[发明专利]怀孕的人类受试者的连续非侵入性监测

摘要

本发明提供了通过对胎儿心脏电活动数据的非侵入性检测和分析以用于监测胎儿健康的系统和方法。

主权项

1.一种监测母体和胎儿心脏活动的系统，包括：a.至少一个心电图传感器，所述心电图传感器被配置成接触怀孕的人类受试者的腹部皮肤并检测胎儿和母体的心脏电活动；b.至少一个声学传感器，所述声学传感器被配置成接触怀孕的人类受试者的腹部皮肤并检测胎儿和母体的心脏电活动；c.服装，所述服装被配置成将所述至少一个心电图传感器和所述至少一个声学传感器定位在并接触所述怀孕的人类受试者的腹部上；d.一种专门编程的计算机系统，包括：至少一个专用计算机机器，包括：非暂态存储器，所述非暂态存储器电子地存储特定的计算机可执行程序代码；以及至少一个计算机处理器，所述至少一个计算机处理器在执行所述特定程序代码时变成专门编程的计算处理器，所述专门编程的计算处理器被配置成至少执行以下操作：从至少一对心电图传感器接收原始心电图信号数据；其中所述至少一对心电图传感器被定位在怀孕的人类受试者的腹部上；其中所述原始心电图信号数据包括代表从所述至少一对心电图传感器实时获取的N个原始心电图信号的数据，其中N个原始心电图信号为原始N‑心电图信号数据；过滤所述原始心电图信号数据以形成具有滤波N‑心电图信号的滤波N‑心电图信号数据；检测所述滤波N‑心电图信号数据中每个所述滤波N‑心电图信号中的母体心率峰值；通过利用至少一个非线性减法过程从所述滤波N‑心电图信号数据的每个所述滤波N‑心电图信号中减去所述母体心率峰值以获得校正心电图信号数据，所述校正心电图信号数据包括代表N个校正心电图信号的数据，其中N个校正心电图信号为校正N‑心电图信号数据，其中所述至少一个非线性减法过程包括：迭代执行：i)将所述滤波N‑心电图信号数据的N‑心电图信号的每个滤波N‑心电图信号划分为第一多个心电图信号片段，1)其中所述第一多个心电图信号片段中的每个心电图信号片段对应于完整心跳的一个搏动间隔，以及2)其中每个搏动间隔至少部分地基于自动检测此搏动间隔的开始值和终止值来自动确定；ii)修改第二多个滤波N‑心电图信号片段中的每一个以形成多个经修改的滤波N‑心电图信号片段，其中使用基于一组参数的至少一个逆优化方案来执行所述修改，其中所述参数组的值基于以下方式进行确定：迭代执行：1)基于成年人的标准心跳曲线来定义全局模板；2)为每个滤波N‑心电图信号片段设置用于局部模板的一组暂定值；以及3)利用至少一个优化方案基于在预定相似度值内与所述全局模板匹配的所述局部模板来确定每个滤波N‑心电图信号片段的自适应模板；以及iii)通过从所述滤波N‑心电图信号中减去所述自适应模板以从每个所述滤波N‑心电图信号中去除所述经修改的滤波N‑心电图信号片段，从而产生每个校正心电图信号；基于所述校正心电图信号数据从所述滤波N‑心电图信号数据中提取原始胎儿心电图信号数据，其中所述原始胎儿心电图信号数据包括N个胎儿心电图信号，其中N个胎儿心电图信号为原始N‑心电图胎儿信号数据；处理所述原始N‑心电图胎儿信号数据以提高所述N‑心电图胎儿信号的信噪比，从而形成滤波N‑心电图胎儿信号数据；在所述滤波N‑心电图胎儿信号数据中检测胎儿心率峰值；基于检测到的胎儿心率峰值计算以下中的至少一个：i)胎儿心率，ii)胎儿心脏曲线，iii)逐搏胎儿心率，或iv)胎儿心率变异性；以及输出所述计算操作的结果；e.一种专门编程的计算机系统，包括：至少一个专用计算机机器，包括：非暂态存储器，所述非暂态存储器电子地存储特定的计算机可执行程序代码；以及至少一个计算机处理器，所述计算机处理器在执行所述特定程序代码时变成专门编程的计算处理器，所述专门编程的计算处理器被配置成至少执行以下操作：从至少一个声学传感器接收多个心音图信号数据输入；通过所述至少一个计算机处理器利用多个带通滤波器对所述多个心音图信号数据输入进行数字信号滤波以形成多个滤波心音图输出，其中所述多个带通滤波器包括L个带通滤波器，其中每个带通滤波器均输出K个滤波心音图输出；通过所述至少一个计算机处理器对所述多个滤波心音图输出的滤波心音图输出的第一子集进行小波去噪，以形成M个去噪滤波心音图输出，其中M等于L乘以K；通过所述至少一个计算机处理器利用独立分量分析来转换所述多个滤波心音图输出的滤波心音图输出的第二子集，以形成M个滤波独立分量分析变换；通过所述至少一个计算机处理器利用所述独立分量分析来转换去噪滤波心音图输出的所述第二子集的第一部分以形成M个去噪滤波独立分量分析变换；通过所述至少一个计算机处理器编译多个检测心跳输入中的S个输入，包括：i)所述M个滤波心音图输出，ii)所述M个所述去噪滤波心音图输出，iii)所述M个所述滤波独立分量分析变换，以及iv)所述M个所述去噪滤波独立分量分析变换；通过所述至少一个计算机处理器检测每个检测心跳输入中的搏动的搏动位置；通过所述至少一个计算机处理器计算置信度得分，所述置信度得分描述所述多个检测心跳输入的每个检测心跳输入中的所述搏动代表实际心跳而非噪声的概率；通过所述至少一个计算机处理器将所述多个检测心跳输入划分成至少两组：i)包含胎儿心跳的第一组检测心跳输入，ii)包含母体心跳的第二组检测心跳输入；基于至少一个特定胎儿检测心跳输入的第一置信度得分，通过所述至少一个计算机处理器从所述第一组检测心跳输入中选择包含所述胎儿心跳的所述至少一个特定胎儿检测心跳输入；以及基于至少一个特定母体检测心跳输入的第二置信度得分，通过所述至少一个计算机处理器从所述第二组检测心跳输入中选择包含所述母体心跳的所述至少一个特定母体检测心跳输入；以及f.一种专门编程的计算机系统，包括：至少一个专用计算机机器，包括：非暂态存储器，所述非暂态存储器电子地存储特定的计算机可执行程序代码；以及至少一个计算机处理器，所述至少一个计算机处理器在执行所述特定程序代码时变成专门编程的计算处理器，所述专门编程的计算处理器被配置成至少执行以下操作：i.从滤波N‑心电图胎儿信号数据中接收在特定时间间隔内多个时间点计算的胎儿心率，以及从滤波心音图输出中接收在特定时间间隔内多个时间点计算的胎儿心率；ii.确定所述滤波N‑心电图胎儿信号数据在所述特定时间间隔内的所述多个时间点的所述计算的胎儿心率的得分；iii.确定所述滤波心音图输出在所述特定时间间隔内的所述多个时间点的所述计算的胎儿心率的得分；iv.基于来自滤波N‑心电图胎儿信号数据在特定时间间隔内多个时间点的所述计算的胎儿心率和得分、以及基于来自滤波心音图输出在特定时间间隔内多个时间点的所述计算的胎儿心率和得分，确定在所述特定时间间隔内的所述多个时间点的综合胎儿心率和得分，其中在所述多个时间点内的单个时间点的所述综合胎儿心率和得分被确定为选自由以下组成的组中的所述四个选项之一：1.来自所述单个时间点的所述滤波N‑心电图胎儿信号数据和所述滤波心音图输出的所述计算的心率的加权平均值，条件是：来自所述单个时间点的所述滤波N‑心电图胎儿信号数据和所述滤波心音图输出的所述计算的心率每分钟相差10个搏动或更少，并且所述单个时间点的所述滤波N‑心电图胎儿信号数据和所述滤波心音图输出的所述计算的胎儿心率的所述得分都是有效的；2.具有低得分的所述计算的心率，条件是：来自所述单个时间点的所述滤波N‑心电图胎儿信号数据和所述滤波心音图输出的所述计算的心率每分钟相差超过10个搏动，并且所述单个时间点的所述滤波N‑心电图胎儿信号数据和所述滤波心音图输出的所述计算的胎儿心率的所述得分都是有效的；3.具有有效得分的所述计算的心率；以及4.没有综合胎儿心率和得分，条件是：来自所述滤波N‑心电图胎儿信号数据和所述滤波心音图输出的所述计算的心率都没有有效得分；v.基于在所述特定时间间隔内的所述多个时间点的所述综合胎儿心率和得分，通过所述至少一个计算机处理器生成胎儿心率概率网格；vi.基于所述胎儿心率概率网格，通过所述至少一个计算机处理器生成在所述特定时间间隔内的估计胎儿心率，其中基于(1)表示在所述特定时间间隔内的所述估计胎儿心率的每个点处的胎儿心率概率网格值的成本；以及(2)表示在所述特定时间间隔内的所述估计胎儿心率的总体曲折度的成本来计算在所述特定时间间隔内的所述估计胎儿心率。