痛分娩閉環(huán)系統(tǒng)。系統(tǒng)采用乳房按摩，促使孕婦產(chǎn)生內(nèi)源性催產(chǎn)素，有一定的自身調(diào)節(jié)作用，使其接近自然生理現(xiàn)象，比滴注催產(chǎn)素簡(jiǎn)便、安全。

1 系統(tǒng)框架與功能

1.1 系統(tǒng)框架

本系統(tǒng)主要由超聲多普勒胎心探頭、宮縮探頭、胎動(dòng)探頭、乳房按摩儀、笑氣吸入裝置、MSC1210微處理器和計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)組成（圖1）。通過(guò)接口RS-232連接MSC1210與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，實(shí)時(shí)顯示胎心率曲線、宮縮曲線、胎動(dòng)信號(hào)波形，通過(guò)自動(dòng)分析診斷，智能控制乳房按摩儀和笑氣吸入裝置。

1.2 系統(tǒng)功能

超聲多普勒探頭用于檢測(cè)胎兒心音信號(hào)[3]，探頭類型為電子凸陣，探頭頻率范圍為1.5～12 MHz，最大探查深度30 cm，掃描角度為85°。宮縮壓力探頭，用于采集宮縮信號(hào)，采用飛利浦M1355A宮縮壓力探頭。宮縮壓力測(cè)量范圍為0～100相對(duì)單位，宮縮壓力分辨率為1，宮縮壓力非線性誤差≤5%。外測(cè)時(shí)，將外測(cè)用宮縮壓力探頭固定于腹部宮體部位。胎動(dòng)達(dá)標(biāo)器，由計(jì)數(shù)器和胎動(dòng)計(jì)數(shù)軟件組成，胎兒的胎動(dòng)信號(hào)來(lái)自母體感知，孕婦每感覺(jué)到1次胎動(dòng)即按1次胎動(dòng)達(dá)標(biāo)器按鍵，記錄1次胎動(dòng)。

數(shù)據(jù)采集處理設(shè)備選用TI公司生產(chǎn)的帶24位A/D轉(zhuǎn)換器，并具有較強(qiáng)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(shí)現(xiàn)胎心率、宮縮壓力和胎動(dòng)次數(shù)等監(jiān)護(hù)指標(biāo)的數(shù)據(jù)采集[4]。其工作過(guò)程：① 向超聲探頭發(fā)送脈沖信號(hào)，接受反射回的超聲信號(hào)；② 為宮縮探頭供電，并且接受探頭的輸出；③ 接受胎動(dòng)達(dá)標(biāo)器的開(kāi)關(guān)信號(hào)；④ 處理前置放大信號(hào)、濾波信號(hào)、主放大信號(hào)，然后得出胎心率值、宮縮壓值、胎動(dòng)信息等監(jiān)護(hù)數(shù)據(jù)與計(jì)算機(jī)通信。

2 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與功能的實(shí)現(xiàn)

2.1 串行通信接口

為簡(jiǎn)化接口電路設(shè)計(jì)，MSC1210與計(jì)算機(jī)以串行通信方式[5]，通過(guò)接口RS-232C連接。采用LabVIEW8.6開(kāi)發(fā)軟件讀入數(shù)據(jù)，顯示胎心率曲線、宮縮曲線、胎動(dòng)信號(hào)波形[6]。

2.1.1 串口通信協(xié)議

串口通信協(xié)議的各字節(jié)定義，見(jiàn)表1。

表1 串口通信協(xié)議字節(jié)定義

BIT 2 ～ BIT 0為8級(jí)音量調(diào)節(jié)，7（111B）為最強(qiáng)，0（000B）為最弱,缺省值為第3檔。如發(fā)送 0x20，表示有某一鍵按下，同時(shí)設(shè)置胎心音音量為 0檔；發(fā)送 0x12，表示產(chǎn)生報(bào)警，同時(shí)設(shè)置胎心音音量為 2檔； 發(fā)送 0x0b，表示宮縮壓力置20，同時(shí)設(shè)置胎心音音量為 3檔。

2.1.2 根據(jù)協(xié)議編寫(xiě)串口通信

在LabVIEw功能模板中，Instnlment I/O子模板包含了進(jìn)行串行通信操作的一些功能模塊，有串口寫(xiě)、串口讀、串口設(shè)置、關(guān)閉串口等模塊[7]。此程序主要完成以下任務(wù)：串口通信協(xié)議參數(shù)的設(shè)置；傳送數(shù)據(jù)給計(jì)算機(jī)；計(jì)算機(jī)發(fā)送指令控制硬件的啟始和復(fù)位。

研究區(qū)域經(jīng)濟(jì)時(shí)空差異及其成因，對(duì)于加快落后地區(qū)發(fā)展，保持發(fā)達(dá)地區(qū)競(jìng)爭(zhēng)力具有重大意義。在具體的研究過(guò)程，基尼系數(shù)、經(jīng)濟(jì)聯(lián)系強(qiáng)度模型以及社會(huì)要素流模型被廣泛應(yīng)用，GIS技術(shù)也被廣泛應(yīng)用在經(jīng)濟(jì)發(fā)展空間結(jié)構(gòu)的研究中，有力支持了探究區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展時(shí)空分異和空間結(jié)構(gòu)的特征和演化過(guò)程[8]。本研究以福州市市轄區(qū)經(jīng)濟(jì)和縣域經(jīng)濟(jì)為研究對(duì)象，采用了指數(shù)、系數(shù)計(jì)算的方法，并結(jié)合ESDA和GIS空間分析技術(shù)，對(duì)福州市經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和區(qū)域發(fā)展差異從時(shí)間尺度和空間結(jié)構(gòu)兩個(gè)方面進(jìn)行分析，以期為福州市經(jīng)濟(jì)持續(xù)健康發(fā)展和區(qū)域空間組織優(yōu)化提供參考。

2.1.3 胎監(jiān)模塊發(fā)送到上位機(jī)的數(shù)據(jù)

每隔0.25 s發(fā)送1幀數(shù)據(jù)，每幀數(shù)據(jù)6個(gè)字節(jié)，字節(jié)之間的間隔為2 ms。每幀數(shù)據(jù)格式，見(jiàn)表2；數(shù)據(jù)狀態(tài)標(biāo)志，見(jiàn)表3。

表2 上位機(jī)數(shù)據(jù)格式

表3 狀態(tài)標(biāo)志

BIT 1～ BIT 0：00表示信號(hào)質(zhì)量差，01為信號(hào)質(zhì)量一般，10為信號(hào)質(zhì)量好。

2.1.4 對(duì)讀取的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和顯示

LabVIEW軟件對(duì)傳送的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，首先將十六位數(shù)據(jù)設(shè)置成屬性節(jié)點(diǎn)值，然后讀取1幀數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度，再將幀數(shù)據(jù)拆分為字符串，將字符串轉(zhuǎn)換成字節(jié)進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示，并將數(shù)據(jù)置入一個(gè)FOR循環(huán)結(jié)構(gòu)中。每6個(gè)字節(jié)為一個(gè)循環(huán)，循環(huán)次數(shù)由監(jiān)護(hù)時(shí)間控制。

2.1.5 設(shè)置自動(dòng)報(bào)警

將胎兒心率FHR1、FHR2分別設(shè)置為屬性節(jié)點(diǎn)的值，當(dāng)報(bào)警系統(tǒng)檢測(cè)到100 bpm＜(FHR1、 FHR2)＜160 bpm時(shí)，顯示報(bào)警信號(hào)。報(bào)警信號(hào)的上下限值可以根據(jù)需要手動(dòng)設(shè)置。報(bào)警顯示設(shè)計(jì)電路，見(jiàn)圖2。

2.2 自動(dòng)分析診斷系統(tǒng)

本系統(tǒng)采用的推理策略，以產(chǎn)生式規(guī)則的正向推理為主，以案例推理為輔[8]。從胎兒監(jiān)護(hù)儀得到胎心率曲線，由胎心率曲線來(lái)計(jì)算各胎心率監(jiān)護(hù)指標(biāo)[9]，繪出反映胎心率基線特征的特征基線值，然后由它作為初始值，逐步逼近得到胎心率曲線的基線。根據(jù)胎心率基線計(jì)算出胎心率加速、胎心率減速，胎心率的波動(dòng)幅度和波動(dòng)頻率。對(duì)上述指標(biāo)進(jìn)行Krebs[10]評(píng)分，由評(píng)分值預(yù)測(cè)胎兒健康狀況。根據(jù)評(píng)分以及胎兒在子宮中各項(xiàng)指標(biāo)，在規(guī)則知識(shí)庫(kù)中搜索與之匹配的標(biāo)準(zhǔn)模式，發(fā)出指令控制乳房按摩儀和笑氣吸入裝置的工作狀態(tài)。

2.3 乳房按摩儀的控制

乳房按摩儀可以啟動(dòng)產(chǎn)程和加強(qiáng)宮縮，在很大程度上起到催生引產(chǎn)的作用[11]。其專家分析系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，誘發(fā)最佳宮縮狀態(tài)，即10 min內(nèi)出現(xiàn) 3～5次子宮收縮，每次宮縮持續(xù) 40～60 s為中等強(qiáng)度。系統(tǒng)根據(jù)胎心率基線、宮縮曲線和胎動(dòng)標(biāo)志，自動(dòng)調(diào)節(jié)按摩的強(qiáng)度，連續(xù)3次按摩均無(wú)子宮收縮出現(xiàn)，則提示按摩強(qiáng)度過(guò)小，加大按摩的強(qiáng)度。異常情況下自動(dòng)停止乳房按摩儀的運(yùn)行。

啟動(dòng)乳房按摩儀的條件：① 按開(kāi)啟鍵后 115 min內(nèi)無(wú)宮縮；② 宮縮后 115 min內(nèi)無(wú)宮縮；③ 左側(cè)和右側(cè)按摩后1 min內(nèi)無(wú)宮縮。

停止乳房按摩儀的條件：① 每次宮縮活動(dòng)單位 ≥45；② 胎心率 ≥180 bpm，持續(xù) ≥1 min；③ 胎心率≤100 bpm,持續(xù) ≥15 s。

2.4 笑氣吸入控制

笑氣麻醉起效快、作用消失快。該裝置操作簡(jiǎn)單、方便，鎮(zhèn)痛作用強(qiáng)，麻醉作用弱，可安全有效地降低孕婦的疼痛[11]。系統(tǒng)自動(dòng)控制間隙性笑氣流量揮發(fā)器，決定吸入的時(shí)機(jī)（乳房按摩后115 min；宮縮出現(xiàn)5 s）、時(shí)限（30～40 s自動(dòng)關(guān)閉）和吸入的劑量（視產(chǎn)婦疼痛情況而定），以達(dá)到最小吸入量、最佳鎮(zhèn)痛狀態(tài)。異常情況下自動(dòng)停止笑氣吸入。停止吸入條件：每次宮縮活動(dòng)單位≥45；胎心率≥180 bpm，持續(xù)≥1 min；胎心率≤100 bpm，持續(xù)≥15 s。

2.5 數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)

基于LabVIEW數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)工具包LabSQL[12]實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，便于數(shù)據(jù)的顯示和打印，為人工處理提供方便。本文創(chuàng)建的數(shù)據(jù)源名為db，LabSQL就是利用db訪問(wèn)與之相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)庫(kù)。ADO Connection Create.vi和ADO Connection Open.vi完成與數(shù)據(jù)庫(kù)的連接，數(shù)據(jù)庫(kù)由DSN=db指定。系統(tǒng)流程，見(jiàn)圖3。

3 總結(jié)和展望

本文將LabVIEW軟件應(yīng)用于胎兒監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，并將乳房按摩儀，笑氣吸入裝置與計(jì)算機(jī)相連，形成一個(gè)完整的閉環(huán)式無(wú)痛自動(dòng)控制分娩系統(tǒng)。通過(guò)初步的臨床檢驗(yàn)，與自然產(chǎn)程比較，采用該系統(tǒng)監(jiān)控，產(chǎn)婦總產(chǎn)程縮短4.23 h，有效率鎮(zhèn)痛達(dá)到99.66%，順產(chǎn)率達(dá)到89%。新生兒Apgar評(píng)分: 6分 占0.73%, 8～10分 占99.27%。臨床檢驗(yàn)證明，采用該系統(tǒng)可減輕產(chǎn)婦分娩疼痛、加速產(chǎn)程進(jìn)展；減低剖宮產(chǎn)率，避免剖宮產(chǎn)兒并發(fā)癥，提高胎兒質(zhì)量。對(duì)于實(shí)現(xiàn)優(yōu)生優(yōu)育，提高人口素質(zhì)有重要意義。

本系統(tǒng)還有許多需要進(jìn)一步改進(jìn)和完善之處，如軟件的分析模塊對(duì)胎動(dòng)次數(shù)的獲取只是采用傳統(tǒng)的母親主觀感覺(jué)胎動(dòng)來(lái)進(jìn)行標(biāo)記的。下一步，可引入胎動(dòng)自動(dòng)識(shí)別功能，從宮縮探頭獲取宮縮壓力信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)胎動(dòng)信號(hào)的準(zhǔn)確檢測(cè)；引入高級(jí)分析模塊，采用時(shí)域分析和頻域分析相結(jié)合的方法，對(duì)與臨床監(jiān)護(hù)相關(guān)的參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行自動(dòng)化監(jiān)護(hù)與控制。

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