[发明专利]一种基于非负盲分离胎儿心电特征信号提取方法

说明书

本发明提出了一种基于非负盲分离的胎儿心电特征信号提取方法，包括以下步骤：1）在母体腹部采集一路母亲和胎儿心电混合的观测信号；2）利用模板匹配法消除母亲心电信号，得到纯净的胎儿心电信号；3）提取多个胎儿心电信号；4）将每一个胎儿心电信号变换到非负时频域，并把其拼成一个矩阵；5）利用非负矩阵分解对合成矩阵进行盲分离，从而分离出胎儿心电的R波特征信号。本发明的方法克服了以往的胎儿心电信号处理中往往只进行胎儿心电提取或心率检测等宏观处理的缺点，对每一个胎儿心电信号的特征信号进行提取，更有利于医护人员对胎儿心电信号的每一个特征变化进行临床的监护和研究。

技术领域

本发明是一种基于非负盲分离胎儿心电特征信号提取方法，属于医疗器械领域。

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。其中胎儿心电图是一种重要的胎儿监护手段，是指从母体腹部表面通过电极进行胎儿心电采集的一种技术，该技术由于其无创性和安全性，现已得到了广泛的应用，是一种检测胎儿在子宫内健康状况的重要方法，能够反映胎儿心脏的全貌。健康的胎儿随子宫内环境的不同时刻发生着微妙的变化，而且胎儿心率的变化是循环系统和中枢神经系统机能调节的表现，因此在围产期对胎儿进行胎心率检测可以了解胎儿在子宫内的重要监护指标。

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。

而现有胎儿心电信号处理一般只是从母体腹壁信号中提取胎儿心电信号，如使用相干平均、自相关和互相关、自适应滤波、基于奇异值分解和主分量分析等方法来对胎儿心电信号进行分离。但是，这些方法往往对胎儿心电进行提取后，只进行了心率提取等宏观上的分析研究，而忽略了每一个胎儿心电的信号特征。这些特征信号往往包含了重要的临床医疗信息，能够给予医护人员对围产期胎儿的监护带来极大的帮助。

非负矩阵分解(Nonnegative Matrix Factorization，NMF)是近十年来随着盲信号分离技术的发展而出现的一种新的信号处理技术。由于它的算法简单，计算量小，适用范围广，已逐渐成为信号处理领域的热点之一。非负矩阵分解理论是从“对整体的感知是由组成整体的部分感知构成”这一观点出发而构建的，把问题转换到微观的角度进行分析。现非负盲分离常用于图像识别的研究当中，如通过人脸的一些不同的特征来的检测来达到识别的目的，当其应用于胎儿心电信号时，在提取特征信号时也有着非常显著的效果。本发明提出了一种基于非负盲分离胎儿心电特征信号提取方法。

发明内容

本发明的目的在于提出一种基于非负盲分离胎儿心电特征信号提取方法。本发明中的胎儿心电特征信号提取方法是基于非负盲分离法，该方法在提取胎儿心电特征信号中有着非常显著的效果，实现简单，运算速度快，准确性较高，使人们对胎儿心电信号有更进一步的认识。

本发明通过下述技术方案实现：

本发明基于非负盲分离的胎儿心电特征信号提取方法，包括以下步骤：

1)在母体腹部采集一路母亲和胎儿心电混合的观测信号；

2)利用模板匹配法消除母亲心电信号，得到纯净的胎儿心电信号；

3)提取多个胎儿心电信号；

4)将每一个胎儿心电信号变换到非负时频域，并把其拼成一个矩阵；

5)利用非负矩阵分解对合成矩阵进行盲分离，从而分离出胎儿心电的R波特征信号。

上述步骤3)包括如下步骤：