[發明專利]基于時頻域熵特征的子宮肌電信號分析及早產預測方法

有效

• 申請號: 202110291282.5
• 申請日: 2021-03-18
• 公開（公告）號: CN113133771B
• 公開（公告）日: 2022-10-28
• 發明（設計）人: 樓航曉;許金山;胡鳳丹;陳鎮欽;汪夢婷
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: A61B5/389
• 分類號: A61B5/389;A61B5/397;A61B5/00
• 代理公司: 杭州斯可睿專利事務所有限公司 33241
• 代理人: 王利強

一種基于時頻域熵特征的子宮肌電信號分析及早產預測方法，設以頻率f_s采集子宮肌電信號，得到時序信號X_i；通過短時傅里葉變換將時序信號X_i分解成不同頻率分量y^ω(t)；針對不同頻率ω_x的分量信號y^ω(t)計算相應頻率下的近似熵特征和樣本熵特征利用信號的記錄時間t_r分別對每個和進行改進得到和對得到的所有特征應用主成分分析技術，選擇最優數量的主成分得到特征，選擇最優數量的主成分得到特征；基于新特征和使用機器學習模型訓練樣本；使用訓練好的機器學習模型，生成早產預測系統。本發明準確率較高。

技術領域

本發明涉及一種基于時頻域熵特征的子宮肌電信號(EHG)分析及早產預測方法

背景技術

早產(Preterm Birth，懷孕小于37周的新生兒)是全球范圍的公共健康問題之一，即使在歐洲和其他一些發達國家，早產約占新生兒7％左右。早產不僅會給家庭帶來嚴重的情感與經濟負擔，也是社會醫療支付的重要組成部分。雖然圍產期和新生兒的護理水平已經有了很大的提高，但早產兒仍然具有很高的發病率和死亡率。據統80％的新生兒死亡病例與早產直接或間接相關。為此，早產診斷與預防方法一直是臨床醫學的研究熱點之一。

引起早產的直接原因是子宮過早地產生強有力的收縮行為。宮縮(uterinecontraction)是整個孕期中的普遍現象，也是孕婦在孕期求醫主要原因。然而醫生卻很難正確判斷這些宮縮是否真正會導致分娩的產生：在收治的被診斷為有早產風險的孕婦中，有近50％沒有出現真正的分娩癥狀，直接的結果是被誤診為早產的胎兒接受了不必要的醫學干預；而臨床診斷為沒有早產風險的孕婦中，卻有近20％出現了早產。有效地診斷早產并進行相應治療不僅能夠降低早產兒的死亡率，而還有助于加快相關藥物的研發。現有診斷早產的常規方法包括：子宮分娩力計(Tocodynamometry),宮內壓力計(Intra-uterinepressure catheter)，胎兒纖連蛋白(fetal fibronectin),宮頸長度測量(cervicallength measurement)等，但這些方法都存在一定缺陷，或無法獲得可靠的預測效果。

不管是早產還是非早產，宮縮都是伴隨著子宮肌細胞中動作電位(ActionPotential)的產生與傳播而產生的。隨著懷孕過程的進行，肌細胞的可激發性(excitability)變強，細胞間的電耦合作用也加大，使得動作電位在整個子宮內傳播，從而產生強有力的收縮力將胎兒壓出體外。子宮壁上的動作電位及其傳播可以通過置于孕婦腹部的電極進行采集，得到子宮肌電信號(electrohysterogram,EHG)。

子宮肌電信號(EHG)分析，是一種潛在有效的早產預測方法。準確的早產預測方法，可以使有可能發生早產的孕婦得到及時的醫學治療，避免給整個家庭帶來巨大的經濟及精神負擔，具有良好的應用前景。早產預測大都采用基于機器學習的分類方法，因此樣本數據獲取是決定性因素之一。醫療行業的數據分析是前景廣闊的研究和發展領域。醫療數據分析的核心是數據。為了推進全世界范圍內基于醫療數據的研究和疾病診斷方法研究，已經建立起了開源的生理信號數據庫PhysioBank。其中關于孕期子宮EHG信號的數據庫有兩個：TPEHG數據庫(THE TERM-PRETERM EHG DATABASE)和冰16電極子宮肌電信號數據庫(ICELANDIC 16-ELECTRODE ELECTROHYSTEROGRAM DATABASE)。TPEHG數據庫包含了300位孕婦在懷孕中期(20-30周)記錄的子宮EHG信號，其中38位最后出現早產，剩下的262位正常分娩。區別于TPEHG數據，冰島16電極EHG數據庫記錄45位孕婦在整個孕期多次采集的子宮肌電信號。這些開源數據促進了基于子宮EHG信號的早產預測方法研究，并取了一系列成果。