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      一種由腹壁心電信號(hào)提取胎兒心電信號(hào)的方法及系統(tǒng)的制作方法

      文檔序號(hào):8911138閱讀:587來(lái)源:國(guó)知局
      一種由腹壁心電信號(hào)提取胎兒心電信號(hào)的方法及系統(tǒng)的制作方法
      【技術(shù)領(lǐng)域】
      [0001] 本發(fā)明涉及一種由腹壁心電信號(hào)提取胎兒心電信號(hào)的方法及系統(tǒng),屬于胎兒心電 信號(hào)提取技術(shù)領(lǐng)域。
      【背景技術(shù)】
      [0002] 經(jīng)濟(jì)的發(fā)展使人們?cè)絹?lái)越關(guān)注生活質(zhì)量,身體健康是保障生活質(zhì)量的基礎(chǔ)。優(yōu)生 優(yōu)育有利于人口健康狀況的提高,保障孕期胎兒的健康是實(shí)現(xiàn)優(yōu)生優(yōu)育的關(guān)鍵。胎兒在子 宮內(nèi)如發(fā)生缺氧狀況,將危害胎兒的健康狀況甚至生命安全。定時(shí)檢測(cè)胎兒心臟活動(dòng)可以 獲得胎兒的基本生理參數(shù),進(jìn)而分析胎兒的健康狀況,及時(shí)發(fā)現(xiàn)胎兒異常狀況,如胎兒窘 迫,宮內(nèi)缺氧以及胎兒先天性心臟病等,及時(shí)采取相應(yīng)治療措施,可有效降低胎兒在腹中或 分娩時(shí)的死亡幾率。
      [0003] 胎兒監(jiān)護(hù)是對(duì)圍產(chǎn)期孕婦進(jìn)行的監(jiān)護(hù)胎兒健康的一種實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè),可以進(jìn)行胎 兒危險(xiǎn)預(yù)警,是一種有效的優(yōu)生優(yōu)育輔助措施。臨床應(yīng)用中普遍采用的胎兒監(jiān)護(hù)指標(biāo)是胎 心率。獲得胎心率有兩種主要途徑:超聲多普勒法和胎兒心電檢測(cè)法。其中,超聲多普勒法 有著低成本、簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn),但同時(shí)也有不足之處,首先母體運(yùn)動(dòng)、胎兒活動(dòng)、子宮收縮等都可 能影響檢測(cè)的準(zhǔn)確性;其次胎兒心臟目標(biāo)很小,檢測(cè)起來(lái)存在難度;另外,雖然相對(duì)于X射 線,超聲相對(duì)安全,但超聲對(duì)胎兒發(fā)育是否產(chǎn)生影響目前尚無(wú)定論,許多孕婦心存顧慮。所 以相比而言,通過(guò)胎兒心電來(lái)獲取胎心率更加準(zhǔn)確、穩(wěn)定、安全。
      [0004] 胎兒心電圖(Fetal Electrocardiogram, FECG)可以反映胎兒心臟的電生理活動(dòng), 同時(shí)也反映了胎兒在子宮內(nèi)的健康水平。記錄心臟電信號(hào)的胎兒心電圖被廣泛認(rèn)為比傳統(tǒng) 的超聲檢測(cè)方法包含更多的心臟缺陷信息。
      [0005] 胎兒心電圖的獲取可以分為直接法和間接法。
      [0006] 直接法是在孕婦分娩時(shí),將電極侵入母體子宮中,貼于胎兒頭皮上,繼而獲取胎兒 心電信號(hào)。直接法獲得的胎兒心電圖非常清晰,但是此法僅可用于宮頸已開(kāi)口并且羊膜破 裂時(shí);并且這種方法屬于有創(chuàng)操作,侵入監(jiān)測(cè)不可避免的帶來(lái)感染的風(fēng)險(xiǎn);很大的時(shí)間局 限性和專業(yè)性導(dǎo)致這種方法不適合于孕期長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)。
      [0007] 間接法是通過(guò)放置在母體腹部的電極,采集腹壁體表信號(hào),從中提取胎兒心電信 號(hào)。與直接法相比,這種方法對(duì)孕婦和胎兒沒(méi)有創(chuàng)傷,并且可以在妊娠期的任何時(shí)間進(jìn)行。 從腹壁采集心電操作簡(jiǎn)單,無(wú)需專業(yè)人員即可完成,為醫(yī)護(hù)人員和孕婦所歡迎,并為家庭監(jiān) 測(cè)胎兒狀況創(chuàng)造了條件。心電的采集是單純的信號(hào)獲取過(guò)程,對(duì)孕婦和胎兒沒(méi)有任何輻射 和傷害,在安全性方面得到了充分的保障。此法可以長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)的特點(diǎn)使獲得胎兒心率、胎兒 心率變異性和各種病理?xiàng)l件下的參數(shù)指標(biāo)變得輕松。然而,由于胎兒與母體腹部間包含了 羊水、子宮、母體腹壁等組織器官,胎兒心電到母體腹壁傳輸過(guò)程中受到了很大的衰弱,這 使胎兒心電信號(hào)相對(duì)微弱。而且,從孕婦腹部采集的心電信號(hào)是復(fù)雜的混合生理信號(hào),包含 了母體心電信號(hào)和各種噪聲干擾,尤其母體心電信號(hào)的幅值遠(yuǎn)大于胎兒心電,給胎兒心電 信號(hào)的提取造成了很大的困難。胎兒信號(hào)幾乎淹沒(méi)在各種噪聲之中。
      [0008] 如果能從腹壁混合心電中正確提取出胎兒心電信號(hào),便可以準(zhǔn)確獲取胎心率等重 要生理指標(biāo),既發(fā)揮了間接法獲取胎兒心電的種種優(yōu)勢(shì),又克服了其有效信號(hào)成分不明顯 的重大缺陷,社會(huì)價(jià)值將非常可觀。
      [0009] 腹壁心電信號(hào)中有效的成分是胎兒心電,其它的成分均為噪聲干擾。這些噪聲來(lái) 源與特點(diǎn)不盡相同,幅值與時(shí)頻特征也差異明顯。為去除這些噪聲的干擾,必須逐個(gè)分析分 別消除。對(duì)胎兒心電信號(hào)獲取造成影響的噪聲主要有以下幾種:
      [0010] (1)母體心電
      [0011] 從孕婦腹壁采集的信號(hào)不僅包含胎兒的生理電信號(hào),同時(shí)也采集到母體的心電信 號(hào)。而母體的心電信號(hào)強(qiáng)度是胎兒的數(shù)倍,對(duì)胎兒心電的提取分析帶來(lái)很大的阻礙。母體心 電的頻譜范圍為0. 1-100HZ,其中能量主要在0. 1-40HZ,這與胎兒心電有很大的重合部分, 這都給分離母體心電干擾帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)。
      [0012] (2)母體肌電
      [0013] 當(dāng)肌肉興奮時(shí),肌纖維的運(yùn)動(dòng)會(huì)伴隨肌纖維動(dòng)作電位的產(chǎn)生和傳導(dǎo),這種電位稱 為肌電。母體的肌電擴(kuò)散到身體表面,通過(guò)腹壁電極被采集,對(duì)胎兒心電信號(hào)形成干擾。孕 婦的運(yùn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生肌電并反映在混合心電信號(hào)中,影響有效信號(hào)的提取。
      [0014] (3)工頻干擾
      [0015] 我國(guó)交流電頻率為50Hz。孕婦所處環(huán)境使用交流電的用電器會(huì)對(duì)采集人體生理信 號(hào)的設(shè)備產(chǎn)生工頻干擾。其反映在心電圖上就是50Hz的毛刺。去除工頻的方法有很多,如 50Hz陷波、自適應(yīng)濾波等。
      [0016] ⑷基線漂移
      [0017] 從孕婦腹部提取心電時(shí),孕婦的呼吸運(yùn)動(dòng)或者電極與皮膚的接觸不良都可能引起 心電信號(hào)中的基線漂移?;€漂移也是胎兒心電提取的一種重要干擾?;€漂移一般為低 頻噪聲,頻率多在0.5Hz以下。濾波的方法常又來(lái)消除基線漂移。常用的方法有RC濾波、 低通濾波、自適應(yīng)濾波等。
      [0018] (5)其它噪聲
      [0019] 除了上述主要噪聲外,還有一些其它噪聲可能混入到采集的信號(hào)之中。由于空間 中存在各種電磁波,人體或者導(dǎo)線可起到天線的作用,將電磁波干擾耦合到采集回路之中, 對(duì)胎兒心電信號(hào)產(chǎn)生干擾。除此之外,電子元件的熱噪聲,外界強(qiáng)電磁場(chǎng)的影響等因素都會(huì) 帶來(lái)或多或少的噪聲干擾。
      [0020] 基線漂移等噪聲干擾使心電信號(hào)中的母體心電和胎兒心電信息不夠突出,這給母 體心電定位造成較大困難。另外由于胎兒心電幅度相對(duì)不大,過(guò)多噪聲容易造成胎兒心電 無(wú)法識(shí)別。圖1給出了顯示含有噪聲的腹壁心電信號(hào)。
      [0021 ] 因此,如何從腹壁混合心電中去除各種噪聲干擾,就成為由腹壁心電信號(hào)中正確 提取胎兒心電信號(hào)、準(zhǔn)確獲取胎心率等重要生理指標(biāo)關(guān)鍵。

      【發(fā)明內(nèi)容】

      [0022] 本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有胎兒心電信號(hào)提取技術(shù)存在的不足,提供一種能夠準(zhǔn)確地由腹壁 心電信號(hào)提取胎兒心電信號(hào)的方法,同時(shí)提供一種實(shí)現(xiàn)該方法的便于攜帶、使用方便、可供 孕婦長(zhǎng)期隨時(shí)自行監(jiān)測(cè)胎兒狀況的無(wú)線胎兒心電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
      [0023] 本發(fā)明的由腹壁心電信號(hào)提取胎兒心電信號(hào)的方法,包括腹壁心電信號(hào)預(yù)處理、 母體心電的定位、母體心電的去除和胎兒心電定位四個(gè)步驟:
      [0024] (1)腹壁心電信號(hào)預(yù)處理:
      [0025] 采用小波去噪方法分別去除低頻噪聲和高頻噪聲,得到母體心電和胎兒心電的混 合信號(hào);具體是①去除低頻噪聲,采用coif5小波將腹壁心電信號(hào)進(jìn)行尺度為6的分解,將 6尺度的低頻系數(shù)置零并重構(gòu)腹壁心電信號(hào),以消除低頻噪聲干擾;②去除高頻噪聲,采用 c〇if5小波,對(duì)腹壁心電信號(hào)進(jìn)行尺度為3的分解,使用軟閾值法去除高頻噪聲,最后重構(gòu) 心電信號(hào);
      [0026] (2)母體心電R波的定位:
      [0027] 對(duì)預(yù)處理后的腹壁心電信號(hào)進(jìn)行小波分解,在小波變換域中,找到模極大值點(diǎn),并 根據(jù)模極大值點(diǎn)與R波波峰的關(guān)系得到R波位置;得到R波位置的具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下:
      [0028] ①分別在2-16尺度對(duì)腹壁心電信號(hào)進(jìn)行sym2小波變換,記其分解系數(shù)f\,i = 2, 3,…,16 ;構(gòu)造矩陣F = [f2;f 3;. . . ;f 16],其中心為行向量,記f為F的列值求和;
      [0029] ②求f?的極大值和極小值,分別記為fmax和f min,設(shè)系數(shù)a = 0. 5,閾值Thmax = fmax*a,Thmin= f min*a,,對(duì)f求大于Thmax和小于Th min的時(shí)間點(diǎn)坐標(biāo),記Ioca序列;
      [0030] ③得到Ioca序列后,定義時(shí)間閾值T,遍歷Ioca序列,對(duì)兩點(diǎn)之間時(shí)間小于T的刪 除后面的點(diǎn);循環(huán)上述操作,直至任意兩點(diǎn)間隔大于T;
      [0031] ④以經(jīng)過(guò)處理后的Ioca序列中的點(diǎn)為參考,在腹壁心電信號(hào)中檢測(cè)該點(diǎn)周圍模 極大值點(diǎn),記為R波位置;
      [0032] 按照上述過(guò)程得到全部R波的位置,確定每個(gè)母體心電周期。
      [0033] (3)母體心電的去除:
      [0034] 在完成母體心電R波定位后,將相鄰R波波峰之間的波形分別提取出來(lái),累加求平 均,得到母體心電模板;按原有順序分別連接構(gòu)造完整母體心電模板;將預(yù)處理后的腹壁 心電信號(hào)所有母體R波波峰位置前后0.05秒期間的波形提取出來(lái),替代所述完整母體心電 模板的相應(yīng)位置,得到調(diào)整后
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