一种基于母体心电信号的胎儿心率提取方法技术

本发明专利技术的一种基于母体心电信号的胎儿心率提取方法，属于医疗器械技术领域，包括以下步骤：S1：给孕妇佩戴听诊式胎儿监护仪，将信号分解成由高频到低频，对收集到的孕妇腹部所有频段的心电信号作初步处理；S2：将获得的胎儿心电信号再做降噪处理。本方法通过对孕妇腹部电信号进行预处理，使用改进的假阳性和假阴性校正算法对初步定位结果进行校正，消除母体心电信号干扰，减弱相关性，提取孕妇腹部电信号中的胎儿心电信号信息，然后重构胎儿心电信号,从而建立一个新的多通道胎儿心电信号提取方法，整个方法简便且易于实现，能够有效地在母体腹壁混合心电信号中提取出胎儿心电信号，为医生对胎儿疾病的诊疗提供保证。为医生对胎儿疾病的诊疗提供保证。为医生对胎儿疾病的诊疗提供保证。

【技术实现步骤摘要】
一种基于母体心电信号的胎儿心率提取方法


[0001]本专利技术涉及医疗器械领域，具体讲是一种基于母体心电信号的胎儿心率提取方法。

技术介绍

[0002]胎儿心电信号是各种心电信号中重要且常见的一种，目前临床上主要通过监测心音、心动和心电图的变化来诊断胎儿在子宫内的发育情况。其中，胎儿心电图能最好地体现胎儿心脏活动，对胎儿发育过程中出现的问题更敏感，能为临床诊断提供更可靠的依据。但是胎儿心电信号非常微弱，从母体体表提取胎儿心电信号会受到各种噪声的严重干扰，最主要的为母体心电信号、50Hz工频干扰以及基线漂移，这对后期的分析处理带来了很大的不便。
[0003]虽然测量孕妇腹部电信号的方式更加简便,但由于胎儿心电信号比较微弱,与母体心电在频谱上有重叠,并且孕妇腹部的胎儿心电信号还受到各种噪声的污染,噪声包括胎儿大脑活动、母亲心电干扰、子宫收缩干扰、肌电干扰、50Hz/60Hz电力线干扰和运动伪迹干扰等，想要替代常用的多普勒超声检测技术仍然还具有很大的挑战性。

技术实现思路

[0004]针对上述技术的不足，本专利技术公开一种基于母体心电信号的胎儿心率提取方法，本专利技术通过对提取母体腹部信号的预处理，对胎儿QRS波群实现定位、校正，通过去噪和对母体心电信号信息消除，再基于周期性心电信号方法的信息提取和胎儿心电信号重构，最后相加得到提取的最终胎儿心电信号。
[0005]为了实现上述技术效果，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]一种基于母体心电信号的胎儿心率提取方法，包括以下步骤：<br/>[0007]S1：给孕妇佩戴听诊式胎儿监护仪，通过其胎心率探头和宫缩探头提取孕妇腹部的心电信号，通过迭代筛选过程，将信号分解成由高频到低频，对收集到的孕妇腹部所有频段的心电信号作初步处理；
[0008]S2：将初步获取的孕妇腹部电信号减去经过微调处理后的最佳匹配的母体心电信号模板信号，获得胎儿心电信号，将获得的胎儿心电信号再做降噪处理；
[0009]S3：依据胎儿心电和母体心电的基频和幅值差异，消除频段信号中母体心电的QRS波群干扰,利用胎儿心电的QRS波群中显著的频段信号，检测胎儿心电的特征周期；
[0010]S4：采用准周期分量提取胎儿心电，然后根据周期性修缮重构胎儿心电，将多通道腹壁混合心电信号分别进行分解，得到各通道各自心电频段，将各通道信号中相同阶数的心电频段进行提取，得到胎儿心电的各阶心电频段，最后相加得到提取的最终胎儿心电；
[0011]S5：在胎儿心电信号中根据初步定位的胎儿QRS波群位置对应的幅值判断胎儿心电信号的极性；
[0012]当极性判断为正时，则在初步提取的R峰位置周围0.08s的局部区间内使用局部最
大值函数重新确定胎儿R峰的位置；
[0013]根据胎儿RR间期序列的中间部分计算RR间期均值RRm作为整个RR间期序列的平均值；
[0014]利用每个RR间期序列的间期长度特征对初步定位的胎儿QRS波群进行校正。
[0015]S6：基于聚类分析提取的胎儿QRS波群的可行性分析过程，从预处理的胎儿心电信号中选取特征作为未分类的数据集，采用欧几里得距离作为相似性度量来进行聚类分析；
[0016]S7：根据预处理后的胎儿心电信号的极性,另选取相应的极值对(极大
‑
极小对)作为未聚类的数据集，进行聚类分析，最后对两种聚类结果使用交叉阑值的方法进行处理。
[0017]进一步的，所述步骤S1中初步处理方法包括：
[0018]S1.1使用小波软阈值降噪算法去除单通道孕妇腹部电信号的高频噪声；
[0019]S1.2使用小波分解去除8Hz以下的基线和运动伪迹干扰,去除的低频成分包括母体心电信号中的P、T波；
[0020]S1.3使用50Hz陷波器去除电力线干扰。
[0021]进一步的，所述步骤S2中降噪处理方法包括：
[0022]S2.1对胎儿心电信号经过小波软阈值降噪算法去除高频噪声；
[0023]S2.2使用零相位低通滤波器提取低频成分。
[0024]进一步的，所述步骤S3中消除信号干扰方法包括：
[0025]S3.1对预处理后的胎儿心电信号进行导数滤波，然后对信号导数的幅度平方处理；
[0026]S3.2使用三次曲线函数增强平方处理后的信号中的对应胎儿QRS波群的部分；
[0027]S3.3对增强后的信号选取合适的闯值,提取出胎儿QRS波群对应的子区间；
[0028]S3.4针对信号导数的幅度平方处理后的信号分别在提取的子区间中寻找最大值对应的位置,即是初步提取的胎儿QRS波群位置；
[0029]S3.5对胎儿QRS波群的假阳性和假阴性进行校正。
[0030]进一步的，所述步骤S3中胎儿心电的特征周期获取方法包括：
[0031]假设由m个混合信号构成的矩阵为X＝(x1.x2,...x
m
,)
T
,其中,x为列向量表示的信号,是由n个相互独立的源信号s1,s2,...,s
n
,线性叠加而成的，且s为信号值构成的列向量。设S＝(s1,s2,...,s
n
)
T
,则有:
[0032]X＝AS
[0033]式中，A为m*n阶系数矩阵,称为混合矩阵。需要找到一个正交矩阵W＝(w1,w2,...,w
n
)(其中w为列向量),使得:
[0034]Y＝W
T
S
[0035]为源信号S的估计，则考虑Y＝(y1,y2,...y
n
,)
T
中的第i个信号为目标信号胎儿心电),具有准周期特性,其特征周期为T。
[0036]进一步的，所述步骤S5中校正方法包括：
[0037]定义R
i
为胎儿的第i个R波的位置，i的取值为1,2，...,N,N为初步提取的胎儿R波的个数，则胎儿心电信号中第i个RR间期序列为：
[0038]RR
i
＝R
i+1
‑
R
i
[0039]所有R峰幅值的绝对值的均值定义为Ra，对胎儿QRS波群的校正过程为：
[0040]S5.1若RR
i
≤0.55RRm,则移除R
i+1
；
[0041]S5.2若R
i
位置在原信号对应的幅值小于0.4Ra,则该位置的R峰是误检,需要移除R
i
；
[0042]S5.3根据假阳性校正结果更新RRm和Ra，进行假阴性校正，从起始位置到第一个胎儿R峰的间期定义为
[0043]RR
head
＝R1‑
1；
[0044]最后一个胎儿R峰到结束位置的间期定义为
[0045]RR
tail
＝length(fECG)
‑
R
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于母体心电信号的胎儿心率提取方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：给孕妇佩戴听诊式胎儿监护仪，通过其胎心率探头和宫缩探头提取孕妇腹部的心电信号，通过迭代筛选过程，将信号分解成由高频到低频，对收集到的孕妇腹部所有频段的心电信号作初步处理；S2：将初步获取的孕妇腹部电信号减去经过微调处理后的最佳匹配的母体心电信号模板信号，获得胎儿心电信号，将获得的胎儿心电信号再做降噪处理；S3：依据胎儿心电和母体心电的基频和幅值差异，消除频段信号中母体心电的QRS波群干扰,利用胎儿心电的QRS波群中显著的频段信号，检测胎儿心电的特征周期；S4：采用准周期分量提取胎儿心电，然后根据周期性修缮重构胎儿心电，将多通道腹壁混合心电信号分别进行分解，得到各通道各自心电频段，将各通道信号中相同阶数的心电频段进行提取，得到胎儿心电的各阶心电频段，最后相加得到提取的最终胎儿心电；S5：在胎儿心电信号中根据初步定位的胎儿QRS波群位置对应的幅值判断胎儿心电信号的极性；当极性判断为正时，则在初步提取的R峰位置周围0.08s的局部区间内使用局部最大值函数重新确定胎儿R峰的位置；根据胎儿RR间期序列的中间部分计算RR间期均值RRm作为整个RR间期序列的平均值；利用每个RR间期序列的间期长度特征对初步定位的胎儿QRS波群进行校正。S6：基于聚类分析提取的胎儿QRS波群的可行性分析过程，从预处理的胎儿心电信号中选取特征作为未分类的数据集，采用欧几里得距离作为相似性度量来进行聚类分析；S7：根据预处理后的胎儿心电信号的极性,另选取相应的极值对(极大
‑
极小对)作为未聚类的数据集，进行聚类分析，最后对两种聚类结果使用交叉阑值的方法进行处理。2.根据权利要求1所述的一种基于母体心电信号的胎儿心率提取方法，其特征在于：所述步骤S1中初步处理方法包括：S1.1使用小波软阈值降噪算法去除单通道孕妇腹部电信号的高频噪声；S1.2使用小波分解去除8Hz以下的基线和运动伪迹干扰,去除的低频成分包括母体心电信号中的P、T波；S1.3使用50Hz陷波器去除电力线干扰。3.根据权利要求1所述的一种基于母体心电信号的胎儿心率提取方法，其特征在于：所述步骤S2中降噪处理方法包括：S2.1对胎儿心电信号经过小波软阈值降噪算法去除高频噪声；S2.2使用零相位低通滤波器提取低频成分。4.根据权利要求1所述的一种基于母体心电信号的胎儿心率提取方法，其特征在于：所述步骤S3中消除信号干扰方法包括：S3.1对预处理后的胎儿心电信号进行导数滤波，然后对信号导数的幅度平方处理；S3.2使用三次曲线函数增强平方处理后的信号中的对应胎儿QRS波群的部分；S3.3对增强后的信号选取合适的闯值,提取出胎儿QRS波群对应的子区间；S3.4针对信号导数的幅度平方处理后的信号分别在提取的子区间中寻找最大值对应的位置,即是初步提取的胎儿QRS波群位置；S3.5对胎儿QRS波群的假阳性和假阴性进行校正。
5.根据权利要求4所述的一种基于母体心电信号的胎儿心率提取方法，其特征在于：所述步骤S3中胎儿心电的特征周期获取方法包括：假设由m个混合信号构成的矩阵为X＝(x1.x2,...x
m
,)
T
,其中,x为列向量表示的信号,是由n个相互独立的源信号s1,s2,...,s
n
,线性叠加而成的，且s为信号值构成的列向量。设S＝(s1,s2,...,s
n
)
T
,则有:X＝AS式中，A为m*n阶系数矩阵,称为混合矩阵。需要找到一个正交矩阵W＝(w1,w2,...,w
n
)(其中w为列向量),使得:Y＝W
T
S为源信号S的估计，则考虑Y＝(y1,y2,...y
n
,)
T
中的第i个信号为目标信号胎儿心电),具有准周期特性,其特征周期为T。6.根据权利要求1所述的一种基于母体心电信号的胎儿心率提取方法，其特征在于：所述步骤S5中校正方法包括：定义R
i
为胎儿的第i个R波的位置，i的取值为1,2，...,N,N为初步提取...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱煜明，商无冬，陈小芳，张蓉，
申请(专利权)人：江苏信臣健康科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：