[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

摘要

本发明提供了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，将母体心电作为胎儿心电的一部分进行整体建模，从波形形态角度建立腹壁胎儿心电信号状态空间模型，运用强跟踪滤波方法实现胎儿心电R波与母体心电波形的递推估计，并对估计的胎儿心电R波波形进行峰值定位，从而获取胎儿瞬时心率，本方法适用于在计算、存储能力受限的本地监护终端上直接提取胎儿心率，且操作简单，孕妇完全可以独立完成监护过程，提升了用户体验。

主权项

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：