[发明专利]用于家庭监护的单通道母体腹壁胎儿心率鲁棒估计方法

权利要求书

1.一种用于家庭监护的单通道母体腹壁胎儿心率鲁棒估计方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：信号预处理：对腹壁胎儿的心电信号进行预处理，以去除心电信号中的基线漂移和工频干扰；

S2：构建单通道腹壁胎儿心电信号的状态空间模型，通过系统参数初始化得到模型所需相关参数的初始值；

S3：强跟踪波形估计：根据胎儿心电信号的状态空间模型及提取的模型参数，运用强跟踪滤波方法，以实现胎儿心电R波与母体心电各个波形的递推估计；

S4：胎儿R波定位：采用递归Kalman滤波方法，实现R波动态定位，从而获取胎儿瞬时心率；

其中，步骤S2中构建单通道腹壁胎儿心电信号的状态空间模型的方法如下：

首先，将母体心电作为胎儿心电的一部分，构建一种六状态的胎儿心电信号动态模型：

式中，为k时刻胎儿心电的瞬时相位，为k时刻胎儿心电的瞬时心率，为k时刻母体心电的瞬时相位，为k时刻母体心电的瞬时心率，δ为采样时间间隔，k+1时刻胎儿心电R波用一个高斯函数进行建模，表示为R_k+1，分别为胎儿心电R波对应高斯核函数的幅度、宽度和中心位置，k+1时刻母体心电P波和T波分别用两个高斯核函数进行建模，表示为P_k+1和T_k+1，k+1时刻母体心电QRS波群采用三个高斯核函数进行建模，表示为C_k+1，α_i,k和b_i,k，i∈{P₁,P₂,Q,R,S,T₁,T₂}分别为母体心电各个波形对应高斯核函数的幅度和宽度，i∈{P₁,P₂,Q,R,S,T₁,T₂}，分别为母体心电各个波形对应高斯核函数的中心位置，为高斯噪声；

由所述胎儿心电信号动态模型得到系统的观测模型为：

式中，为胎儿心电相位量测噪声，为母体心电相位量测噪声，S_k为胎儿心电信号测量样本，υ_S,k为量测噪声；

令X_k表示状态矢量，Y_k表示观测向量，U_k表示系统噪声，V_k表示量测噪声，函数f和g分别描述系统方程和观测方程，则腹壁胎儿心电信号的状态空间模型为：

2.根据权利要求1所述的用于家庭监护的单通道母体腹壁胎儿心率鲁棒估计方法，其特征在于，步骤S2中系统参数初始化包括母体参数初始化和胎儿参数初始化，其中，母体参数初始化具体包括：对预处理之后的心电信号进行R波探测，获得母体瞬时心率的均值与方差，同时将心电信号从时域转换为相位域，从而获得母体心电的瞬时相位运用单通道奇异值分解方法获取母体平均心拍及平均心拍的高斯核参数；

胎儿参数初始化具体包括：从预处理之后的心电信号中去除提取的母体心电成分，获得胎儿心电初步估计，再进行R波探测，获得胎儿心率的均值与方差，同时将心电信号从时域转换为相位域，从而获得胎儿心电的瞬时相位运用单通道奇异值分解方法获取胎儿平均心拍及平均心拍的高斯核参数。