使用LabVIEW和NI硬件精确安全地测量胎儿心率

　　用腰带将胎儿探针(主信号)和孕妇腹部连接，使IR-LED与光电探测器保持 4 cm的距离。将参考探针和母亲的食指连接。由于所选的 IR-LED只能发射68 mW的最大功率，因此设定OFHR系统的工作光学功率小于国际非电离辐射防护委员会(ICNIRP)规定的87 mW。为了调制IR-LED，使用软件子程序产生725 Hz的调制信号，经由NI 9474计数器端连至LED驱动(图1)。在图1中，孕妇腹部的扩散反射光由低噪声光电探测器测量，并将其表示为I (M1, F)的形式，其中M1和F分别表示母亲腹部和胎儿对信号的影响。

　　低噪(6 nV/Hz1/2)跨阻放大器将电流转换成电压。参考探针(连接于母亲的食指)由IR-LED和一个内置前置放大器的固态光电二极管组成。来自该探针的信号表示为I (M2);M2代表母亲对信号的影响。该通道无需同步检测，因为食指的光电血管容积图具有高信噪比(SNR)。

　　NI USB-9239 24位分辨率数据采集模块以5.5 kHz的速率同步采集来自两个探针的信号。在数字域执行解调、信号滤波和信号估计。软件实现了包括调制信号生成、同步检测算法、降采样、高通滤波、和自适应噪声消除(ANC)算法。

　　设计团队采用LabVIEW来实现整个算法以及部分仪器。在完成ANC算法的预处理和应用以后，LabVIEW将显示胎儿信号和胎心率的结果。

　　图2a显示了OFHR系统的 实验室原型和图形化用户界面，并给出了孕妇食指PPG(上)、腹部PPG(中)、以及胎儿的估计PPG(下)。

　　图2b显示了三个可选的显示，包括数字同步或锁相放大器(LIA)、自适应噪声消除器(ANC)、及心律轨迹。前两个显示可用于辅助开发，第三个显示用于表明胎心率相对时间的值。用户可在线观察数据或将其保存用于进一步分析。

　　完成开发之后，我们根据来自6个怀孕35到39周不等的临床对象总共24组数据测试了系统的功能性，数据由马来西亚国民大学医疗中心提供。所有参与本研究的胎儿都由产科医生检查处于健康状态，且出生时无并发症。

　　在研究中，我们在光学及超声波胎心率之间获得了0.97的相关系数(p值小于0.001)，最大误差为4%。临床结果显示探针越靠近胎儿组织(不限于脑部或臀部)，越能够提高信号质量及检测精度。

　　结论

　　研究团队采用低成本、低功率的IR灯及商业可用的硅探测器开发出了新型的OFHR探测系统。通过使用LabVIEW，我们能够快速方便地实现数字同步检测和自适应滤波技术。与标准测量方法(多普勒超声波)相比，我们测量的胎心率结果精度是较高的。基于方案的新颖性，目前我们正在申请其商业领域使用的专利。