[發明專利]基于小波閾值去噪的胎兒心電信號提取方法

無效

• 申請號: 201210281825.6
• 申請日: 2012-08-09
• 公開（公告）號: CN102783945A
• 公開（公告）日: 2012-11-21
• 發明（設計）人: 吳水才;沈燕妮;白燕萍;高小峰
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: A61B5/0444
• 分類號: A61B5/0444
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 張慧

技術領域

本發明屬于胎兒心電信號檢測技術領域，特別涉及一種基于小波閾值去噪的胎兒心電提取方法，是小波模極大值算法用于胎兒心電信號提取的改造技術。

背景技術

胎兒監護是目前保障圍產期孕婦和胎兒安全、實現優生優育的重要手段。在圍產期，胎兒由于臍帶壓迫或其他原因造成暫時性缺氧，會引起窒息、智力遲鈍、癡呆甚至死亡。據統計，我國弱智兒童中很大部分是由于胎兒生長過程中處于缺氧的窘迫狀態而導致發育不良或早產造成，而胎兒死亡中25%也是可以避免的。隨著社會對母嬰健康的重視，圍產期對孕婦和胎兒進行監護日益成為國內外的關注重點。

胎兒心電圖（Fetal?Electrocardiogram，FECG）記錄的是胎兒心臟動作電位及其在心臟傳導過程中的圖形變化，反映胎心率的瞬間變化、心肌情況、心律紊亂等。通過對其波形變化的分析，可及早發現許多妊娠期或分娩期的胎兒病理情況，以便及早采取措施，保證圍產期胎兒的健康。胎兒心電圖不僅能顯示胎兒心率和心臟健康信息，且當胎兒狀況出現異?；虿∽儠r，與心音或心動等相比，心電圖形態變化發生的更快也更敏感。因此，獲取清晰的胎兒心電在胎兒心電監護中具有重要意義。

胎兒心電信號是一種低頻、微弱的信號，易受到各種外界信號的干擾，如母體心電（Maternal?Electrocardiogram，MECG）、工頻干擾、基線漂移以及母體肌電（EMG）等。其他干擾可以通過普通濾波消除，但作為強噪聲的母體心電幅度比胎兒心電大10-20倍，且在時域中胎兒心電約有10%-30%和母體心電重合，頻域中也有大部分頻譜重疊，整個信號的非平穩隨機性又十分強烈，因此胎兒心電常被淹沒。另外，如何確定胎兒位置和電極放置，這些因素都會對胎兒心電信息的準確測量帶來很大的影響。所以，如何準確提取胎兒心電信號是胎兒心電監護的關鍵問題。

近幾十年來，國內外在胎兒心電提取上已經提出許多方法和算法，傳統經典算法包括相干平均法、匹配濾波法、自適應濾波法、奇異值分解（SVD）和小波分析，近年發展起來的方法有獨立量分析（ICA）和神經網絡等。但是這些方法都存在著一定的局限性，如何從母體腹部信號中準確提取胎兒心電信號，目前仍處于研究階段。

小波變換是目前較為流行的一種信號處理方法，能對信號進行多尺度細化，從而可聚焦到信號的任意細節，適用于非平穩信號的分析。在胎兒心電信號提取應用中，小波變換常用來與其他信號提取算法相結合，在小波域應用盲信號分離或獨立分量分析等方法提取胎兒心電信號。另外，小波模極大值算法用于胎兒心電提取，是通過小波域中模的極大值方法來檢測腹部信號中的奇異值，將母體心電信號的奇異點抵消，然后獲取胎兒心電信號，但重構部分計算量較大。本發明提出了基于小波閾值去噪的胎兒心電提取方法，是小波模極大值用于胎兒心電提取的改進技術。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的缺點與不足，提出一種基于小波閾值去噪的胎兒心電提取方法。該方法首先通過小波閾值法把母體腹部信號中的胎兒心電濾除，重構出母體心電，再從腹部信號中除去識別出的母體心電，從而得到胎兒心電信號，并利用小波相關性去噪方法對提取得到的胎兒心電進行去噪處理。

本發明的基于小波閾值去噪的胎兒心電信號提取方法，包括以下步驟：

1.1.將母體腹部信號進行平穩小波變換處理，分解得到各層小波系數；

1.2.對每層小波細節系數單獨處理，去除胎兒心電的小波系數，并將保留下來的母體心電小波系數重構，得到腹部信號中的母體心電；

1.3.從腹部信號中除去重構出的母體心電，得到胎兒心電信號；

1.4.對提取得到的胎兒心電利用小波相關性去噪算法進行去噪處理，得到較為清晰的胎兒心電信號。

上述步驟1.2具體包括如下步驟：

2.1.對小波分解最高層level上的小波細節系數，檢測其最大值pmax，并設定閾值pmax/2；

2.2.在level層上，檢測出幅值大于閾值的小波系數，并以檢測到的小波系數位置為中心構造鄰域，保留每一個鄰域內的小波系數，去除落在鄰域外面的系數，得到level層保留的系數；

2.3.以第level層保留的小波系數位置為中心構造鄰域，在level-1層上保留鄰域內的小波系數，去除鄰域外面的系數，得到第level-1層保留的系數；

2.4.重復步驟2.3，一直到第1層，完成信號細節系數的閾值處理；

2.5.將每一層上保留的小波細節系數通過平穩小波逆變換重構，得到母體心電信號。