[發明專利]一種交互式胎兒心電快速自動提取方法

有效

• 申請號: 201410311531.2
• 申請日: 2014-07-02
• 公開（公告）號: CN104305992A
• 公開（公告）日: 2015-01-28
• 發明（設計）人: 蔣慶;劉飏;廖瓊
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: A61B5/0444
• 分類號: A61B5/0444
• 代理公司: 廣東世紀專利事務所 44216
• 代理人: 劉卉

技術領域

本發明屬于醫療器械中非侵入式胎兒心電信號處理技術領域，具體是涉及一種可由一路低信噪比母體腹部心電信號中自動快速提取純凈胎兒心電信號的方法。?

背景技術

非侵入式胎兒心電監護儀的工作原理主要是通過母體腹部外電極測量模擬心電信號，利用模數轉換模塊將模擬信號轉換為數字信號，再經相應的算法對數字母體腹部信號進行處理以提取純凈的胎兒心電信號，最后對提取到的胎兒心電信號進行特征提取，將所提取到的特征提供給醫生作診斷。從功能上來說，胎兒心電監護儀需提取到純凈的胎兒心電信號，否則其所提供的胎兒心電特征信息是不準確的，起不到胎兒健康監護的作用。因此，胎兒心電提取算法是胎兒心電監護中的關鍵技術。?

近幾十年來，國內外專家提出了許多胎兒心電提取方法。目前胎兒心電提取的方法主要基于：匹配濾波法、自適應濾波法、奇異值分解法、小波變換、神經網絡和獨立分量分析法。每一種方法都存在著一定的局限性，因此對于準確提取胎兒心電并將算法應用到胎兒心電實時監護系統中仍然需要繼續研究。本發明是基于小波變換的方法，小波變換的方法能對信號進行多尺度細化進而局部分析信號，因此在非平穩信號（特別是心電信號）的分析上具有很大優勢。有些研究將小波變換方法與盲源分離方法、獨立分量分析方法以及神經網絡等方法結合起來提取胎兒心電信號。目前單獨基于小波變換的胎兒心電檢測算法主要有兩類工作原理：（1）將母體腹部提取到的心電信號進行小波分解，根據每個尺度上（或每一級）的信號波形進行分析，通過閾值法對小波系數直接處理提取出母體心電成分，通過反傅里葉變換獲取母體心電信號模板，最后用母體腹部信號減去母體心電模板獲取胎兒心電信號；（2）將母體腹部的心電信號進行小波分解，提取每個尺度上（或每一級）信號的特征，通過對小波系數進行處理獲取另外一種表達方式的特征值，檢測與母體心電信號相關的特征，然后利用這些特征來重構母體心電信號的小波系數繼而得到母體心電，最后用母體腹部信號減去母體心電獲取胎兒心電信號。本發明提出的胎兒心電提取方法基于第二種工作原理，在濾波方法、特征檢測及構造母體心電信號的算法上進行了較大改進。?

小波提取胎兒心電的方法是根據經驗視采集的腹部信號使用。基于小波變換的胎兒心電信號提取算法一般先分析母體腹部心電信號的小波分解結果，然后根據分解結果的特征進行下一步處理。分解結果可能會有很多情況，需根據實際的情況來做不同的處理，很難找到一個通用的方法來提取純凈胎兒心電信號，需要調整各種參數（如分解層數，小波系數閾值，特征閾值等）來適應不同的信號。因此，胎兒心電提取的結果受到一定經驗的影響，在自動控制上存在很大困難，對用戶知識水平要求高，這樣的處理算法難以應用于儀器中。其原因如下：?

（1）由于胎兒心電信號個體差異性特征以及不同檢測儀器的檢測能力問題，檢測儀器所提供的母體腹部心電信號存在著很大的差異。采集到的腹部心電信號除包含小幅值的胎兒心電信號外，還包含幅值很大的母體心電以及工頻干擾、呼吸干擾、肌電干擾等。在這種低信噪比下，即使利用了小波方法的局部時頻分析特性，各種噪聲及干擾的處理要求依然很高，提取胎兒心電存在很大的困難；

（2）部分胎兒心電提取算法基于連續小波變換或是離散小波變換，連續小波變換與離散小波變換都是時變的，起始點不一樣，則變換后的結果不一樣。起始點的選取在某種程度上影響后續信號處理的效果，且這兩種時變的變換不易定位母體心電與胎兒心電，易造成獲取到的信號不是胎兒心電的可能；

（3）基于平穩小波變換或者二進小波變換的胎兒心電提取算法，是非時變的變換。只是，目前無論是直接處理時頻域上的各級小波系數，還是先通過小波系數提取特征點再構造母體心電模板，還是存在需局部考慮信號的缺點。

發明內容

本發明的目的在于針對上述存在問題和不足，提供一種操作容易，穩定性好，算法模型結構簡單且提取準確率高，能有效地解決基于小波提取胎兒心電信號算法中難以移植應用于實時胎兒心電監護系統的弊端的交互式胎兒心電快速自動提取方法。?

本發明的技術方案是這樣實現的：?

本發明所述的交互式胎兒心電快速自動提取方法，其特點是包括如下步驟：

1）對母體腹部心電信號進行預處理，主要去除較易濾掉的工頻干擾和高頻噪聲干擾；

2）將預處理后的母體腹部心電信號進行平穩小波時頻變換；

3）對小波細節系數進行特征提取；

4）檢測與母體腹部心電信號成分相關的特征并構造出母體心電模板；

5）從預處理后的母體腹部心電信號中除去已構造出來的母體心電模板，從而得到胎兒心電信號。