一种胎儿心电分离方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种胎儿心电分离方法及装置。所述方法包括：对接收到的母体腹壁心电信号进行QRS波群检测，确定QRS波群的起始位置和QRS波群间的起始位置；利用平滑窗对所述QRS波群间的信号段进行平滑处理；对所述QRS波群进行线性平均，生成平均模板；根据所述平均模板中的母体QRS波群与所述当前心电周期对应的母体QRS波群的相关性，对所述平均模板中的母体QRS波群行动态幅值修正，生成母体腹壁心电估计信号；将所述母体腹壁心电估计信号作为参考信号，将所述母体腹壁心电信号作为期望信号，通过自适应算法，从所述母体腹壁心电信号中分离出胎儿心电信号。本发明专利技术的胎儿心电分离算法简单，且只需要一路母体腹壁心电信号，故可以完成单导联胎儿心电信号分离。

A method and device for fetal electrocardiogram separation

The invention provides a method and device for fetal electrocardiogram separation. The method comprises the following steps: QRS detection of the received maternal abdominal ECG signal, to determine the QRS wave and QRS wave group starting position between the starting position; the QRS wave group between the signal segments are smoothed by smoothing window; the linear average of the QRS wave group, generation average template; according to the correlation of maternal QRS wave group the average template in accordance with the current ECG cycle of maternal QRS wave group, correction of maternal QRS wave group the average amplitude of dynamic template, generating maternal abdominal ECG signal estimation; the estimated maternal abdominal ECG signal as a reference the signal, the maternal abdominal ECG signal as the desired signal, the adaptive algorithm, the fetal ECG separation from the maternal abdominal ECG signal. The fetal electrocardiogram (ECG) separation algorithm of the invention is simple, and it only needs the ECG signal of the abdominal wall of the mother, so the single lead fetal ECG signal can be separated.

【技术实现步骤摘要】
一种胎儿心电分离方法及装置
本专利技术涉及生物医学工程
，尤其涉及一种胎儿心电分离方法及装置，具体的讲是一种基于平滑窗的胎儿心电分离方法及装置。
技术介绍
本部分旨在为权利要求书中陈述的本专利技术的实施方式提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。胎儿心电信号(Fetalelectrocardiogram，FECG)是胎儿宫内生理活动最主要的客观指标之一，通过分析胎儿心电信号，能够早期诊断胎儿宫内缺氧、宫内窘迫以及先天性心脏病等，有效地降低新生儿各类疾病的发病率和死亡率。因此，围产期监护仪的临床应用将是保证围产期各个阶段的胎儿安全，保障胎儿优生的有力措施之一。在围产期，胎儿在母体腹部由几个不同的电导率的包裹层包围，如胎盘、羊水、母体子宫和母体腹部皮下组织等，其中羊水的导电能力最高，而胎脂的导电能力最低，此外孕妇的皮肤和皮下脂肪也有微弱的导电性，但是导电能力比肌肉组织约小十倍。在采集胎儿心电时，由于胎儿心电信号需要经过上述导电层，本来就很微弱的胎儿心电信号更容易受外界的干扰。这些不同的组织，形成了所谓的“人体容积导体”，这个容积导体不是一个稳定的导体，其导电性和几何形状随着整个妊娠期不断改变。因此，这将导致母体腹部心电混合信号具有如下特点：1)信噪比低，胎儿心电分量太弱，仅为10～50uV左右，而母亲心电信号则可达750uV，两者可差十倍以上。肌电噪声与其它干扰也很强，信号完全淹没于噪声之中。2)时域中胎儿QRS波与母体QRS波有10～30％的重叠。3)频域中胎儿频谱与母体的频谱大部分重叠。4)信号随机性很强，是非平稳过程，特别是由于胎儿的自由移动造成胎儿心电传输通道的时变性。母体腹部心电混合信号的上述特点，为获得高精度的胎儿心电信号制造了比较大的障碍，因此从母体腹壁混合信号中提取出胎儿心电信号，以实现围产期胎儿生命信息的监护，是目前广泛研究和关注的问题。目前，从母体腹壁混合信号中提取出胎儿心电信号的方法主要有以下几种：1)匹配滤波：匹配滤波主要利用的是信号的自相关和互相关等统计特性，但是在实际环境中所要面临的情况远比假设情况要复杂的多，采用匹配滤波获得的胎儿心电信号不是很理想。2)独立成分分析法(ICA)：此方法需要多路腹壁信号，无法实现单导联胎儿心电信号的提取。3)小波阈值去噪的胎儿心电信号提取方法滤波：利用小波变换结合先验信号知识能够获得效果不错的胎儿心电信号，但是提取过程中容易受到幅度和胎儿心电信号类似信号的干扰，往往导致胎儿心电信号中R波漏检和误检等情况产生，在计算胎儿心率时会引起误差，不利于于临床诊断。4)神经网络法：此方法可以根据神经网络的预测误差检测心电信号的QRS复合波。PT段信号平缓，可以被较好的预测，而对于QRS复合波，相邻点差异较大，会产生预测误差，利用这个预测误差训练网络，对QRS复合波进行预测，预测时的人工神经网络具有多层结构，利用神经网络学习训练过程需要花费较长时间，而且要求训练样本具有一定的代表性，这在实际腹壁心电信号降噪应用中很难实现。5)自适应滤波法：自适应滤波方法包括使用一个或几个参考通道训练自适应滤波消除母体心电图。现有的自适应滤波方法去除母体ECG成分，需要形态上类似于被淹没FECG信号的母体ECG参考通道，但是现有的自适应对消方法要求额外提供参考信号，也就是说，除了腹壁电极外，还需要配备额外的母体胸导连电极，自适应方法对消掉胸导联和腹壁导联中相关的母体分量，这意味着母体腹壁心电信号和母体胸导联心电信号需要相关，才能够被较好的对消掉，并且，母体心电信号的传导路径非常复杂，某些情况下，腹壁中的母体心电信号和胸导联中的母体心电信号相关性差。因此，利用现有的自适应滤波算法对消提取胎儿心电信号会有大量的母体心电泄露，对正确识别胎儿心电分量造成了很大干扰。并且，现有的自适应滤波对消无法实现单导联的胎儿心电信号提取。
技术实现思路
本专利技术提出一种胎儿心电分离方法及装置，用以解决现有的胎儿心电分离算法计算复杂且无法实现单导联的问题。为了达到上述目的，本专利技术实施例提供一种胎儿心电分离方法，包括：对接收到的母体腹壁心电信号进行QRS波群检测，确定QRS波群的起始位置和QRS波群间的起始位置；利用平滑窗对所述QRS波群间的信号段进行平滑处理；对所述QRS波群进行线性平均，生成平均模板；根据所述平均模板中的母体QRS波群与所述当前心电周期对应的母体QRS波群的相关性，对所述平均模板中的母体QRS波群行动态幅值修正，生成母体腹壁心电估计信号；将所述母体腹壁心电估计信号作为参考信号，将所述母体腹壁心电信号作为期望信号，通过自适应算法，从所述母体腹壁心电信号中分离出胎儿心电信号。为了达到上述目的，本专利技术实施例还提供一种胎儿心电分离装置，包括：波群检测模块，用于对接收到的母体腹壁心电信号进行QRS波群检测，确定QRS波群的起始位置和QRS波群间的起始位置；平滑处理模块，用于利用平滑窗对所述QRS波群间的信号段进行平滑处理；平均处理模块，用于对所述QRS波群进行线性平均，生成平均模板；波群修正模块，用于根据所述平均模板中的母体QRS波群与所述当前心电周期对应的母体QRS波群的相关性，对所述平均模板中的母体QRS波群行动态幅值修正，生成母体腹壁心电估计信号；分离模块，用于将所述母体腹壁心电估计信号作为参考信号，将所述母体腹壁心电信号作为期望信号，通过自适应算法，从所述母体腹壁心电信号中分离出胎儿心电信号。本专利技术提出的胎儿心电分离方法及装置，通过平滑母体QRS波群间信号，消除母体QRS波群间信号段的胎儿分量，以及对母体QRS波群进行幅值修正，从而估计母体腹壁心电信号，此方法避免了胸导联和腹壁导联中母体分量非相关所带来的母体心电抑制不彻底的影响，具有更好的分离效果；本专利技术的实现只需要一路母体腹壁心电信号，故可以完成单导联胎儿心电信号分离；并且，本专利技术的胎儿分离算法设计思路简单直观，针对于异常的临床数据，易于查找原因和添加修正模块。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例的胎儿心电分离方法的系统结构示意图；图2为本专利技术实施例的基于平滑窗的腹壁母体心电估计机制的示意框图；图3为本专利技术实施例的胎儿心电分离方法的处理流程图；图4为本专利技术实施例的胎儿心电分离装置的结构示意图；图5为图4所示实施例的波群修正模块104的结构示意图；图6为本专利技术的具体实施例采用的5路母体腹壁混合心电信号的波形图；图7为本专利技术的具体实施例的实验结果分析图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本领域技术技术人员知道，本专利技术的实施方式可以实现为一种系统、装置、设备、方法或计算机程序产品。因此，本公开可以具体实现为以下形式，即：完全的硬件、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种胎儿心电分离方法，其特征在于，包括：对接收到的母体腹壁心电信号进行QRS波群检测，确定QRS波群的起始位置和QRS波群间的起始位置；利用平滑窗对所述QRS波群间的信号段进行平滑处理；对所述QRS波群进行线性平均，生成平均模板；根据所述平均模板中的母体QRS波群与所述当前心电周期对应的母体QRS波群的相关性，对所述平均模板中的母体QRS波群行动态幅值修正，生成母体腹壁心电估计信号；将所述母体腹壁心电估计信号作为参考信号，将所述母体腹壁心电信号作为期望信号，通过自适应算法，从所述母体腹壁心电信号中分离出胎儿心电信号。

【技术特征摘要】
1.一种胎儿心电分离方法，其特征在于，包括：对接收到的母体腹壁心电信号进行QRS波群检测，确定QRS波群的起始位置和QRS波群间的起始位置；利用平滑窗对所述QRS波群间的信号段进行平滑处理；对所述QRS波群进行线性平均，生成平均模板；根据所述平均模板中的母体QRS波群与所述当前心电周期对应的母体QRS波群的相关性，对所述平均模板中的母体QRS波群行动态幅值修正，生成母体腹壁心电估计信号；将所述母体腹壁心电估计信号作为参考信号，将所述母体腹壁心电信号作为期望信号，通过自适应算法，从所述母体腹壁心电信号中分离出胎儿心电信号。2.根据权利要求1所述的胎儿心电分离方法，其特征在于，利用平滑窗对所述QRS波群间的信号段进行平滑处理，包括：采用固定长度窗，对所述QRS波群间的信号段进行平滑处理，所述固定长度窗的取值根据信号采样率和胎儿心电波群长度来确定。3.根据权利要求1所述的胎儿心电分离方法，其特征在于，对所述QRS波群进行线性平均，生成平均模板，包括：从所述母体腹壁心电信号中，提取出母体心电R波波峰位置；以所述R波波峰位置为中心定位点，对所述QRS波群进行线性平均，生成所述平均模板。4.根据权利要求3所述的胎儿心电分离方法，其特征在于，根据所述平均模板中的母体QRS波群与所述当前心电周期对应的母体QRS波群的相关性，对所述平均模板中的母体QRS波群行动态幅值修正，生成母体腹壁心电估计信号，包括：计算所述当前心电周期对应的QRS波群片段与所述平均模板中的QRS波群片段的相关性，生成相关系数；根据所述相关系数，用所述当前心电周期对应的QRS波群片段对所述平均模板中的母体QRS波群进行动态幅值修正，生成母体腹壁心电估计信号。5.根据权利要求1所述的胎儿心电分离方法，其特征在于，通过自适应算法，从所述母体腹壁心电信号中分离出胎儿心电信号，包括：所述自适应算法包括自适应的最小均方算法、自适应的递归最小二乘方算法、最小二乘格形自适应算法。6.一种胎儿心电分离装置，其特征在于，包括：波群检测模块，用于对接收到的母体腹壁心电信号进行QR...

【专利技术属性】
技术研发人员：张南南，张金勇，王磊，李晖，
申请(专利权)人：深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：广东,44