[发明专利]胎儿心电信号分离方法及系统

说明书

本发明提供一种胎儿心电信号分离方法，包括如下步骤：从母体腹壁心电信号中，提取出母体心电R波波峰位置；以母体心电R波波峰位置为定位点，在母体心电R波波峰位置的左右段各截取固定长度，对当前R‑R间隔的固定数目的模板进行平均，得到平均模板，并以当前模板和平均模板获得递归模板＝a*平均模板+b*当前模板；将母体腹壁心电信号和递归模板进行对消，得到被分离出的胎儿心电信号；对对消后剩余的胎儿心电信号进行逻辑判断，识别出泄漏的母体心电QRS波群分量，并将此处的分量抑制，获得所需的胎儿心电信号波形。所述胎儿心电信号分离方法中不包含大量的矩阵和乘法迭代运算等，将大大地降低实现复杂度，减少资源占用。

技术领域

本发明涉及生物医学工程技术领域，尤其涉及一种基于腹壁心电信号的胎儿心电信号分离方法及系统。

背景技术

在围产期中，特别是在分娩过程中，胎儿由于脐带压迫或者其他原因，易造成暂时性缺氧，引起窒息、智力迟钝、痴呆甚至死亡，这与围产期胎儿缺乏足够有效的监护有关。因此，围产期监护仪的临床应用将是保证围产期各个阶段的胎儿安全，保障胎儿优生的有力措施之一。

实现胎儿心脏监护，需要先取得反映胎儿健康状况的信号，如胎心心率监测。反映胎儿心脏功能的信号通常有三种，即心音、心动和心电信号。

胎儿心音信号

心音信号是心肌舒缩和瓣膜启闭时振动所产生的声信号，反映了心脏活动的状态。把一个高度灵敏的微音器置于母体腹壁体表就可以记录到胎儿心音信号，根据第一心音和第二心音的时间间隔，即可算出胎心率。

胎儿心动信号

心动信号是指心脏壁在心跳时发生的舒缩、心脏瓣膜的启闭、血管壁的运动所形成的机械运动信号，可以利用超声多普勒效应拾取。将装有超声发射器和接收器的超声换能器置于母体腹壁表面，对准胎儿心脏。这时接收器收到的超声回波将收到频率调制及幅度调制，多普勒频移的角频率和心脏或血管壁的舒缩运动的速度成正比，即可得到胎儿心率曲线。

胎儿心电信号

心电信号是心脏节律性活动的原发性信号，它比心动信号和心音信号更直接地反映心脏活动功能的生理信号，而且心电信号更具有节奏明确、容易确定心动周期的优点。此外，从胎儿心电图中不仅能提取胎儿心率的信息，还可能像成人心电图那样，得到更多的关于胎儿心脏状况的信息。

从上面三个获取胎儿心脏活动信息的途径的分析可见，胎儿心电信号能较准确的反映胎儿心脏活动，特别是绝大多数胎儿窘迫发生在分娩的第一产程末及第二产程中有宫缩的时候，用心音法和超声多普勒法均有一定的困难，虽仍能取得胎儿心脏活动信息，但是不利于提高监护质量。因此通过胎儿心电信号处理后得到胎儿心电图和瞬时胎心率这一途径更有利于提高监护质量。

胎儿心电信号很早就为人们所重视，1906年Gremer就首次用腹部电极记录到胎儿心电信号，1961年Hon开始应用电子计算机作胎儿心电信号处理。之后十几年中不少学者开展了这方面的研究，虽然取得了不少进展，但还没有获得很好的处理方法。这是由于腹部胎儿心电信号处理存在以下一些困难：1)、信噪比低，胎儿心电分量太弱，仅为10～50uV左右，而母亲心电信号则可达750uV,两者可差十倍以上；加上肌电噪声与其它干扰也很强，胎儿心电信号完全淹没于噪声之中。2)、时域中胎儿QRS波与母体QRS波有10～30％的重叠。3)频域中胎儿频谱与母体的频谱大部分重叠。4)信号随机性很强，是非平稳过程，特别是由于胎儿的自由移动造成胎儿心电传输通道的时变性。

基于母体腹壁胎儿心电信号的提取，已引起众多学者的广泛研究和关注，目前，对此问题的解决主要采用以下几个方法：

自适应处理方法：采用自适应处理方法，消除MECG以及其它噪声，自适应处理方法较常用的两个准则是：1)LMS准则，即均方误差最小，可由随机梯度实现。2)LS准则，即最小二乘法，即误差平方和为最小。此外，还有基于独立分量分析(ICA)的胎儿心电提取和基于奇异值分解法(SVD)等。