專利名稱：兩導(dǎo)聯(lián)的胎兒心電信號提取裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生物醫(yī)學(xué)信號處理技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，是一種兩導(dǎo)聯(lián)的胎兒心電信號提取裝置及其相應(yīng)的胎兒心電信號提取方法。
背景技術(shù)：
胎兒心電信號是反映胎兒宮內(nèi)生理活動的客觀指標(biāo)之一，圍產(chǎn)期胎兒監(jiān)護(hù)的質(zhì)量直接關(guān)系到孕婦和胎兒的安全，新生兒的發(fā)育成長和遠(yuǎn)期智力發(fā)育。通過圍產(chǎn)期胎兒心電監(jiān)護(hù)可以早期診斷妊娠期及分娩期的胎兒宮內(nèi)缺氧及先天性心臟病等疾病，降低圍產(chǎn)兒發(fā)
病率與死亡率。取自母體腹壁的胎兒心電信號檢測方法因其方便、無創(chuàng)而深受醫(yī)務(wù)工作者和孕婦的歡迎。但由于母體和胎兒的活動，背景噪聲極大，特別是母體心電信號產(chǎn)生的的母體心電干擾，其幅度是胎兒心電信號的2 10倍，且與胎兒心電信號的頻帶相互重疊，用常規(guī)的濾波技術(shù)很難提取出清晰穩(wěn)定的胎兒心電信號。為了消除母體心電信號和其它背景噪聲的干擾，國內(nèi)外學(xué)者提出了許多胎兒心電信號提取方法。1975年，Widrow首次運(yùn)用最小均方誤差自適應(yīng)濾波算法提取胎兒心電信號，該方法計算簡單，但對非平穩(wěn)性較強(qiáng)的胎兒心電信號不能適應(yīng)。近幾年，盲源分離方法被引入胎兒心電信號提取領(lǐng)域，在各導(dǎo)聯(lián)采集的多個心電信號獨(dú)立的假設(shè)下，可以檢測出胎兒心電信號，但存在需要導(dǎo)聯(lián)數(shù)多和不易實(shí)現(xiàn)等問題。2005年，Khaled Assaleh采用兩導(dǎo)聯(lián)，運(yùn)用多項(xiàng)式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)提取到較清晰的胎兒心電信號。但人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以傳統(tǒng)統(tǒng)計學(xué)為基礎(chǔ)，以最小化經(jīng)驗(yàn)風(fēng)險為學(xué)習(xí)目標(biāo)，存在泛化能力、結(jié)構(gòu)設(shè)計、局部極值等許多待解決的問題。支持向量機(jī)是Vapnik等人在1995年提出的以有限樣本統(tǒng)計學(xué)習(xí)理論為基礎(chǔ)，以最小化結(jié)構(gòu)風(fēng)險為目標(biāo)的一種新型機(jī)器學(xué)習(xí)方法，具有較強(qiáng)的逼近能力和泛化能力，能夠較好地解決小樣本、非線性、高維數(shù)和局部極小點(diǎn)等實(shí)際問題。為了減少支持向量機(jī)的計算復(fù)雜度，Suykens提出了最小二乘支持向量機(jī)，用等式約束代替標(biāo)準(zhǔn)支持向量機(jī)的不等式約束，并把經(jīng)驗(yàn)風(fēng)險由偏差的一次方改為二次方，將二次規(guī)劃問題轉(zhuǎn)化為可用最小二乘法求解的線性方程組求解，從而降低了計算復(fù)雜度。然而，傳統(tǒng)的最小二乘支持向量機(jī)均是離線式的，僅適用于時不變系統(tǒng)的建模。在實(shí)際應(yīng)用中，系統(tǒng)通常都是時變的，需要不斷調(diào)整模型參數(shù)以適應(yīng)系統(tǒng)的時變特征?；趥鹘y(tǒng)的最小二乘支持向量機(jī)的胎兒心電信號提取方法難以充分反映胎兒心電信號的時變特性，不適用于實(shí)時的胎兒心電信號提取。而且傳統(tǒng)的胎兒心電信號提取裝置通常利用計算機(jī)進(jìn)行胎兒心電信號提取和顯示，體積較大，不易攜帶。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一是提供一種兩導(dǎo)聯(lián)的胎兒心電信號提取裝置，胎兒心電信號的提取和顯示不是通過計算機(jī)實(shí)現(xiàn)，而是通過兩個單獨(dú)的簡單模塊胎兒心電信號提取模塊和信號顯示模塊實(shí)現(xiàn)，設(shè)計更加簡單，并且體積較小，便于攜帶；本發(fā)明的另一目的是提供一種胎兒心電信號提取方法，該方法基于在線最小二乘支持向量機(jī)，能夠更加準(zhǔn)確地實(shí)時提取胎兒心電信號，滿足臨床應(yīng)用的需要。本發(fā)明的具體技術(shù)方案是
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，本發(fā)明提供一種兩導(dǎo)聯(lián)的胎兒心電信號提取裝置，包括信號采集模塊組，其中所述信號采集模塊組由第一信號采集模塊和第二信號采集模塊組成，并且所述第一信號采集模塊和所述第二信號采集模塊的輸出端分別與胎兒心電信號提取模塊的第一數(shù)據(jù)輸入端和第二數(shù)據(jù)輸入端連接，所述胎兒心電信號提取模塊的輸出端與信號顯示模塊的數(shù)據(jù)輸入端連接；
所述第一信號采集模塊和所述第二信號采集模塊用于對母體心電信號和母體腹壁混合信號分別進(jìn)行采集，并且分別將處理后的母體心電數(shù)字信號和母體腹壁混合數(shù)字信號傳輸給所述胎兒心電信號提取模塊；所述胎兒心電信號提取模塊基于在線最小二乘支持向量機(jī)實(shí)時提取胎兒心電信號；所述信號顯示模塊用于實(shí)時顯示所述胎兒心電信號。所述第一信號采集模塊由胸壁導(dǎo)聯(lián)、第一前置放大器、第一高通濾波器、第一陷波器、第一低通濾波器、第一主放大器和第一 A/D轉(zhuǎn)換器(模數(shù)轉(zhuǎn)換器)組成；
所述胸壁導(dǎo)聯(lián)的輸出端與所述第一前置放大器輸入端相連接，所述第一前置放大器的輸出端與所述第一高通濾波器的輸入端相連接，所述第一高通濾波器的輸出端與所述第一陷波器的輸入端相連接，所述第一陷波器的輸出端與所述第一低通濾波器的輸入端相連接，所述第一低通濾波器的輸出端與所述第一主放大器的輸入端相連接，所述第一主放大器的輸出端與所述第一 A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端相連接，所述第一 A/D轉(zhuǎn)換器將經(jīng)處理后的母體心電數(shù)字信號輸出到所述胎兒心電信號提取模塊；
所述第二信號采集模塊由腹壁導(dǎo)聯(lián)、第二前置放大器、第二高通濾波器、第二陷波器、 第二低通濾波器、第二主放大器和第二 A/D轉(zhuǎn)換器組成；
所述胸壁導(dǎo)聯(lián)的輸出端與所述第二前置放大器輸入端相連接，所述第二前置放大器的輸出端與所述第二高通濾波器的輸入端相連接，所述第二高通濾波器的輸出端與所述第二陷波器的輸入端相連接，所述第二陷波器的輸出端與所述第二低通濾波器的輸入端相連接，所述第二低通濾波器的輸出端與所述第二主放大器的輸入端相連接，所述第二主放大器的輸出端與所述第二A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端相連接，所述第二A/D轉(zhuǎn)換器將經(jīng)處理后的母體腹壁混合數(shù)字信號輸出到所述胎兒心電信號提取模塊。所述胎兒心電信號提取模塊由DSP (Digital Signal Processing，數(shù)字信號處理單元)、第一電源模塊、第一電源模塊開關(guān)、Flash存儲器和第一功能按鍵組成；
所述第一電源模塊的輸出端通過電源線與所述DSP的第一輸入端相連接，所述第一電源模塊向所述DSP提供電源，所述第一電源模塊開關(guān)通過電纜線與所述第一電源模塊相連接，控制所述第一電源模塊的開啟和關(guān)閉，所述Flash存儲器的輸出端與所述DSP的第二輸入端相連接，用于向所述DSP提供胎兒心電信號提取程序，所述第一功能按鍵的輸出端通過電纜線與DSP的第三輸入端相連接，用于調(diào)節(jié)信號采集速率，所述DSP將提取得到的胎兒心電信號的第三數(shù)值結(jié)果輸出到所述信號顯示模塊。所述信號顯示模塊由ARM(Advanced RISC Machines，高級RISC處理器)、第二電源模塊、第二電源模塊開關(guān)、第二功能按鍵、顯示驅(qū)動電路和IXD (Liquid Crystal Display, 液晶顯示器)組成；所述第二電源模塊的輸出端通過電源線與所述ARM的第一輸入端相連接，所述第二電源模塊向所述ARM提供電源，所述第二電源模塊開關(guān)通過電纜線與所述第二電源模塊相連接，控制所述第二電源模塊的開啟和關(guān)閉，所述第二功能按鍵的輸出端通過電纜線與所述 ARM的第二輸入端相連接，用于選擇信號顯示模式，所述ARM的輸出端與所述顯示驅(qū)動電路的輸入端相連接，所述顯示驅(qū)動電路的輸出端與所述LCD的輸入端相連接。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，本發(fā)明還提供一種胎兒心電信號提取方法，按照以下步驟進(jìn)行
1)將第一信號采集模塊中的胸壁導(dǎo)聯(lián)置于母體胸壁，采集母體心電信號，所述母體心電信號經(jīng)第一前置放大器放大處理后傳輸給第一高通濾波器，由所述第一高通濾波器濾除高頻干擾，再由第一陷波器濾除工頻干擾，其后經(jīng)第一低通濾波器濾除低頻干擾，經(jīng)過三次濾波的母體心電信號經(jīng)第一主放大器放大，再經(jīng)第一 A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，即得到經(jīng)處理后的母體心電數(shù)字信號，第一信號采集模塊利用串行接口將所述母體心電數(shù)字信號傳送給胎兒心電信號提取模塊中的所述DSP ；
2)將第二信號采集模塊中的腹壁導(dǎo)聯(lián)置于母體腹壁，采集母體腹壁混合信號，所述母體腹壁混合信號經(jīng)第二前置放大器放大處理后傳輸給第二高通濾波器，由所述第二高通濾波器濾除高頻干擾，再由第二陷波器濾除工頻干擾，其后經(jīng)第二低通濾波器濾除低頻干擾， 經(jīng)過三次濾波的母體腹壁混合信號經(jīng)第二主放大器放大，再經(jīng)第二 A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，即得到經(jīng)處理后的母體腹壁混合數(shù)字信號，第二信號采集模塊利用串行接口將所述母體腹壁混合數(shù)字信號傳送給所述胎兒心電信號提取模塊中的所述DSP ；
3)所述DSP基于在線最小二乘支持向量機(jī)提取胎兒心電信號
(a)選擇徑向基函數(shù)作為在線最小二乘支持向量機(jī)的核函數(shù)；
(b)選擇訓(xùn)練樣本的窗口寬度L；
(c)訓(xùn)練在線最小二乘支持向量機(jī)，在k時刻，其中k>0，在線最小二乘支持向量機(jī)以與 k-Ι時刻對應(yīng)的窗口寬度L的母體心電數(shù)字信號及其2維時間導(dǎo)數(shù)為輸入信號，以與k-Ι時刻對應(yīng)的窗口寬度L的母體腹壁混合數(shù)字信號為目標(biāo)信號，以結(jié)構(gòu)風(fēng)險最小化原則進(jìn)行訓(xùn)練；
(d)胎兒心電信號提取，將k時刻的母體心電數(shù)字信號及其2維時間導(dǎo)數(shù)輸入已完成訓(xùn)練的在線最小二乘支持向量機(jī)，輸出信號為k時刻的母體腹壁混合數(shù)字信號中的母體心電成分的最優(yōu)估計，從k時刻的母體腹壁混合信號中減去所得到的母體心電成分的最優(yōu)估計即為提取得到的k時刻的胎兒心電信號；
(e)k+l時刻，返回步驟(b)訓(xùn)練在線最小二乘支持向量機(jī)，其中輸入信號為與k時刻對應(yīng)的窗口寬度L的母體心電數(shù)字信號及其2維時間導(dǎo)數(shù)，目標(biāo)信號為與k時刻對應(yīng)的窗口寬度L的母體腹壁混合數(shù)字信號，在此基礎(chǔ)上提取k+ 1時刻的胎兒心電信號；
(f)如此循環(huán)往復(fù)，不斷提取得到新的時刻的胎兒心電信號，實(shí)現(xiàn)胎兒心電信號的實(shí)時提??；
4)所述DSP利用串行接口將提取得到的胎兒心電信號傳送給信號顯示模塊中的ARM， 所述ARM將所述胎兒心電信號通過顯示驅(qū)動電路傳送給IXD，并且由所述顯示驅(qū)動電路驅(qū)動所述IXD顯示所述胎兒心電信號。在所述步驟(b)中所述窗口寬度L選用200。
該胎兒心電信號提取裝置，用于早期診斷妊娠期及分娩期的胎兒宮內(nèi)缺氧以及先天性心臟病的用途。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是
(1)采用兩個導(dǎo)聯(lián)提取胎兒心電信號，導(dǎo)聯(lián)系統(tǒng)設(shè)計簡單，便于實(shí)現(xiàn)；
(2)運(yùn)用基于在線最小二乘支持向量機(jī)的胎兒心電信號提取方法，實(shí)時提取胎兒心電信號，便于臨床應(yīng)用；
(3)運(yùn)用DSP+ARM實(shí)現(xiàn)胎兒心電信號提取與顯示，與傳統(tǒng)的利用計算機(jī)的胎兒心電信號提取系統(tǒng)相比較，體積較小，便于攜帶。


圖1為本發(fā)明的原理方框圖2為第一信號采集模塊的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為第二信號采集模塊的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4為胎兒心電信號提取模塊的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5為信號顯示模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中標(biāo)記1為第一信號采集模塊，1’為第二信號采集模塊，2為胎兒心電信號提取模塊，3為信號顯示模塊，4為胸壁導(dǎo)聯(lián)，5為第一前置放大器，6為第一高通濾波器，7為第一陷波器，8為第一低通濾波器，9為第一主放大器，10為第一 A/D轉(zhuǎn)換器，4’為腹壁導(dǎo)聯(lián)， 5’為第二前置放大器，6’為第二高通濾波器，7’為第二陷波器，8’為第二低通濾波器，9’為第二主放大器，10’為第二 A/D轉(zhuǎn)換器，11為DSP，12為第一電源模塊，13為第一電源模塊開關(guān)，14為Flash存儲器，15為第一功能按鍵，16為ARM，17為第二電源模塊，18為第二電源模塊開關(guān)，19為第二功能按鍵，20為顯示驅(qū)動電路，21為IXD。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施例做進(jìn)一步詳述；
為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。如圖1所示，本發(fā)明提供一種兩導(dǎo)聯(lián)的胎兒心電信號提取裝置，由第一信號采集模塊1、第二信號采集模塊1’、胎兒心電信號提取模塊2和信號顯示模塊3組成，第一信號采集模塊1和第二信號采集模塊1’的輸出端分別與胎兒心電信號提取模塊2的第一數(shù)據(jù)輸入端和第二數(shù)據(jù)輸入端連接，胎兒心電信號提取模塊2的輸出端與信號顯示模塊3的數(shù)據(jù)輸入端連接。第一信號采集模塊1和第二信號采集模塊1’用于對母體心電信號和母體腹壁混合信號分別進(jìn)行采集，對應(yīng)地得到經(jīng)處理后的母體心電數(shù)字信號和母體腹壁混合數(shù)字信號；胎兒心電信號提取模塊2用于將母體心電數(shù)字信號和母體腹壁混合數(shù)字信號根據(jù)基于在線最小二乘支持向量機(jī)的胎兒心電信號提取方法，實(shí)時提取得到胎兒心電信號；信號顯示模塊3用于實(shí)時顯示胎兒心電信號。
如圖2所示，第一信號采集模塊1由胸壁導(dǎo)聯(lián)4、第一前置放大器5、第一高通濾波器6、第一陷波器7、第一低通濾波器8、第一主放大器9和第一 A/D轉(zhuǎn)換器10組成，該胸壁導(dǎo)聯(lián)4的輸出端與第一前置放大器5的輸入端相連接，該第一前置放大器5的輸出端與第一高通濾波器6的輸入端相連接，該第一高通濾波器6的輸出端與第一陷波器7的輸入端相連接，該第一陷波器7的輸出端與第一低通濾波器8的輸入端相連接，該第一低通濾波器 8的輸出端與第一主放大器9的輸入端相連接，該第一主放大器9的輸出端與第一 A/D轉(zhuǎn)換器10的輸入端相連接，該第一 A/D轉(zhuǎn)換器10將經(jīng)處理后的母體心電數(shù)字信號輸出到胎兒心電信號提取模塊2。如圖3所示，第二信號采集模塊1’由腹壁導(dǎo)聯(lián)4’、第二前置放大器5’、第二高通濾波器6’、第二陷波器7’、第二低通濾波器8’、第二主放大器9’和第二 A/D轉(zhuǎn)換器10’組成，該腹壁導(dǎo)聯(lián)4’的輸出端與第二前置放大器5’的輸入端相連接，該第二前置放大器5’的輸出端與第二高通濾波器6’的輸入端相連接，該第二高通濾波器6’的輸出端與第二陷波器7’的輸入端相連接，該第二陷波器7’的輸出端與第二低通濾波器8’的輸入端相連接， 該第二低通濾波器8’的輸出端與第二主放大器9’的輸入端相連接，該第二主放大器9’的輸出端與第二 A/D轉(zhuǎn)換器10’的輸入端相連接，該第二 A/D轉(zhuǎn)換器10’將經(jīng)處理后的母體腹壁混合數(shù)字信號輸出到胎兒心電信號提取模塊2。如圖4所示，胎兒心電信號提取模塊2由DSP11、第一電源模塊12、第一電源模塊開關(guān)13、Flash存儲器14和第一功能按鍵15組成，該第一電源模塊12的輸出端通過電源線與DSPll的第一輸入端相連接，該第一電源模塊12向DSPll提供電源，該第一電源模塊開關(guān)13通過電纜線與第一電源模塊12相連接，控制第一電源模塊12的開啟和關(guān)閉，該Flash 存儲器14的輸出端與該DSPll的第二輸入端相連接，該Flash存儲器14用于存儲胎兒心電信號提取算法的程序，該第一功能按鍵15的輸出端通過電纜線與DSP 11的第三輸入端相連接，該第一功能按鍵15用于調(diào)節(jié)信號采集的速率，該DSP 11將提取得到的胎兒心電信號輸出到信號顯示模塊3。如圖5所示，信號顯示模塊3由ARM 16、第二電源模塊17、第二電源模塊開關(guān)18、 第二功能按鍵19、顯示驅(qū)動電路20和LCD 21組成，該第二電源模塊17的輸出端通過電源線與ARM 16的第一輸入端相連接，該第二電源模塊17向ARM16提供電源，該第二電源模塊開關(guān)18通過電纜線與第二電源模塊17相連接，控制第二電源模塊17的開啟和關(guān)閉，該第二功能按鍵19的輸出端通過電纜線與ARM 16的第二輸入端相連接，該第二功能按鍵19用于選擇顯示模式，該ARM 16的輸出端與顯示驅(qū)動電路20的輸入端相連接，該顯示驅(qū)動電路 20的輸出端與IXD 21的輸入端相連接。本發(fā)明還提供一種基于在線最小二乘支持向量機(jī)的胎兒心電信號提取方法，具體步驟為
1)將第一信號采集模塊1中的胸壁導(dǎo)聯(lián)4置于母體胸壁，采集母體心電信號，母體心電信號經(jīng)第一前置放大器5放大處理后傳輸給第一高通濾波器6，由第一高通濾波器6濾除高頻干擾，再由第一陷波器7濾除工頻干擾，其后經(jīng)第一低通濾波器8濾除低頻干擾，經(jīng)過三次濾波的母體心電信號經(jīng)第一主放大器9放大，再經(jīng)第一 A/D轉(zhuǎn)換器10轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號， 即得到經(jīng)處理后的母體心電數(shù)字信號，第一信號采集模塊1利用串行接口將母體心電數(shù)字信號傳送給胎兒心電信號提取模塊2中的DSP 11;2)將第二信號采集模塊1’中的腹壁導(dǎo)聯(lián)4’置于母體腹壁，采集母體腹壁混合信號， 母體腹壁混合信號經(jīng)第二前置放大器5’放大處理后傳輸給第二高通濾波器6’，由第二高通濾波器6’濾除高頻干擾，再由第二陷波器7’濾除工頻干擾，其后經(jīng)第二低通濾波器8’ 濾除低頻干擾，經(jīng)過三次濾波的母體腹壁混合信號經(jīng)第二主放大器9’放大，再經(jīng)第二 A/D 轉(zhuǎn)換器10’轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，即得到經(jīng)處理后的母體腹壁混合數(shù)字信號，第二信號采集模塊 1’利用串行接口將母體腹壁混合數(shù)字信號傳送給胎兒心電信號提取模塊2中的DSP 11 ；
3)所述DSP11基于在線最小二乘支持向量機(jī)提取胎兒心電信號
(a)選擇徑向基函數(shù)作為在線最小二乘支持向量機(jī)的核函數(shù)；
(b)選擇訓(xùn)練樣本的窗口寬度L；
(c)訓(xùn)練在線最小二乘支持向量機(jī)，在k時刻，其中k>0，在線最小二乘支持向量機(jī)以與 k-Ι時刻對應(yīng)的窗口寬度L的母體心電數(shù)字信號及其2維時間導(dǎo)數(shù)為輸入信號，以與k-Ι時刻對應(yīng)的窗口寬度L的母體腹壁混合數(shù)字信號為目標(biāo)信號，以結(jié)構(gòu)風(fēng)險最小化原則進(jìn)行訓(xùn)練；
(d)胎兒心電信號提取，將k時刻的母體心電數(shù)字信號及其2維時間導(dǎo)數(shù)輸入已完成訓(xùn)練的在線最小二乘支持向量機(jī)，輸出信號為k時刻的母體腹壁混合數(shù)字信號中的母體心電成分的最優(yōu)估計，從k時刻的母體腹壁混合信號中減去所得到的母體心電成分的最優(yōu)估計即為提取得到的k時刻的胎兒心電信號；
(e)k+l時刻，返回步驟(b)訓(xùn)練在線最小二乘支持向量機(jī)，其中輸入信號為與k時刻對應(yīng)的窗口寬度L的母體心電數(shù)字信號及其2維時間導(dǎo)數(shù)，目標(biāo)信號為與k時刻對應(yīng)的窗口寬度L的母體腹壁混合數(shù)字信號，在此基礎(chǔ)上提取k+ 1時刻的胎兒心電信號；
(f)如此循環(huán)往復(fù)，不斷提取得到新的時刻的胎兒心電信號，實(shí)現(xiàn)胎兒心電信號的實(shí)時提??；
4)所述DSP11利用串行接口將提取得到的胎兒心電信號傳送給信號顯示模塊3中的 ARM 16，所述ARM 16將胎兒心電信號通過顯示驅(qū)動電路20傳送給IXD 21，并且由顯示驅(qū)動電路20驅(qū)動IXD 21顯示胎兒心電信號。本發(fā)明在實(shí)施例中所選用的主器件可以是如下型號 DSP——可以使用TI (德州儀器)公司生產(chǎn)的TMS320C54X ；
ARM-可以使用三星(SAMSUNG)公司ARM9系列的S3C2440AL-40 ；
Flash存儲器——可以使用三星(SAMSUNG)公司K9F1208 ；
A/D轉(zhuǎn)換器——可以使用TI (德州儀器)公司生產(chǎn)的高速十位串行A/D轉(zhuǎn)換芯片 TLV1571。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是
(1)采用兩個導(dǎo)聯(lián)提取胎兒心電信號，導(dǎo)聯(lián)系統(tǒng)設(shè)計簡單，便于實(shí)現(xiàn)；
(2)運(yùn)用基于在線最小二乘支持向量機(jī)的胎兒心電信號提取方法，實(shí)時提取胎兒心電信號，便于臨床應(yīng)用；
(3)運(yùn)用DSP+ARM實(shí)現(xiàn)胎兒心電信號提取與顯示，與傳統(tǒng)的利用計算機(jī)的胎兒心電信號提取系統(tǒng)相比較，體積較小，便于攜帶。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種兩導(dǎo)聯(lián)的胎兒心電信號提取裝置，包括信號采集模塊組，其特征在于所述信號采集模塊組由第一信號采集模塊(1)和第二信號采集模塊(1’)組成，并且所述第一信號采集模塊(1)和所述第二信號采集模塊(1’)的輸出端分別與胎兒心電信號提取模塊(2)的第一數(shù)據(jù)輸入端和第二數(shù)據(jù)輸入端連接，所述胎兒心電信號提取模塊(2)的輸出端與信號顯示模塊(3)的數(shù)據(jù)輸入端連接；所述第一信號采集模塊(1)和所述第二信號采集模塊(1’)用于對母體心電信號和母體腹壁混合信號分別進(jìn)行采集，并且分別將處理后的母體心電數(shù)字信號和母體腹壁混合數(shù)字信號傳輸給所述胎兒心電信號提取模塊(2 )；所述胎兒心電信號提取模塊(2 )基于在線最小二乘支持向量機(jī)實(shí)時提取胎兒心電信號；所述信號顯示模塊(3)用于實(shí)時顯示所述胎兒心電信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的兩導(dǎo)聯(lián)的胎兒心電信號提取裝置，其特征在于所述第一信號采集模塊(1)由胸壁導(dǎo)聯(lián)(4)、第一前置放大器(5)、第一高通濾波器(6)、第一陷波器 (7)、第一低通濾波器(8)、第一主放大器(9)和第一 A/D轉(zhuǎn)換器(10)組成；所述胸壁導(dǎo)聯(lián)(4)的輸出端與所述第一前置放大器(5)輸入端相連接，所述第一前置放大器(5)的輸出端與所述第一高通濾波器(6)的輸入端相連接，所述第一高通濾波器(6) 的輸出端與所述第一陷波器(7)的輸入端相連接，所述第一陷波器(7)的輸出端與所述第一低通濾波器(8)的輸入端相連接，所述第一低通濾波器(8)的輸出端與所述第一主放大器(9)的輸入端相連接，所述第一主放大器(9)的輸出端與所述第一 A/D轉(zhuǎn)換器(10)的輸入端相連接，所述第一 A/D轉(zhuǎn)換器(10)將經(jīng)處理后的母體心電數(shù)字信號輸出到所述胎兒心電信號提取模塊(2);所述第二信號采集模塊(1’)由腹壁導(dǎo)聯(lián)(4’)、第二前置放大器(5’)、第二高通濾波器 (6，)、第二陷波器(7’)、第二低通濾波器(8’)、第二主放大器(9’ )和第二 A/D轉(zhuǎn)換器(10’ ) 組成；所述胸壁導(dǎo)聯(lián)(4’)的輸出端與所述第二前置放大器(5’)輸入端相連接，所述第二前置放大器(5’)的輸出端與所述第二高通濾波器(6’)的輸入端相連接，所述第二高通濾波器(6’)的輸出端與所述第二陷波器(7’)的輸入端相連接，所述第二陷波器(7’)的輸出端與所述第二低通濾波器(8’)的輸入端相連接，所述第二低通濾波器(8’)的輸出端與所述第二主放大器(9’)的輸入端相連接，所述第二主放大器(9’)的輸出端與所述第二 A/D轉(zhuǎn)換器(10’)的輸入端相連接，所述第二 A/D轉(zhuǎn)換器(10’)將經(jīng)處理后的母體腹壁混合數(shù)字信號輸出到所述胎兒心電信號提取模塊(2 )。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的兩導(dǎo)聯(lián)的胎兒心電信號提取裝置，其特征在于所述胎兒心電信號提取模塊(2)由DSP (11)、第一電源模塊(12)、第一電源模塊開關(guān)(13)、Flash存儲器(14)和第一功能按鍵(15)組成；所述第一電源模塊(12)的輸出端通過電源線與所述DSP (11)的第一輸入端相連接，所述第一電源模塊(12)向所述DSP (11)提供電源，所述第一電源模塊開關(guān)(13)通過電纜線與所述第一電源模塊(12)相連接，控制所述第一電源模塊(12)的開啟和關(guān)閉，所述Flash 存儲器(14)的輸出端與所述DSP (11)的第二輸入端相連接，用于向所述DSP (11)提供胎兒心電信號提取程序，所述第一功能按鍵(15)的輸出端通過電纜線與所述DSP (11)的第三輸入端相連接，用于調(diào)節(jié)信號采集速率，所述DSP (11)將提取得到的胎兒心電信號輸出到所述信號顯示模塊(3)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的兩導(dǎo)聯(lián)的胎兒心電信號提取裝置，其特征在于所述信號顯示模塊(3)由ARM (16)、第二電源模塊(17)、第二電源模塊開關(guān)(18)、第二功能按鍵(19)、 顯示驅(qū)動電路(20)和LCD (21)組成；所述第二電源模塊(17)的輸出端通過電源線與所述ARM (16)的第一輸入端相連接， 所述第二電源模塊(17)向所述ARM (16)提供電源，所述第二電源模塊開關(guān)(18)通過電纜線與所述第二電源模塊(17)相連接，控制所述第二電源模塊(17)的開啟和關(guān)閉，所述第二功能按鍵(19)的輸出端通過電纜線與所述ARM (16)的第二輸入端相連接，用于選擇信號顯示模式，所述ARM (16)的輸出端與所述顯示驅(qū)動電路(20)的輸入端相連接，所述顯示驅(qū)動電路(20)的輸出端與所述IXD (21)的輸入端相連接。
5.一種胎兒心電信號提取方法，其特征在于按照以下步驟進(jìn)行1)將第一信號采集模塊(1)中的胸壁導(dǎo)聯(lián)(4)置于母體胸壁，采集母體心電信號，所述母體心電信號經(jīng)第一前置放大器(5)放大處理后傳輸給第一高通濾波器(6)，由所述第一高通濾波器(6)濾除高頻干擾，再由第一陷波器(7)濾除工頻干擾，其后經(jīng)第一低通濾波器(8)濾除低頻干擾，經(jīng)過三次濾波的母體心電信號經(jīng)第一主放大器(9)放大，再經(jīng)第一 A/D轉(zhuǎn)換器(10)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，即得到經(jīng)處理后的母體心電數(shù)字信號，第一信號采集模塊(1)利用串行接口將所述母體心電數(shù)字信號傳送給胎兒心電信號提取模塊(2 )中的所述 DSP (11)；2)將第二信號采集模塊(1’)中的腹壁導(dǎo)聯(lián)(4’)置于母體腹壁，采集母體腹壁混合信號，所述母體腹壁混合信號經(jīng)第二前置放大器(5’)放大處理后傳輸給第二高通濾波器 (6’)，由所述第二高通濾波器(6’)濾除高頻干擾，再由第二陷波器(7’)濾除工頻干擾，其后經(jīng)第二低通濾波器(8’)濾除低頻干擾，經(jīng)過三次濾波的母體腹壁混合信號經(jīng)第二主放大器(9’)放大，再經(jīng)第二 A/D轉(zhuǎn)換器(10’)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，即得到經(jīng)處理后的母體腹壁混合數(shù)字信號，第二信號采集模塊(1’)利用串行接口將所述母體腹壁混合數(shù)字信號傳送給所述胎兒心電信號提取模塊(2)中的所述DSP (11)；3)所述DSP(11)基于在線最小二乘支持向量機(jī)提取胎兒心電信號(a)選擇徑向基函數(shù)作為在線最小二乘支持向量機(jī)的核函數(shù)；(b)選擇訓(xùn)練樣本的窗口寬度L；(c)訓(xùn)練在線最小二乘支持向量機(jī)，在k時刻，其中k>0，在線最小二乘支持向量機(jī)以與 k-Ι時刻對應(yīng)的窗口寬度L的母體心電數(shù)字信號及其2維時間導(dǎo)數(shù)為輸入信號，以與k-Ι時刻對應(yīng)的窗口寬度L的母體腹壁混合數(shù)字信號為目標(biāo)信號，以結(jié)構(gòu)風(fēng)險最小化原則進(jìn)行訓(xùn)練；(d)胎兒心電信號提取，將k時刻的母體心電數(shù)字信號及其2維時間導(dǎo)數(shù)輸入已完成訓(xùn)練的在線最小二乘支持向量機(jī)，輸出信號為k時刻的母體腹壁混合數(shù)字信號中的母體心電成分的最優(yōu)估計，從k時刻的母體腹壁混合信號中減去所得到的母體心電成分的最優(yōu)估計即為提取得到的k時刻的胎兒心電信號；(e)k+l時刻，返回步驟(b)訓(xùn)練在線最小二乘支持向量機(jī)，其中輸入信號為與k時刻對應(yīng)的窗口寬度L的母體心電數(shù)字信號及其2維時間導(dǎo)數(shù)，目標(biāo)信號為與k時刻對應(yīng)的窗口寬度L的母體腹壁混合數(shù)字信號，在此基礎(chǔ)上提取k+ 1時刻的胎兒心電信號；(f)如此循環(huán)往復(fù)，不斷提取得到新的時刻的胎兒心電信號，實(shí)現(xiàn)胎兒心電信號的實(shí)時提取；4)所述DSP (11)利用串行接口將提取得到的胎兒心電信號傳送給信號顯示模塊(3)中的ARM (16)，所述ARM (16)將所述胎兒心電信號通過顯示驅(qū)動電路(20)傳送給IXD (21)， 并且由所述顯示驅(qū)動電路(20 )驅(qū)動所述IXD (21)顯示所述胎兒心電信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的胎兒心電信號提取方法，其特征在于 在所述步驟(b)中所述窗口寬度L選用200。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種兩導(dǎo)聯(lián)的胎兒心電信號提取裝置及方法，屬于生物醫(yī)學(xué)信號處理技術(shù)領(lǐng)域。第一信號采集模塊和第二信號采集模塊用于對母體心電信號和母體腹壁混合信號分別進(jìn)行采集，并且分別將處理后的母體心電數(shù)字信號和母體腹壁混合數(shù)字信號傳輸給胎兒心電信號提取模塊；胎兒心電信號提取模塊運(yùn)用基于在線最小二乘支持向量機(jī)的胎兒心電信號提取方法對母體心電數(shù)字信號和母體腹壁混合數(shù)字信號進(jìn)行處理，提取得到胎兒心電信號；信號顯示模塊用于實(shí)時顯示該胎兒心電信號。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是導(dǎo)聯(lián)系統(tǒng)設(shè)計簡單，便于實(shí)現(xiàn)；可實(shí)時提取胎兒心電信號，便于臨床應(yīng)用；體積較小，便于攜帶。
文檔編號A61B5/0402GK102204817SQ201110143388
公開日2011年10月5日 申請日期2011年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月31日
發(fā)明者余月華, 吳江洲, 周娜, 姜文浩, 張博為, 蒲秀娟, 韓亮 申請人:重慶大學(xué)