[發明專利]一種基于自適應FLANN濾波器的胎兒心電信號提取方法

有效

• 申請號: 201310674038.2
• 申請日: 2013-12-11
• 公開（公告）號: CN103610460A
• 公開（公告）日: 2014-03-05
• 發明（設計）人: 魏國;馬亞平;肖業貴;孫金瑋;黃博妍
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 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事務所 23109
• 代理人: 楊立超

1.一種基于自適應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）、首先從母親腹部導聯獲得母親胎兒混合心電信號以及從母親胸部導聯獲得母親心電信號；

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LMS算法更新自適應FLANN濾波器參數，估計母親心電信號從母親胸部區域到腹部區域之間的非線性關系；

步驟（5）、將自適應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.根據權利要求1所述的一種基于自適應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數字陷波器濾除50Hz工頻干擾；采用6階巴特沃斯型IIR數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.根據權利要求2所述的一種基于自適應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FLANN濾波器的長度為N，分別進行連續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FLANN濾波的結構形式。

4.根據權利要求3所述的一種基于自適應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{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FLANN濾波器輸入，其中線性FIR濾波器系數為w_i,j，i表示參考輸入通道序號，j表示相應濾波器的延遲次數；FLANN濾波器非線性部分系數中對應正弦分量系數h_s,p,i,j和余弦分量系數h_c,p,i,j，s表示系數對應正弦分量，c表示系數對應余弦分量，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，自適應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濾波器系數和FLANN濾波器系數，線性FIR濾波器系數更新公式為

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

5.根據權利要求1、2、3或4所述的一種基于自適應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）的基礎上，得到自適應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FLANN濾波器的總輸出。