用于分离心率信号的胎儿超声处理单元制造技术

提供了用于处理胎儿多普勒超声数据以提取表示不同的心率信号来源(即，母体心率和胎儿心率)的信号的集合的处理单元和方法。接收对应于胎儿区域中的多个不同深度区(16a、16b、16c)的多普勒数据，这些多普勒数据被处理到输入通道的集合中，每条输入通道对应于不同的深度。然后相继地通过PCA算法和ICA算法来处理这些多普勒数据，这项工作将输入通道中的每条输入通道中存在的多个心率信号来源解除混合，并且根据ICA来导出输出信号的集合，所述输出信号的集合能够被用来表示单独的心率来源。号的集合能够被用来表示单独的心率来源。号的集合能够被用来表示单独的心率来源。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于分离心率信号的胎儿超声处理单元


[0001]本专利技术提供了用于区分超声多普勒数据内的不同心率信号的超声处理单元。

技术介绍

[0002]电子胎儿监测(EFM)通常在妊娠和分娩期间使用多普勒超声来采集来自子宫中的胎儿的脉冲(心率)信号。使用所采集的脉冲信号来计算胎儿心率(FHR)。
[0003]用于此目的的超声(US)多普勒换能器通常利用未聚焦的近似圆柱形的超声波束场。波束体积的范围是由特性接收时间窗口限定的。在该窗口期间，US换能器被设置为采集来自任何移动的解剖结构的反射信号。
[0004]取决于波束场的取向和大小，可以存在一个以上的脉冲信号来源：一个脉冲信号来源对应于母体脉冲速率，并且一个脉冲信号来源(或在多胎妊娠的情况下，多个脉冲信号来源)对应于胎儿脉冲速率来源。
[0005]为了单独聚焦在一个信号来源上，常规手段是主动调整接收窗口以更改从中获得US信号并因此观察US信号的特定深度和体积。
[0006]在图1中图示了这种情况，图1示意性地描绘了对处于不同深度处的胎儿区的US观察结果。图1(a)示意性地描绘了深观察区，并且图1(b)描绘了浅观察区。对于图(a)，相对于US发射的定时和持续时间来调整超声换能器12的接收窗口的定时和持续时间，使得检测来自较大深度的US反射。结果，获得了更深的观察体积14。相反，在图1(b)中，调整接收窗口，使得检测来自较浅深度的US反射，从而产生较浅的深度体积14。
[0007]现有技术的EFM单元可以使用迭代方法来确定要使用的最优深度范围。特别地，迭代方法可以寻求包含最大量的信号强度的深度范围，同时排除贡献噪声或较弱的信号分量的区。例如在图1中，图1(b)的较浅的深度范围提供了较强的信号，因为它包括胎儿心脏，但是排除了可能存在于胎儿心脏以下的深度的任何噪声。
[0008]迭代方法通常可以使用两个具有可独立调整的开始深度和结束深度的单独的接收窗口。一个窗口用于实际信号采集。另一个窗口用于探查是否可以通过包括更大的深度范围来提高信号强度和/或减小深度范围是否将显著降低信号强度。通常，接收窗口范围优选尽可能小，因为较小的窗口通常使得噪声降低。
[0009]然而，这种迭代方法无法区分不同的脉冲信号来源，例如，两个胎儿心脏；或母体心脏和胎儿心脏。相反，它通常包括在其计算中的所有可检测的脉冲速率来源，并且尝试在所选择的深度窗口内包括所有这些脉冲速率来源。结果，调整流程会引起采集到作为两个或更多个脉冲速率来源的混合物的多普勒超声信号。结果，基于该信号执行的FHR(胎儿心率)计算会失败或者导致错误的测量结果。典型的FHR计算算法基于自相关。这些算法偶尔不能生成可靠地对应于单个存在的心率来源的FHR。取而代之的是，所计算的FHR数是错误的并且与任何单个生理信号无关。
[0010]因此，提供能够区分输入数据内的不同心率来源的改进的多普勒超声处理方法将会是有利的。

技术实现思路

[0011]本专利技术由权利要求来限定。
[0012]根据本专利技术的一个方面的示例，提供了一种超声处理单元，用于在胎儿监测中区分接收到的多普勒超声数据内的不同心率来源，所述单元被配置为：
[0013]接收输入多普勒超声数据并且从所述数据中提取输入信号通道的集合，所述输入多普勒超声数据包括对应于对象的子宫区域内的多个不同深度的数据，每条输入信号通道表示所述对象内的不同的组织深度；
[0014]执行主成分分析PCA流程，所述PCA流程被配置为识别所述输入信号通道的在统计学上彼此不相关的一个或多个线性组合，当被组成时，所述线性组合定义第一输出信号的集合，并且
[0015]执行独立成分分析ICA流程，所述ICA流程被配置为识别所述第一输出信号的在统计学上彼此独立的一个或多个线性组合，所述线性组合定义第二输出信号的集合。由于组合的PCA流程和ICA流程的效应，因此结果得到的第二输出信号均能够被可靠地用来对应于单个心率信号来源。
[0016]本专利技术将不同的方法用于标准迭代流程(其中，迭代地调整深度)。替代地，一起采集多个不同的深度信号，然后以数学方式处理这些不同的深度信号以识别并提取它们内部存在的各个底层心率信号。
[0017]从多个(优选为空间相邻的)深度区域获得多普勒信号，例如通过在一系列在时间上相继的窗口上选通传入的反射信号来获得多普勒信号。结果得到的输入深度通道均会包含多个心率来源的混合物。
[0018]在一些示例中，可以由控制器自适应地确定不同深度窗口的特定长度和深度(即，深度开始点和深度结束点)，例如基于与对象有关的一个或多个参数来确定不同深度窗口的特定长度和深度(即，深度开始点和深度结束点)。例如，可以基于对象的BMI来确定被捕获的深度段(由此来考虑对象的不同脂肪层厚度)。在其他示例中，被采样的深度窗口可以具有固定的长度和深度位置。
[0019]PCA算法和ICA算法是在用于分离信号来源的混合物的信号分析中使用的数学技术。通过提供多个输入混合信号(输入信号通道)，这些算法的组合使得能够提取第二输出信号的集合，其中的每个第二输出信号对应于单个心率来源。
[0020]与单独使用PCA流程和ICA流程中的任一个所实现的效果相比，对PCA流程和ICA流程的组合应用使得对数据中存在的原始心率来源的解除混合更加完全。结果，能够采用第二输出信号的集合来可靠地表示不同心率来源。
[0021]由PCA流程识别的输入信号的每个线性组合对应于单个第一输出信号。PCA流程可以识别定义每个线性组合的线性系数(或加权)，并且/或者可以通过利用所识别的加权组合形成每个线性组合的相关信号来生成每个第一输出信号。
[0022]PCA流程被配置为识别输入信号通道的在统计学上彼此不相关的一个或多个线性组合。
[0023]统计学相关是本领域的术语。特别地，统计学相关性是数学统计领域的明确术语。如果两个随机变量X和Y的乘积的预期值等于这两个随机变量X和Y的预期值的乘积，则这两个随机变量X和Y是在统计学上不相关的：
[0024]E{X
·
Y}＝E{X}
·
E{Y}
[0025]在本专利技术的背景中，变量X将是所识别的输入信号通道的线性组合中的第一线性组合，而变量Y将是所识别的输入信号通道的线性组合中的第二线性组合。
[0026]该定义很容易扩展到随机变量的向量。特别地，上述等式中的第一项成为随机向量X和Y的外积或并矢积的期望值，并且是这两个向量的互相关矩阵：
[0027]E(x
·
y
T
)＝E(x)
·
E(y
T
)
[0028]对于向量版本，向量x和y的外积的预期值必须等于其针对不相关的向量的个体预期值的外积。两个向量的外积是矩阵。上标
T
表示上述表达式中的相关矩阵的转置。
[0029]在本专利技术的背景中，PCA算法可以生成单个向量z作为输出，该单个向量z的元素由第一输本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种超声处理单元，用于在胎儿监测中区分接收到的多普勒超声数据内的不同心率来源，所述单元被配置为：接收(32)输入多普勒超声数据并且从所述数据中提取(34)输入信号通道的集合，所述输入多普勒超声数据包括对应于对象的子宫区域内的多个不同深度的数据，每条输入信号通道表示所述对象内的不同的组织深度；执行(36)主成分分析PCA流程，所述PCA流程被配置为识别所述输入信号通道的在统计学上不相关的一个或多个线性组合，当被组成时，所述线性组合定义第一输出信号的集合，并且执行(38)独立成分分析ICA流程，所述ICA流程被配置为识别所述第一输出信号的在统计学上彼此独立的一个或多个线性组合，所述一个或多个线性组合定义一个或多个第二输出信号的集合，所述一个或多个第二输出信号提供对应于不同心率来源的信号。2.如权利要求1所述的超声处理单元，其中，所述PCA流程被配置为识别所述输入信号的引起具有超过限定定义的组合信号强度的第一输出信号并同时在统计学上彼此不相关的线性组合。3.如权利要求1或2所述的超声处理单元，其中，所述处理单元还被配置为根据所识别的线性组合来生成所述第二输出信号的集合。4.如权利要求3所述的超声处理单元，其中，所述处理单元适于处理所述第二输出信号以根据每个第二输出信号来导出心率信号或心率测量结果。5.如权利要求1
‑
4中的任一项所述的超声处理单元，其中，所述超声处理单元还适于将所述第二输出信号中的每个第二输出信号归属到生理来源，并且任选地，其中，基于以下各项中的一项或多项来执行所述归属：所述第二输出信号所对应的所述对象内的平均深度、与所述第二输出信号相关联的脉冲速率，以及所述信号的频谱内容。6.如权利要求1
‑
5中的任一项所述的超声处理单元，其中，所述PCA流程被配置为：根据所识别的线性组合来生成所述第一输出信号的集合，并且将所述信号作为输入而提供给所述ICA流程。7.如权利要求1
‑
6中的任...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：发明
国别省市：