[發(fā)明專利]一種基于自適應(yīng)FLANN濾波器的胎兒心電信號提取方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310674038.2
• 申請日: 2013-12-11
• 公開（公告）號: CN103610460A
• 公開（公告）日: 2014-03-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 魏國;馬亞平;肖業(yè)貴;孫金瑋;黃博妍
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: A61B5/0444
• 分類號: A61B5/0444
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標(biāo)事務(wù)所 23109
• 代理人: 楊立超

1.一種基于自適應(yīng)FLANN濾波器的胎兒心電信號提取方法，其特征在于包括以下步驟：

步驟（1）、首先從母親腹部導(dǎo)聯(lián)獲得母親胎兒混合心電信號以及從母親胸部導(dǎo)聯(lián)獲得母親心電信號；

步驟（2）、對從母親體表獲取的兩類心電信號分別進行預(yù)處理，其包括校正信號的低頻基線漂移、濾除50Hz工頻干擾、濾除高頻肌電信號干擾；

步驟（3）、將預(yù)處理后的母親胎兒混合心電信號和母親心電信號進行歸一化處理，分別作為自適應(yīng)FLANN濾波器的原始輸入信號和參考輸入信號；

步驟（4）、利用自適應(yīng)LMS算法更新自適應(yīng)FLANN濾波器參數(shù)，估計母親心電信號從母親胸部區(qū)域到腹部區(qū)域之間的非線性關(guān)系；

步驟（5）、將自適應(yīng)FLANN濾波器的誤差輸出信號，作為估計得到的胎兒心電信號。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于自適應(yīng)FLANN濾波器的胎兒心電信號提取方法，其特征在于，所述步驟（2）中，

采用8階巴特沃斯型IIR數(shù)字高通濾波器校正信號的基線漂移，該濾波器的截止頻率為0.04Hz；采用IIR數(shù)字陷波器濾除50Hz工頻干擾；采用6階巴特沃斯型IIR數(shù)字低通濾波器濾除肌電干擾等高頻噪聲，該濾波器的截止頻率為200Hz。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于自適應(yīng)FLANN濾波器的胎兒心電信號提取方法，其特征在于，所述步驟（3）具體包括以下步驟：

步驟（3-1）、將所述步驟（2）預(yù)處理后的一路母親胎兒混合心電信號f_m(n)和q路母親心電信號m₁(n)、m₂(n)、…、m_q(n)，選取自適應(yīng)FLANN濾波器的長度為N，分別進行連續(xù)N個采樣并歸一化處理；

步驟（3-2）、將母親胎兒混合心電信號f_m(n)作為自適應(yīng)FLANN濾波器的原始輸入信號，母親心電信號m₁(n)、m₂(n)、…、m_q(n)作為自適應(yīng)FLANN濾波器的多參考輸入信號，即采用單原始輸入和多參考輸入的自適應(yīng)FLANN濾波的結(jié)構(gòu)形式。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于自適應(yīng)FLANN濾波器的胎兒心電信號提取方法，其特征在于，所述步驟（4）具體包括以下步驟：

步驟（4-1）、將母親胎兒混合心電信號f_m(n)和q路母親心電信號m₁(n)、m₂(n)、…、m_q(n)分別進行以三角基函數(shù){1,cos(πu),sin(πu),cos(πu),sin(πu),…,cos(Nπu),sin(Nπu)}為基的N點非線性擴展，u表示待擴展的序列；

步驟（4-2）、將非線性擴展得到的序列作為自適應(yīng)FLANN濾波器輸入，其中線性FIR濾波器系數(shù)為w_i,j，i表示參考輸入通道序號，j表示相應(yīng)濾波器的延遲次數(shù)；FLANN濾波器非線性部分系數(shù)中對應(yīng)正弦分量系數(shù)h_s,p,i,j和余弦分量系數(shù)h_c,p,i,j，s表示系數(shù)對應(yīng)正弦分量，c表示系數(shù)對應(yīng)余弦分量，p表示FLANN的序號；

步驟（4-3）、得到第i參考通道的FIR濾波器線性輸出為自適應(yīng)FLANN濾波器非線性輸出為

zi(n)=Σp=0PΣj=0N-1{hs,p,i,jsin[pπmi(n-j)]+hc,p,i,jcos[pπmi(n-j)]}]]>

其中，P為FLANN的個數(shù)，自適應(yīng)FLANN濾波器的總輸出為

步驟（4-4）、利用LMS算法不斷更新線性FIR濾波器系數(shù)和FLANN濾波器系數(shù)，線性FIR濾波器系數(shù)更新公式為

w_i,j(n+1)=w_i,j(n)+μ_1,ie(n)m_i(n-j)

FLANN濾波器系數(shù)更新公式為

h_s,p,i,j(n+1)=h_s,p,i,j(n)+μ_2,ie(n)sin[pπm_i(n-j)]

h_c,p,i,j(n+1)=h_c,p,i,j(n)+μ_2,ie(n)cos[pπm_i(n-j)]

其中，μ_1,i為第i通道FIR濾波器的步長，μ_2,i為第i通道FLANN濾波器的步長；

利用自適應(yīng)LMS算法獲得的濾波器系數(shù)w_i,j、h_s,p,i,j和h_c,p,i,j是自適應(yīng)調(diào)整的、時變的，而母親心電信號從胸部區(qū)域到腹部區(qū)域之間的非線性關(guān)系也是時變的，該非線性關(guān)系可以通過上述濾波器系數(shù)來表示，從而估計得到母親心電信號從胸部區(qū)域到腹部區(qū)域之間的非線性關(guān)系。

5.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4所述的一種基于自適應(yīng)FLANN濾波器的胎兒心電信號提取方法，其特征在于，所述步驟（5）具體包括以下步驟：在所述步驟（4）的基礎(chǔ)上，得到自適應(yīng)FLANN濾波器的誤差輸出信號：

e(n)=f_m(n)-y(n)

作為估計得到的胎兒心電信號，式中，f_m(n)為母親胎兒混合心電信號，y(n)為自適應(yīng)FLANN濾波器的總輸出。