[发明专利]一种基于延时估计的多普勒胎儿心音信号的提取方法

说明书

技术领域

本发明涉及产科胎儿监护技术领域，更具体地，涉及一种基于延时估计的多普勒胎儿心音信号的提取方法。

背景技术

胎儿心率监护是产科胎儿监护的重要方法，是避免胎儿窘迫，保障母亲和胎儿安全的重要手段。常见的胎儿心率监护方法有胎儿心电监护方法和胎儿心音监护方法。

胎儿心电监护法提取和分析胎儿心电现象的方法。具体的检测方法可分为两种：一是腹壁置电极的间接法。腹壁胎儿心电法是由母体腹壁置三个电极诱导胎儿心电的方法，此法会同时检测出母体心电信号和微弱的胎儿心电信号，二者混合在一起，不利于处理；二是电极直接置胎体的方法。直接胎儿心电法必须等到胎膜破裂或人工破膜后才能使用，不利于胎儿的前期监护和长期监护。

胎儿心音监护方法又可以分为采用心音换能器检测胎儿心音信号的方法和采用超声多普勒技术检测胎儿心音信号的方法。采用心音换能器检测胎儿心音信号的方法是基于胎儿心脏收缩、舒张的机械现象。胎儿心脏的一次搏动由心脏的收缩和舒张形成第一音和第二音。两个第一音或两个第二音的时间间隔是一个完整的心跳周期。但是，胎儿的心音信号很弱，杂音多，诸如胎动音、血管跳动音、母亲说话及开门声、脚步声等都会很轻易混入。往往由于心音探头位置稍有不当，心音间隔就不是从两个第一音或两个第二音检测出来，而是以前一次搏动的第一音和后一次搏动的第二音或前一次搏动的第二音和后一次搏动的第一音为心音间隔，从而导致测量的瞬时心率具有很大误差。基于超声多普勒技术的胎儿心音检测方法是利用超声探头产生的超声波束直接作用于胎儿心脏，由于胎儿心脏的运动会导致反射的超声波束产生多普勒效应，检测反射超声波的多普勒频移就可获得与胎儿心脏活动有关的心音信号。由于超声波具有很好的方向性,且信号的强度可控制,故采用超声探头检测来的胎心音信号强，杂音小，受宫缩影响小，并适用妊娠各阶段。超声信号的回波主要由以下几种成分组成：

(1)频率在0.01％至0.02％的载波频率处的胎儿心脏壁室的肌肉运动；

(2)频率在0.02％至0.05％的载波频率处的胎儿心脏瓣膜信号；

(3)频率在0.05至0.1％的载波频率处的胎儿动脉血流信号；

(4)子宫杂音；

(5)孕妇腹部主动脉音；

其中前三项构成了超声回波的主要部分和有用部分，称为多普勒胎儿心音信号。第四项和第五项与孕妇的脉搏同步，是超声回波信号的噪声成分。因此需要对超声回波信号进行一定的技术处理，尽量去除噪声信号成分，从而获得清晰的胎儿心音信号用于医学分析。然而，由于子宫杂音和孕妇腹部主动脉音基本与胎儿的多普勒心音频带重叠，无法用常规的频域滤波技术消除干扰，而仅通过调整传感器的位置避免噪声成分过强。

发明内容

本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷(不足)，提供一种能够有效分离母亲干扰信号的基于延时估计的多普勒胎儿心音信号的提取方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种基于延时估计的多普勒胎儿心音信号的提取方法，包括以下步骤：

S1：采集母亲腹部超声多普勒回波信号，记为x；

S2：分别取一个心动周期的常规多普勒胎儿心音离散信号、一个心动周期的常规母亲子宫杂音离散信号和母亲腹部主动脉音离散信号，作为延时估计的先验信息，记为F(n)、U(n)和V(n)；

S3：分别对F(n)、U(n)和V(n)做k阶信号差分运算，k为正整数，并分别与F(n)、U(n)和V(n)一起构成一个矢量的集合，记为F₀、U₀和V₀；

S4：分别对集合F₀、U₀和V0中的元素进行线性无关化处理，处理结果记为F、U和V；

S5：求解最优化问题min||x-α·F-β·U-γ·V||₂，求得权值向量α,β,γ，其中α＝[α₁,α₂,…,α_k+1]，β＝β₁,β₂,…,β_k+1，γ＝[γ₁,γ₂,…,γ_k+1]；

S6：分别建立范德蒙方程组并对其求解，确定各个胎儿心动周期的多普勒胎儿心音信号及各个母亲心动周期的母亲子宫杂音信号、母亲腹部主动脉音信号相对于信号起始处的延时；