基于邻近计算的胎心检测信号处理及信息提取系统及方法技术方案

本发明专利技术提供了一种基于邻近计算的胎心检测信号处理及信息提取系统及方法，包括：传感器模块：通过多通道、多类型传感器组合，对孕妇及胎儿信息进行实时探测，得到探测数据；信号采集模块：对探测数据进行数字化处理，得到数字探测信号；数据运算模块：在本地对数字探测信号进行分析处理。本发明专利技术的数据不用传到遥远的云端进行计算。在本地、靠近数据源的地方就可以进行快速的分析和处理。运算更高效，信息更安全。缓解采集大数据的传输流量压力，适用于长时间测量。

Signal processing and information extraction system and method of fetal heart rate detection based on neighborhood calculation

【技术实现步骤摘要】
基于邻近计算的胎心检测信号处理及信息提取系统及方法
本专利技术涉及信号处理领域，具体地，涉及一种基于邻近计算的胎心检测信号处理及信息提取系统及方法。
技术介绍
专利文献US4086917A和US4890624A均公开了基于超声发射器的胎心监测方式。这种方式后来被广泛使用，其基本原理是向孕妇腹部使用发射信号，超声信号穿过人体组织不同部分会产生反射。超声信号遇到胎儿胎心时，也会反射，同时这种反射因为其目标的运动特性，会产生多普勒频率偏移。通过观察频率偏移变化的快慢，可以用来分析胎心数据。这一类的基于超声发射的胎心监测方式一直沿用的今天。这种方式的主要问题有：1)向孕妇腹部主动发射信号。因此存在潜在的危险，各国妇产科都不建议长时间，多频次的使用基于超声发射的胎心监护方式。2)高频超声信号需要耦合剂方便能量穿透腹部到达胎儿。通常胎心监护使用的超声频率为500kHz到2MHz范围。这样的超声信号衰减很快，需要良好的耦合媒介传输。在胎心监护使用中，用耦合剂涂抹在孕妇腹部，已达到传递超声信号的目的。这样使用非常不方便，也不可能佩戴使用。只能每次使用的时候，宽衣解带涂抹耦合剂。3)这种基于超声发射的的监护仪器，需要使用探头正对胎儿胎心，才可以准确的探测信号，否则无法接受到胎心反射信号。严重时无法测量，或者测量恨不准确。只有有经验的医生能够快速找到胎心位置，并用探头测量。限制的孕妇自己使用的可能。由于以上原因，基于超声发射的监护仪器通常被医院使用，而为了实现家用化和普及化，可行的方案是采用传感器被动的采集胎心信号。可是在胎心监测的应用中，灵敏的被动传感器，又容易受到其他背景噪声信号的干扰。这种背景噪声，包括孕妇心跳、呼吸等生理信号，包括环境干扰信号，包括胎儿位置变化带来的强弱信号变化等等。若采用传统的频谱分析的方式，来比较胎儿和准妈妈的心跳声的差异来分别不同的信号源，这就必须要假设两种信号都能达到足够的信噪比，否则这种方式无法使用。现有技术中通过聚焦来实现胎儿胎心音与准妈妈心跳声的区分，来实现测量胎儿胎心的目的。可是这种方法第一，使用了主动发射的方式，对胎儿和准妈妈的健康都有潜在的威胁。第二，聚焦的方式使用机械、电子的方式调整发射方向。这使得必须有足够的专业知识或先验信息确认希望发射的方向在哪里。这在使用中受到了极大的限制，需要在医院在医生指导下才能完成。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种基于邻近计算的胎心检测信号处理及信息提取系统及方法。根据本专利技术提供的一种基于邻近计算的胎心检测信号处理及信息提取系统，包括：传感器模块：通过多通道、多类型传感器组合，对孕妇及胎儿信息进行实时探测，得到探测数据；信号采集模块：对探测数据进行数字化处理，得到数字探测信号；数据运算模块：在本地对数字探测信号进行分析处理。优选地，所述传感器模块包括多维通道传感器矩阵，所述多维通道传感器矩阵包括多个传感器；每个所述传感器包括多个声敏单元组，所述多个声敏单元组采用差分测量，构成单个采集通道；每个声敏单元组包括多个声敏单元。优选地，所述传感器为分层结构，包括：声耦合结构层、传感器结构层和声阻尼结构层；所述传感器结构层设置于所述声耦合结构层与所述声阻尼结构层之间。优选地，所述传感器结构层包括：隔声材料和多个所述声敏单元，所述隔声材料填充在所述声敏单元之间。优选地，所述多个维度包括：单个采集通道采集的胎心信号数据x是采集的时域信号，上标i是单个采集通道的编号，下标t为时间序列编号；不同位置的传感器采集到的多个胎心信号数据i∈1～N，N为传感器模块的采集通道总数；采集胎心信号数据的时刻；胎心信号数据的频域信息；胎心信号数据的特征信息。优选地，传感器采集到的信号矩阵A(t)为：数值矩阵A：A＝XX′X为采集信号，上标′为共轭转置符号：分析数值矩阵A的特征向量：AU＝UV其中，特征向量是特征值的排序结果，V为特征值对角矩阵；将特征向量分为胎心信号特征向量T、孕妇心跳信号特征向量P和噪声信号特征向量E，设置空间导引矩阵a和b，构造能量普函数P(ε，θ)：K1、K2为0到1之间的加权系数；上标′为共轭转置符号，取使P(ε，θ)取峰值的ε，θ组合；提取胎心信号：b′(θ)a′(ε)Aa(ε)b(θ)。优选地，还包括：信号传输模块：将分析处理的结果加密传输至云端。优选地，所述传感器在空间上复合布局，在对采集到的信号进行后处理时，对所述传感器进行自组织分组，分别用于测量和降噪。根据本专利技术提供的一种基于邻近计算的胎心检测信号处理及信息提取方法，包括：通过多通道、多类型传感器组合，对孕妇及胎儿信息进行实时探测，得到探测数据；对探测数据进行数字化处理，得到数字探测信号；在本地对数字探测信号进行分析处理。优选地，所述传感器模块包括多维通道传感器矩阵，所述多维通道传感器矩阵包括多个传感器；每个所述传感器包括多个声敏单元组，所述多个声敏单元组采用差分测量，构成单个采集通道；每个声敏单元组包括多个声敏单元；所述多个维度包括：单个采集通道采集的胎心信号数据x是采集的时域信号，上标i是单个采集通道的编号，下标t为时间序列编号；不同位置的传感器采集到的多个胎心信号数据i∈1～N，N为传感器模块的采集通道总数；采集胎心信号数据的时刻；胎心信号数据的频域信息；胎心信号数据的特征信息；传感器采集到的信号矩阵A(t)为：数值矩阵A：A＝XX′X为采集信号，上标′为共轭转置符号：分析数值矩阵A的特征向量：AU＝UV其中，特征向量是特征值的排序结果，V为特征值对角矩阵；将特征向量分为胎心信号特征向量T、孕妇心跳信号特征向量P和噪声信号特征向量E，设置空间导引矩阵a和b，构造能量普函数P(ε，θ)：K1、K2为0到1之间的加权系数；上标′为共轭转置符号，取使P(ε，θ)取峰值的ε，θ组合；提取胎心信号：b′(θ)a′(ε)Aa(ε)b(θ)。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：1、本专利技术的数据不用传到遥远的云端进行计算。在本地、靠近数据源的地方就可以进行快速的分析和处理。运算更高效，信息更安全。缓解采集大数据的传输流量压力，适用于长时间测量。2、本专利技术利使用被动传感器，完全避免了主动发射对孕妇及胎儿的潜在危害。3、本专利技术有效抑制干扰噪声，使得日常生活中的行动不会影响胎心监测的数据，不需要静卧测量。4、本专利技术在胎儿胎位移动的情况下，依然能够准确测量信号，方便孕妇或家人的使用。5、本专利技术复合传感器矩阵的可裁剪、自组织特性，对不同体态的人群，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于邻近计算的胎心检测信号处理及信息提取系统，其特征在于，包括：/n传感器模块：通过多通道、多类型传感器组合，对孕妇及胎儿信息进行实时探测，得到探测数据；/n信号采集模块：对探测数据进行数字化处理，得到数字探测信号；/n数据运算模块：在本地对数字探测信号进行分析处理。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于邻近计算的胎心检测信号处理及信息提取系统，其特征在于，包括：
传感器模块：通过多通道、多类型传感器组合，对孕妇及胎儿信息进行实时探测，得到探测数据；
信号采集模块：对探测数据进行数字化处理，得到数字探测信号；
数据运算模块：在本地对数字探测信号进行分析处理。


2.根据权利要求1所述的基于邻近计算的胎心检测信号处理及信息提取系统，其特征在于，所述传感器模块包括多维通道传感器矩阵，所述多维通道传感器矩阵包括多个传感器；
每个所述传感器包括多个声敏单元组，所述多个声敏单元组采用差分测量，构成单个采集通道；
每个声敏单元组包括多个声敏单元。


3.根据权利要求2所述的基于邻近计算的胎心检测信号处理及信息提取系统，其特征在于，所述传感器为分层结构，包括：声耦合结构层、传感器结构层和声阻尼结构层；
所述传感器结构层设置于所述声耦合结构层与所述声阻尼结构层之间。


4.根据权利要求3所述的基于邻近计算的胎心检测信号处理及信息提取系统，其特征在于，所述传感器结构层包括：隔声材料和多个所述声敏单元，所述隔声材料填充在所述声敏单元之间。


5.根据权利要求2所述的基于邻近计算的胎心检测信号处理及信息提取系统，其特征在于，所述多个维度包括：
单个采集通道采集的胎心信号数据x是采集的时域信号，上标i是单个采集通道的编号，下标t为时间序列编号；
不同位置的传感器采集到的多个胎心信号数据i∈1～N，N为传感器模块的采集通道总数；
采集胎心信号数据的时刻；
胎心信号数据的频域信息；
胎心信号数据的特征信息。


6.根据权利要求5所述的基于邻近计算的胎心检测信号处理及信息提取系统，其特征在于，传感器采集到的信号矩阵A(t)为：



数值矩阵A：
A＝XX′
X为采集信号，上标′为共轭转置符号：
分析数值矩阵A的特征向量：
AU＝UV
其中，特征向量是特征值的排序结果，V为特征值对角矩阵；
将特征向量分为胎心信号特征向量T、孕妇心跳信号特征向量P和噪声信号特征向量E，
设置空间导引矩阵a和b，构造能量普函数P(ε,θ)：



K1、K2为0到1之...

【专利技术属性】
技术研发人员：张庆全，杨秦山，孙磊，
申请(专利权)人：孙磊，张庆全，杨秦山，
类型：发明
国别省市：上海;31