專利名稱：一種用于單導胎兒心率檢測的魯棒自適應估計方法
技術領域：
本發(fā)明涉及胎兒心電檢波方法，特別涉及一種用于單導胎兒心率檢測的魯棒自適應估計方法。
背景技術：
心電監(jiān)護是一項常用的醫(yī)療監(jiān)護方式，在醫(yī)院一般都配有心電監(jiān)護設備，目前，心電監(jiān)護設備正向便攜式、家用化的方向發(fā)展，特別是家用胎兒心電監(jiān)護設備是近年來的發(fā)展趨勢。胎兒心電監(jiān)護為胎兒的健康狀況提供有用的參考信息，而胎兒心率是胎兒心電監(jiān)護的基礎項目之一，因此，如何準確獲得胎兒心率對胎兒監(jiān)護具有十分重要的價值。作為一種無創(chuàng)監(jiān)護手段，原始心電數(shù)據(jù)是通過在母體腹壁表面放置電極采集得至IJ。這樣采集到的腹壁心電信號(AECG)除了包含常見的各種肌電噪聲，基線漂移，工頻干擾、運動偽跡等，還含有母體心電信號(MECG)。胎兒心電信號(FECG)幅值一般在微伏級，而母體心電信號幅值較大，在毫伏級。所以，與MECG和各種噪聲相比，胎兒心電信號顯得十分微弱。如何在這樣的大噪聲背景下提取出胎兒心電信息，進行便攜式監(jiān)護是國內外學者研究的熱點。目前，采用較多的提取出胎兒心電信息的方法是母體心電抵消法，即首先預處理，然后提取出MECG，從腹壁混合信號中減去MECG，從而得到胎兒心電，再經(jīng)過胎兒心電的R波檢測，估計出胎兒心率。使用這種母體心電抵消法估計胎心率，最關鍵的一點是準確有效地估計MECG，只有準確的提取MECG，才能得到準確的胎心率。從腹壁混合信號中估計MECG，則胎兒心電和其他各種噪聲都是干擾信號，問題就轉換為成人的心電信號提取。目前，關于心電信號的提取，主要的方法有小波變換法、神經(jīng)網(wǎng)絡法、獨立成分分析法(ICA)以及自適應濾波法等各種數(shù)字濾波。對這些方法研究分析，各自都有其優(yōu)缺點。其中，小波變換法是一種時間-尺度分析方法，具有時頻局域化分析能力和多分辨率分析的特點。利用小波變換多尺度、多分辨率的特性將噪聲和ECG信號分解在不同尺度從而進行ECG信號和噪聲的分離。雖然目前小波降噪法已經(jīng)取得了一定的成果和應用，擬人腦機理和功能的計算機和人工智能處理技術，它具有非線性、高度并行性、魯棒性和自主適應性等特點。但它在ECG信號中主要用于QRS檢測中的自適應非線性預測，通過前面的采樣點來預測當前的采樣點。神經(jīng)網(wǎng)絡法的不足在于學習訓練過程需要花費較長時間，而且要求訓練樣本具有一定的代表性，這在實際ECG降噪應用中很難實現(xiàn)。自適應濾波算法是針對信號和噪聲頻率變化而發(fā)展的自適應調節(jié)的濾波技術。自適應濾波一般采用最小均方誤差準則作為代價函數(shù)，能夠對參考輸入信號進行自適應的加權處理，通過不斷修正權向量，使濾波器輸出逼近原始輸入信號。雖然自適應濾波能夠對ECG信號進行自適應處理，但這種自適應濾波方法要求額外提供參考信號，不適用于便攜式的單通道的胎心率估計。自從2003年P. E. McSharry提出了心電信號的動態(tài)模型之后，基于模型的ECG消 噪方法成為近年來的研究熱點。近幾年，不少學者研究了利用動態(tài)ECG模型進行貝葉斯濾波提取ECG的方法，該方法在ECG降噪和FECG提取方面取得了一定的成果，但也還存在不少的問題和挑戰(zhàn)，例如濾波不穩(wěn)定，收斂性不好，有時甚至發(fā)散，而且濾波系統(tǒng)魯棒性能不夠聞，容易受:動態(tài)|旲型和噪聲的影響。

發(fā)明內容
本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術中存在的技術問題，特別創(chuàng)新地提出了一種用于胎兒心率檢測的魯棒自適應估計方法。為了實現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，本發(fā)明提供了一種用于胎兒心率檢測的魯棒自適應估計方法，其包括如下步驟SI :采集孕婦腹壁心電信號，并進行用于消除噪聲和干擾的預處理；S2 :對孕婦腹壁心電信號中的母體心電信號進行建模、濾波；S3 :在濾波過程中進行自適應估計和魯棒性分析； S4 :根據(jù)母體心電信號得到胎兒心電信號；S5:得到胎兒心率。本發(fā)明在對母體心電信號進行濾波的過程中進行自適應估計和魯棒性分析，提高了胎心率計算的可靠性和準確性。本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。


本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點從結合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中圖I是本發(fā)明用于胎兒心率檢測的魯棒自適應估計方法的流程圖；圖2是本發(fā)明采用的ECG模型的三維圖；圖3是圖2中所示三維圖轉換到相位空間的圖形。
具體實施例方式下面詳細描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。在本發(fā)明的描述中，除非另有規(guī)定和限定，需要說明的是，術語“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是機械連接或電連接，也可以是兩個元件內部的連通，可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，對于本領域的普通技術人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術語的具體含義。本發(fā)明公開了一種用于單導胎兒心率檢測的魯棒自適應估計方法，如圖I所示，其包括如下步驟SI :采集孕婦腹壁心電信號，并進行用于消除噪聲和干擾的預處理；S2 :對孕婦腹壁心電信號中的母體心電信號進行建模、濾波；S3 :在濾波過程中進行自適應估計和魯棒性分析；S4 :根據(jù)母體心電信號得到胎兒心電信號；
S5 :得到胎兒心率。本發(fā)明的目的是準確有效的估計MECG，從而獲得胎心率，由于母體腹壁心電信號還包含其他噪聲和干擾，因此在估計MECG之前，需要對其進行預處理。預處理包括去除高頻噪聲、基線漂移和工頻干擾。因為母體心電頻率主要在0. 05Hz-100Hz之間，所以去除高頻噪聲可以采用一個低通濾波器實現(xiàn)。而50Hz或60Hz的工頻干擾和基線漂移采用整系數(shù)濾波器去除，整系數(shù)濾波器采用遞歸算法，處理速度高。本發(fā)明對母體心電信號建模的步驟為首先采用非線性動態(tài)模型，其基本表達式由以下三個常微分方程組成
權利要求
1.ー種用于單導胎兒心率檢測的魯棒自適應估計方法，其特征在于，包括如下步驟 S1:采集孕婦腹壁心電信號，并進行用于消除噪聲和干擾的預處理； S2:對孕婦腹壁心電信號中的母體心電信號進行建模、濾波； S3:在濾波過程中進行自適應估計和魯棒性分析； S4:根據(jù)母體心電信號得到胎兒心電信號； S5:得到胎兒心率。
2.如權利要求I所述的用于胎兒心率檢測的魯棒自適應估計方法，其特征在于，所述預處理包括去除高頻噪聲、基線漂移和エ頻干擾，所述高頻噪聲采用低通濾波器去除，所述エ頻干擾和基線漂移采用整系數(shù)濾波器去除。
3.如權利要求I所述的用于胎兒心率檢測的魯棒自適應估計方法，其特征在于，對所述母體心電信號建模的步驟為 S21:采用非線性動態(tài)模型建立方程
4.如權利要求I所述的用于胎兒心率檢測的魯棒自適應估計方法，其特征在干，所述濾波方法為將隊，zk，模型參數(shù)CIybi, Qi當作狀態(tài)變量進行估計，狀態(tài)變量為
5.如權利要求I所述的用于單導胎兒心率檢測的魯棒自適應估計方法，其特征在于，所述自適應估計方法為移動窗口估計法。
6.如權利要求I所述的用于胎兒心率檢測的魯棒自適應估計方法，其特征在于，所述魯棒性分析方法為抗差最小二乘法。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種用于單導胎兒心率檢測的魯棒自適應估計方法，其包括如下步驟采集孕婦腹壁心電信號，并進行用于消除噪聲和干擾的預處理；對孕婦腹壁心電信號中的母體心電信號進行建模、濾波；在濾波過程中進行自適應估計和魯棒性分析；根據(jù)母體心電信號得到胎兒心電信號；得到胎兒心率。本發(fā)明在對母體心電信號進行濾波的過程中進行自適應估計和魯棒性分析，提高了胎心率計算的可靠性和準確性。
文檔編號A61B5/0444GK102670188SQ201210125150
公開日2012年9月19日 申請日期2012年4月25日 優(yōu)先權日2012年4月25日
發(fā)明者劉乃乾, 周曉娜, 張舒婷, 曾孝平, 李國軍, 肖蘭, 郝曉杰, 顧曉玲 申請人:重慶大學