[发明专利]胎心电检测的时域稀疏性线性混叠盲分离模型的判别方法

说明书

技术领域

本发明属于胎儿心电检测技术领域，尤其涉及胎心电检测的时域稀疏性线性混叠盲分离模型的判别方法。

背景技术

随着科学技术的进步和人民生活水平的提高，在当今临床医疗领域，对母体中的胎儿状况进行有效监测的需求越来越旺盛。随之而来的是各种胎儿监护方法的出现。目前临床上对母体中胎儿状况的监护方法主要有超声电子监护和胎儿心电监护等，其中多普勒超声电子监护是目前运用比较广泛的监护方法，但该方法需要仪器主动发送超声信号作用于胎儿，从胎儿各种组织对超声波的不同反射信号中确定胎儿的生长发育状况，因此被认为是一种“入侵式”的监护方法，不适合需要长时间监护的场合；而胎儿心电监护仅使用腹部体表电极被动接收胎儿心电信号，根据胎儿心电信号确定胎儿在母亲体内的状态，因此被认为是一种“非入侵式”的监护方法，不会对母亲及胎儿造成不良影响，适合用于长时间临床监护。

但是，在胎儿心电信号检测的实际应用中，从母亲腹部表面采集的心电信号是混叠有母亲心电信号、胎儿心电信号、肌电信号(EMG)、体表子宫电信号(EHG)以及各种噪声。在时域上这些信号混叠在一起，特别是母亲心电信号，由于幅度比较大，对胎儿心电信号的观察造成很大影响。这样从混叠的源信号中提取出胎儿心电信号显得非常重要。

20世纪90年代以来，盲源分离技术得到了迅速发展。盲源分离的特点在于能够在对源信号缺乏先验知识的情况下，根据源信号间的独立性、稀疏性等统计特性，通过一系列数学运算，估计出各个源信号。

在众多盲源分离技术中，基于稀疏性的盲源分离有这运算相对简单，一定条件下效果较好的优势，同时通过大量测量样本的观测可以得到，在时域上，从母亲腹部表面采集的胎儿心电混合信号在很多时段中具有相对稀疏的特征，也就是说单独的母亲或者胎儿心电信号在很多时刻为零或者接近于零，即混合信号中有很多时刻只有一个源信号取值占优。所以，基于源信号时域相对稀疏性的胎儿心电信号分离是提取胎儿心电信号的一种有效方法。

盲信号分离研究的信号模型主要有线性混合模型和卷积混合模型，其中盲信号线性混合模型是比较简单的一种形式。所谓线性混叠是指观测信号是多个源信号经过线性组合而得到的，典型的BSS/ICA问题就是源于对独立源信号的线性混合过程的研究，在工程上线性混叠模型也是首选的模型。

目前各种基于稀疏性的盲源分离方法一般都首先假定源信号的混叠符合线性混叠模型，并没有真正对这一前提假设进行有效的验证和判别。然而，通过许多工程实践可知，在很多情况下，进入传感器的信号很可能已经发生了非线性的混合或畸变，也就是说很多情况下并不满足线性混叠的盲分离模型，具体到基于盲分离的胎儿心电信号提取中，胎儿生活在一个特殊的环境中，处在胎膜和羊水的包围之中。胎儿心电信号从胎儿心脏传至体表，中间要经过很多肌层，人的肌肉是一个各向异性的复杂有机体，不同的部位在电信号的频谱上差异明显，而且它们的导电性能有很大的差异。另外，胎儿皮肤外包着的胎脂是脂肪层，导电性能差，有隔离作用。胎脂外有两层胎膜，导电性能也较差，所以胎儿心电信号从胎儿心脏传导到腹部体表很可能会有很大的衰减和非线性畸变以及混叠，不满足盲分离的线性混叠模型。

对于不满足盲分离线性混叠模型的情况，一种方法是通过调整传感器的位置，使得观测信号近似满足线性模型，这样就可以利用线性瞬时盲分离的诸多算法进行源信号的分离。具体到基于盲分离的胎儿心电提取的实际应用中，我们可以通过调整电极的位置近似满足盲分离线性模型。

综上所述，实施基于基于母亲心电和胎儿心电混合信号时域相对稀疏性的胎儿心电信号分离之前要做的一个重要工作是在源信号中识别出稀疏的信号段，然后利用该稀疏区域中的数据判别是否符合盲分离线性瞬时混叠的模型，据此调整电极的摆放位置，只有当符合盲分离瞬时线性模型时，才能使用基于稀疏性的盲源分离得到较好的分离结果。而本发明提出了一个高效和准确的基于基于母亲心电胎儿心电混合信号时域相对稀疏性的线性混叠盲分离模型判别方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点和不足，提供胎心电检测的时域稀疏性线性混叠盲分离模型的判别方法；相比现有技术，本发明可从时域上混叠有母亲心电信号、胎儿心电信号以及其他信号的观测信号中找到相对稀疏的信号段，进而在该稀疏段中对混叠线性程度进行测量，从而为后续的基于源信号时域相对稀疏性的胎儿心电信号分离提供方便。

本发明通过下述技术方案实现：

胎心电检测的时域稀疏性线性混叠盲分离模型的判别方法，包括以下步骤：

(1)在母体腹部采集多路母亲和胎儿心电混合的观测信号；