[发明专利]一种基于斜投影的单通道胎儿心电盲分离装置及分离方法

说明书

技术领域

本发明是一种基于斜投影的单通道胎儿心电盲分离装置及分离方法，属于基于斜投影的单通道胎儿心电盲分离装置及方法的改造技术。 

背景技术

胎儿心电(Fetal Electrocardiogram，FECG)是反映胎儿心脏电生理活动的一项客观指标，反映了胎儿在孕期中的生长和健康状况。对围产期的胎儿心电提取及分析可以确定胎儿心率、胎儿心脏功能参数，及时发现胎儿宫内缺氧等妊娠期或分娩期的病理情况，以便尽早采取措施保证胎儿健康。

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。因此，研究如何准确、有效地从母体腹部电极中提取胎儿心电信号的方法具有重要的理论价值和临床意义。 

传统的多通道线性瞬时混叠盲分离对工程实现要求过高，主要表现在： 

1)给硬件电路设计、调试带来了较大困难。多通道信号采集装置中，各通道的系统响应要一致，不可避免地增加了设计和调试的难度。 

2)在使用过程中，电极位置的确定存在很多困难。由于人体的各向异性，要求多个通道的观测信号均为母亲心电信号和胎儿心电信号(源信号)的线性混叠，对电极摆放的位置提出了很高要求。 

单通道盲分离很好地解决了上述问题，是由于有以下优点： 

1)在工程上，单通道混合的模型容易满足。单通道盲分离系统只有一个观测信号，母亲心电和胎儿心电信号只需满足线性叠加原理即可。这在工程上容易实现。 

2)硬件电路的设计和调试简单。信号采集装置中只有一个观测通道，设计和调试较容易。 

3)电极的数目少，电极位置灵活。单通道系统只需要两个信号电极(差动)，只要能在孕妇腹部上观测到较明显的胎儿心电信号就可以实现胎心电的分离。 

但是，目前全盲条件下的单通道盲分离算法还不成熟。本发明基于斜投影单通道盲分离算法利用了源信号的先验信息——母亲心电和胎儿心电信号波群在观测信号中的位置，可以实现单通道胎心电的分离。 

母亲心电QRS波群信号强，容易获得母亲心电QRS波群的精确时间位置。但是，胎儿心电信号幅度小，常常淹没在噪声之中，获得胎儿心电QRS波群的精确时间位置就比较困难。为此，可以考虑以胎儿心音作为参考信号引导我们获取胎儿心电QRS波群的在腹部观测信号中的时间位置。但是，许多研究表明，心音信号与心电信号只有粗略的对应关系，并不严格同步，即每一个心音都对应一个心电波群，心电信号以随机时间先于心音信号出现。成人心电信号R波超前第一心音S1音约0.03～0.06秒，而胎儿的情况目前还没有查到相关文献，但估计与成人类似。下面以成人的情况为例计算截取的位置误差。我们自行设计的硬件系统采样率500Hz，那么就会产生15-30个样本点的截取位置误差，因此，腹部观测信号中胎儿心电波群的定位是整个单通道胎心电盲分离算法的重点和难点。 

发明内容

本发明的目的在于考虑上述问题而提供一种设计合理，方便实用的基于斜投影的单通道胎儿心电盲分离装置。 

本发明的另一目的在于提供一种操作方便的基于斜投影的单通道胎儿心电盲的分离方法。 

本发明的技术方案是：本发明的基于斜投影的单通道胎儿心电盲分离装置，包括有单通道心电信号采集模块、多普勒胎儿心音采集模块、模数转换 模块、微处理器、用于信号分离和显示的PC上位机，其中用于采集混叠心电信号的单通道心电信号采集模块的转入端与心电图导联电缆相连接，用于采集胎儿的心音信号的多普勒胎儿心音采集模块的输入端与超声探头相连接，单通道心电信号采集模块和多普勒胎儿心音采集模块的转出端分别与模数转换模块的模拟输入端相连，模数转换模块的数据输出端口与微处理器相连，微处理器与PC上位机相连。 

上述微处理器通过串口线与PC上位机相连。 

上述单通道心电信号采集模块包括前置放大电路、工频陷波电路、带通滤波电路、后级放大电路、定标信号电路和定标控制电路，其中用于接收模拟混叠心电信号的前置放大电路与心电图导连线电连接，前置放大电路的输出端与工频陷波电路电连接，工频陷波电路的输出信号通过带通滤波电路，后经后级放大电路放大，最后输入到模数转换模块，接收微处理器传来的定标信号的定标信号电路与微处理器电连接。 

上述模数转换模块采用多路14位高精度的模数转换器。