[发明专利]一种交互式胎儿心电快速自动提取方法

说明书

技术领域

本发明属于医疗器械中非侵入式胎儿心电信号处理技术领域，具体是涉及一种可由一路低信噪比母体腹部心电信号中自动快速提取纯净胎儿心电信号的方法。 

背景技术

非侵入式胎儿心电监护仪的工作原理主要是通过母体腹部外电极测量模拟心电信号，利用模数转换模块将模拟信号转换为数字信号，再经相应的算法对数字母体腹部信号进行处理以提取纯净的胎儿心电信号，最后对提取到的胎儿心电信号进行特征提取，将所提取到的特征提供给医生作诊断。从功能上来说，胎儿心电监护仪需提取到纯净的胎儿心电信号，否则其所提供的胎儿心电特征信息是不准确的，起不到胎儿健康监护的作用。因此，胎儿心电提取算法是胎儿心电监护中的关键技术。 

近几十年来，国内外专家提出了许多胎儿心电提取方法。目前胎儿心电提取的方法主要基于：匹配滤波法、自适应滤波法、奇异值分解法、小波变换、神经网络和独立分量分析法。每一种方法都存在着一定的局限性，因此对于准确提取胎儿心电并将算法应用到胎儿心电实时监护系统中仍然需要继续研究。本发明是基于小波变换的方法，小波变换的方法能对信号进行多尺度细化进而局部分析信号，因此在非平稳信号（特别是心电信号）的分析上具有很大优势。有些研究将小波变换方法与盲源分离方法、独立分量分析方法以及神经网络等方法结合起来提取胎儿心电信号。目前单独基于小波变换的胎儿心电检测算法主要有两类工作原理：（1）将母体腹部提取到的心电信号进行小波分解，根据每个尺度上（或每一级）的信号波形进行分析，通过阈值法对小波系数直接处理提取出母体心电成分，通过反傅里叶变换获取母体心电信号模板，最后用母体腹部信号减去母体心电模板获取胎儿心电信号；（2）将母体腹部的心电信号进行小波分解，提取每个尺度上（或每一级）信号的特征，通过对小波系数进行处理获取另外一种表达方式的特征值，检测与母体心电信号相关的特征，然后利用这些特征来重构母体心电信号的小波系数继而得到母体心电，最后用母体腹部信号减去母体心电获取胎儿心电信号。本发明提出的胎儿心电提取方法基于第二种工作原理，在滤波方法、特征检测及构造母体心电信号的算法上进行了较大改进。 

小波提取胎儿心电的方法是根据经验视采集的腹部信号使用。基于小波变换的胎儿心电信号提取算法一般先分析母体腹部心电信号的小波分解结果，然后根据分解结果的特征进行下一步处理。分解结果可能会有很多情况，需根据实际的情况来做不同的处理，很难找到一个通用的方法来提取纯净胎儿心电信号，需要调整各种参数（如分解层数，小波系数阈值，特征阈值等）来适应不同的信号。因此，胎儿心电提取的结果受到一定经验的影响，在自动控制上存在很大困难，对用户知识水平要求高，这样的处理算法难以应用于仪器中。其原因如下： 

（1）由于胎儿心电信号个体差异性特征以及不同检测仪器的检测能力问题，检测仪器所提供的母体腹部心电信号存在着很大的差异。采集到的腹部心电信号除包含小幅值的胎儿心电信号外，还包含幅值很大的母体心电以及工频干扰、呼吸干扰、肌电干扰等。在这种低信噪比下，即使利用了小波方法的局部时频分析特性，各种噪声及干扰的处理要求依然很高，提取胎儿心电存在很大的困难；

（2）部分胎儿心电提取算法基于连续小波变换或是离散小波变换，连续小波变换与离散小波变换都是时变的，起始点不一样，则变换后的结果不一样。起始点的选取在某种程度上影响后续信号处理的效果，且这两种时变的变换不易定位母体心电与胎儿心电，易造成获取到的信号不是胎儿心电的可能；

（3）基于平稳小波变换或者二进小波变换的胎儿心电提取算法，是非时变的变换。只是，目前无论是直接处理时频域上的各级小波系数，还是先通过小波系数提取特征点再构造母体心电模板，还是存在需局部考虑信号的缺点。

发明内容

本发明的目的在于针对上述存在问题和不足，提供一种操作容易，稳定性好，算法模型结构简单且提取准确率高，能有效地解决基于小波提取胎儿心电信号算法中难以移植应用于实时胎儿心电监护系统的弊端的交互式胎儿心电快速自动提取方法。 

本发明的技术方案是这样实现的： 

本发明所述的交互式胎儿心电快速自动提取方法，其特点是包括如下步骤：

1）对母体腹部心电信号进行预处理，主要去除较易滤掉的工频干扰和高频噪声干扰；

2）将预处理后的母体腹部心电信号进行平稳小波时频变换；

3）对小波细节系数进行特征提取；

4）检测与母体腹部心电信号成分相关的特征并构造出母体心电模板；

5）从预处理后的母体腹部心电信号中除去已构造出来的母体心电模板，从而得到胎儿心电信号。