本發(fā)明涉及分娩監(jiān)護領(lǐng)域，特別涉及一種基于分段濾波處理的子宮肌電強度信息提取方法。

背景技術(shù)：

目前，分娩力描記法(tocodynamometer，TOCO)作為一種檢測子宮收縮活動的方法，被廣泛用于產(chǎn)前和產(chǎn)中的子宮收縮壓力檢測，但該方法在測量準(zhǔn)確性和靈敏度上存在一定局限性。子宮肌電信號作為一種最有可能替代傳統(tǒng)子宮收縮活動監(jiān)護方法進行子宮收縮狀態(tài)監(jiān)護。研究表明，該方法能夠同時滿足宮縮檢測的高靈敏度和非侵入性要求，用來監(jiān)測分娩過程中的子宮收縮壓力。

子宮肌電信號，即子宮平滑肌產(chǎn)生的電信號。目前，子宮肌電信號檢測主要通過放置在孕產(chǎn)婦腹部的電極進行腹部子宮肌電信號的采集。宮縮，即子宮有規(guī)律的收縮，是臨產(chǎn)的一個重要特征。每一次宮縮可分為3個階段：上升期，峰值期和下降期，宮縮結(jié)束后進入間歇期。臨床研究表明，宮縮壓力與子宮肌電信號強度具有較高的對應(yīng)性，宮縮期子宮肌電信號會出現(xiàn)明顯的爆發(fā)波，而進入間歇期后子宮電信號趨于平緩。此外，通過對比研究宮縮壓力測量“金標(biāo)準(zhǔn)”—子宮內(nèi)壓力導(dǎo)管法(internal uterine pressure catheter，IUPC)檢測的子宮壓力與子宮肌電得到的子宮肌電強度，結(jié)果表明兩者具有較高的一致性。由于通過子宮肌電信號得到的子宮肌電信號包絡(luò)反映了子宮肌電強度信號，因此，利用子宮肌電信號包絡(luò)來預(yù)測宮縮壓力具有臨床應(yīng)用意義。

目前，在眾多子宮肌電強度信號提取方法中，對于子宮肌電信號中沒有明顯脈沖性噪聲的情況下，這些方法都能夠得到較好的子宮肌電強度信號，但當(dāng)子宮肌電信號中混疊有明顯的脈沖性噪聲時，利用這些方法得到的信號會出現(xiàn)由脈沖噪聲導(dǎo)致的虛假波峰，從而影響最后的檢測結(jié)果。為了克服上述問題，本方法提出在識別出子宮肌電信號爆發(fā)波段與非爆發(fā)波段的基礎(chǔ)上對信號的不同波段采用不同的濾波處理方法，從而保證在濾除子宮肌電信號中混疊的脈沖性噪聲的同時，又能夠保留有效的子宮肌電信號成分，進而得到準(zhǔn)確的子宮肌電強度信息，為臨床判斷提供可靠的參考，便于實際臨床應(yīng)用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點與不足，提供一種基于分段濾波處理的子宮肌電強度信息提取方法，濾除子宮肌電信號中混疊的脈沖性噪聲，從而得到更準(zhǔn)確的子宮肌電強度信息。

為了達到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

本發(fā)明的一種基于分段濾波處理的子宮肌電強度信息提取方法，包括以下步驟：

步驟A1、采集孕產(chǎn)婦的子宮肌電信號，記為原始子宮肌電信號；

步驟A2、識別上述子宮肌電信號的爆發(fā)波段與非爆發(fā)波段；

步驟A3、對所述子宮肌電信號不同信號波段進行不同方式的濾波處理，即將子宮肌電信號劃分為爆發(fā)波段與非爆發(fā)波段，并分段進行不同的濾波處理，得到濾波處理后的子宮肌電信號消除子宮肌電信號中的脈沖性噪聲干擾；

步驟A4、利用包絡(luò)提取算法提取所述子宮肌電強度信息。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述步驟A1中，所述子宮肌電信號是通過貼附在孕產(chǎn)婦腹部的Ag-AgCl表面電極采集得到。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述步驟A2中，識別爆發(fā)波段與非爆發(fā)波段的方法，包括以下步驟：

步驟B1、對所述子宮肌電信號進行預(yù)處理；

步驟B2、由預(yù)處理后子宮肌電信號特點將其分為爆發(fā)波段與非爆發(fā)波段。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述步驟B1中，對于采集到的原始子宮肌電信號預(yù)處理包括如下步驟：

步驟C1、對采集到的子宮肌電信號進行降采樣；

步驟C2、計算上述降采樣后信號中待求樣本點所在窗口的過零率。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述步驟B2中，子宮肌電信號爆發(fā)波與非爆發(fā)波段的判斷方法包括：

步驟D1、設(shè)定子宮肌電信號爆發(fā)波段過零率閾值；

步驟D2、比較權(quán)利要求3中計算待求樣本點所在窗口的過零率，若其過零率大于等于所述爆發(fā)波過零率設(shè)定閾值，則判斷該點處于爆發(fā)波段；反之處于非爆發(fā)波段。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述子宮肌電信號爆發(fā)波段與非爆發(fā)波段的判斷方法還包括：

步驟E1、計算子宮肌電信號基線；

步驟E2、通過判斷子宮肌電信號波形與子宮肌電信號基線之間的位置關(guān)系得出爆發(fā)波段與非爆發(fā)波段信號，當(dāng)子宮肌電信號波形處于該信號基線上方時，則認(rèn)為該信號處于爆發(fā)波段；反之處于非爆發(fā)波段。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述步驟A3中，對子宮肌電信號不同信號波段進行不同方式的濾波處理，方法如下：

在相同濾波函數(shù)的條件下，對子宮肌電信號的爆發(fā)波段與非爆發(fā)波段進行不同長度的濾波窗口處理，即實現(xiàn)對子宮肌電信號進行分段濾波處理，得到濾波處理后的子宮肌電信號。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述步驟A3中，對子宮肌電信號不同信號波段進行不同方式的濾波處理，方法還包括：

對子宮肌電信號的爆發(fā)波段與非爆發(fā)波段分別使用不同長度的濾波窗口與不同濾波函數(shù)的處理，得到濾波處理后的子宮肌電信號。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案，步驟A4中，使用包絡(luò)提取算法從分段濾波處理后的子宮肌電信號中提取子宮肌電強度信號，具體為：

步驟F1、使用包絡(luò)提取算法提取子宮肌電強度信號；

步驟F2、為了抵消包絡(luò)提取過程中可能出現(xiàn)的頻譜泄露，對所述子宮肌電信號包絡(luò)進行漢寧窗處理；

所述漢寧窗計算公式如下：

其中x_i為輸入信號，即第i點的子宮肌電強度信號幅值，y_i為當(dāng)前點對應(yīng)的輸出信號值，N為窗口長度。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述步驟F1中，采用RMS法提取子宮肌電強度信號，在計算子宮肌電強度信號時需要選擇合適的窗口長度L_RMS，且在信號的不同位置，其窗口長度選擇也會存在差異。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點和有益效果：

1、本發(fā)明通過分段濾波處理的子宮肌電強度信息提取方法，能夠有效去除脈沖性噪聲對于子宮肌電強度信號提取造成的影響，抑制子宮肌電強度信號中由脈沖性噪聲造成的虛假波峰，且得到的信號波形更加平滑，從而使得臨床檢測的準(zhǔn)確性和波形的可觀察性得到大大改善，降低臨床誤判率，進而使得利用子宮肌電強度信息進行宮縮活動監(jiān)護成為可能，便于實際臨床應(yīng)用。

2、本發(fā)明有助于推動子宮肌電強度信號檢測方法在臨床上的推廣使用，從而取代TOCO用以宮縮壓力檢測，為臨床上宮縮檢測提供一種更加準(zhǔn)確，舒適的宮縮檢測方法，保障分娩監(jiān)護正常，可靠的進行。

附圖說明

圖1是本發(fā)明子宮肌電強度信息特征提取算法流程圖；

圖2是本發(fā)明子宮肌電信號分為爆發(fā)波段與非爆發(fā)波段的示意圖；

圖3是本發(fā)明采集到的子宮肌電信號中混有脈沖性噪聲的示意圖；

圖4是含有虛假波峰的子宮肌電強度信號示意圖；

圖5是在濾波函數(shù)為中值濾波函數(shù)，不同長度的濾波窗口下得到的子宮肌電信號與子宮肌電強度信號示意圖；

圖6是在濾波函數(shù)為均值濾波函數(shù)，不同長度的濾波窗口下得到的子宮肌電信號與子宮肌電強度信號示意圖；

圖7是經(jīng)過不同長度的濾波窗口和不同的濾波函數(shù)處理得到的子宮肌電信號和子宮肌電強度信號示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例及附圖對本發(fā)明作進一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。

實施例1

基于分段濾波處理的子宮肌電強度信息提取方法，如圖1所示，主要包括以下步驟：

步驟A1、采集孕產(chǎn)婦的子宮肌電信號，記為原始子宮肌電信號；

需要指出的是，這里的子宮肌電信號是通過貼附在孕產(chǎn)婦腹部的Ag-AgCl表面電極采集得到。

步驟A2、識別上述子宮肌電信號的爆發(fā)波段與非爆發(fā)波段；

步驟A3、對所述子宮肌電信號不同信號波段進行不同方式的濾波處理，即將子宮肌電信號劃分為爆發(fā)波段與非爆發(fā)波段，并分段進行不同的濾波處理，得到濾波處理后的子宮肌電信號消除子宮肌電信號中的脈沖性噪聲干擾；

步驟A4、利用包絡(luò)提取算法提取所述子宮肌電信息，比如其信號包絡(luò)，即子宮肌電強度信號。

作為本發(fā)明進一步的技術(shù)方案，所述步驟A2包括以下步驟：

步驟B1、對所述子宮肌電信號進行預(yù)處理；

作為本發(fā)明進一步的技術(shù)方案，所述步驟B1包括以下步驟：

步驟C1、對采集到的子宮肌電信號進行降采樣；

具體實施方案為：為了減小計算量，提高信號處理的速度，這里對采集到的原始子宮肌電信號進行降采樣。降采樣的比值控制在一定范圍，從而不影響信號本身特征，這里降采樣比值設(shè)為1/100，這樣可以保證降采樣后的信號能夠反映信號的原有性質(zhì)。將所述子宮肌電信號在原有的幅值基礎(chǔ)上加上或減去一個微小正值P_val，即將子宮肌電信號整體向上抬高或降低，從而得到位置調(diào)整后的子宮肌電信號波形。

優(yōu)先的，調(diào)整幅值P_val的取值范圍為0.004～0.006mV，在本實施例中，幅值P_val為0.005mV。

步驟C2、計算上述降采樣后信號中待求樣本點所在窗口的過零率。

具體實施方案為：

首先，計算當(dāng)前樣本點所在窗口的過零點個數(shù)，計算公式為：

其中，x(i)為當(dāng)前窗口中第i個樣本點的幅值，M為窗口長度，ZC為所述當(dāng)前窗口的過零點個數(shù)；

然后，計算當(dāng)前樣本點所在窗口的過零率ZCR，計算公式為：

ZCR＝ZC/M

步驟B2、根據(jù)預(yù)處理后子宮肌電信號特點將其分為爆發(fā)波段與非爆發(fā)波段。作為本發(fā)明進一步的技術(shù)方案，所述步驟B2包括以下步驟：

步驟D1、設(shè)定子宮肌電信號爆發(fā)波段過零率閾值；

步驟D2、計算待求樣本點所在窗口的過零率，若其過零率大于等于所設(shè)閾值，則判斷其處于爆發(fā)波段，反之則處于非爆發(fā)波段；

所述閾值為：經(jīng)過大量實驗統(tǒng)計得到的過零點閾值ZC_thd。

優(yōu)先的，閾值ZC_thd的取值范圍為0.05～0.06。在本實施例中，閾值ZC_thd為0.055。

如圖2所示，將子宮肌電信號分為爆發(fā)波段與非爆發(fā)波段。從圖中可以看出爆發(fā)波段的過零點個數(shù)明顯高于非爆發(fā)波段，且爆發(fā)波段的信號幅值要遠(yuǎn)高于非爆發(fā)波段的值。

作為本發(fā)明進一步的技術(shù)方案，所述步驟A3包括以下步驟：

對所述子宮肌電信號爆發(fā)波段與非爆發(fā)波段信號使用相同的濾波函數(shù)，但兩種波段的濾波窗口長度不同，方法如下：

步驟E1、對子宮肌電信號爆發(fā)波段使用指定長度L₁濾波窗口進行濾波處理；

步驟E2、對子宮肌電信號非爆發(fā)波段使用指定長度L₂濾波窗口進行濾波處理。

需要指出的是，本實施例采用中值濾波函數(shù)進行不同信號波段的濾波處理，從而得到經(jīng)過分段濾波處理的子宮肌電信號。

如圖3所示，在采集到的子宮肌電信號中混有脈沖性噪聲，其分布于整個信號中；如圖5中頂圖所示，經(jīng)過分段濾波后，非爆發(fā)波段的脈沖基本上被消除；爆發(fā)波段在濾除脈沖性噪聲的同時，保留較為完整的爆發(fā)波有效成分。

具體實施方案為：對于子宮肌電信號中的爆發(fā)波段，采用窗口長度為L₁的中值濾波函數(shù)；對于子宮肌電信號中的非爆發(fā)波段，采用窗口長度為L₂的中值濾波函數(shù)。其中，當(dāng)前樣本點位于窗口中部，設(shè)窗口寬度為W(奇數(shù))時，則取該窗口當(dāng)前樣本點之前的(W-1)/2個點和之后的(W-1)/2個點。計算該窗口的中值作為當(dāng)前點的幅值。

優(yōu)先的，窗口L₁的范圍為9～17，窗口L₂的范圍為61～85。在本實施例中，窗口L₁為11，窗口L₂為71。

作為本發(fā)明進一步的技術(shù)方案，所述步驟A3中采用的濾波函數(shù)還包括均值濾波函數(shù)等多種濾波函數(shù)，這里以均值濾波函數(shù)為例加以說明。

該濾波函數(shù)處理與上述采用中值濾波函數(shù)操作基本相同，不同之處在于，這里采用的濾波函數(shù)為均值濾波函數(shù)。對子宮肌電信號的爆發(fā)波段與非爆發(fā)波段進行不同窗口長度的均值濾波，得到分段濾波處理的子宮肌電信號，如圖6中頂圖所示。對比圖5與圖6，我們可以看到使用兩種濾波函數(shù)均能夠有效濾波子宮肌電信號中混疊的脈沖性噪聲。

作為本發(fā)明進一步的技術(shù)方案，所述步驟A4中，使用包絡(luò)提取算法從分段濾波處理后的子宮肌電信號中提取子宮肌電強度信號，步驟如下：

步驟F1、使用包絡(luò)提取算法提取子宮肌電強度信號；

需要指出的是，本實施例選擇子宮肌電強度信號提取方法為較常用的RMS法。詳細(xì)方法可參見：Horoba K,Jezewski J,Wrobel J,et al.Algorithm for detection of uterine contractions from electrohysterogram[C]//Engineering in Medicine and Biology Society,2001.Proceedings of the,International Conference of the IEEE.IEEE,2001:2161-2164vol.3.。對于利用RMS法提取子宮肌電強度信號，窗口長度的選取尤為重要，長度太大，則計算量迅速增加；長度太小，則不能準(zhǔn)確反應(yīng)當(dāng)前點的幅值強度。因此，在計算子宮肌電強度信號時需要選擇合適的窗口長度L_RMS，且在信號的不同位置，其窗口長度選擇也會存在差異。

具體實施方案為：對于信號的前50個點而言，其窗口長度可選為50；前50～100個點時，窗口長度選為100；101至信號最后300個點之前的樣本點窗口長度選為W_F，后300個點窗口為100。

優(yōu)先的，窗口長度W_F范圍為360～450。在本實施例中，W_F為400。

步驟F2、為了抵消包絡(luò)提取過程中可能出現(xiàn)的頻譜泄露，對所述子宮肌電信號包絡(luò)進行漢寧窗處理。

所述漢寧窗計算公式如下：

其中x_i為輸入信號，即第i點的子宮肌電強度信號幅值，y_i為當(dāng)前點對應(yīng)的輸出信號值，N為窗口長度。

由分段濾波處理的子宮肌電信號提取的子宮肌電強度信號，如圖5中底圖所示。對比圖4與圖5可以發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過分段濾波的子宮肌電強度信號能夠避免由脈沖性噪聲造成的虛假波峰，且波形更為平滑。

實施例2

本實施例與實施例1基本相同，不同之處僅在于待求樣本點所在窗口過零率的計算方法還包括：

通過判斷子宮肌電信號相鄰兩點之間幅值乘積的符號，同樣可以得到所要計算樣本點所在窗口的過零點數(shù)目及過零率，公式如下：

F＝S(n)S(n+1)

其中S(n)與S(n+1)為所要計算樣本點所在窗口相鄰兩個信號點幅值，為了計算當(dāng)前樣本點窗口的過零點數(shù)目，這里只需判斷F的正負(fù)號即可，如F為負(fù)，則將過零點數(shù)目N加1，最后通過將當(dāng)前窗口的過零點數(shù)目除以窗口總長得到當(dāng)前樣本點所在窗口的過零率，這里同樣設(shè)窗口長度為M，則過零率為N/M。

實施例3

本實施例與實施例1大致相同，不同之處在于步驟A2中識別爆發(fā)波段與非爆發(fā)波段的方法還包括：

通過計算所述子宮肌電信號的基線，再根據(jù)子宮肌電信號與其基線的位置關(guān)系，識別出爆發(fā)波段與非爆發(fā)波段。

子宮肌電信號基線的計算步驟如下：

a、選擇希爾伯特變換對所述子宮肌電信號進行信號幅度轉(zhuǎn)變；

b、根據(jù)滑動間隔的局部最小值選擇時間窗口；

c、計算對應(yīng)時間窗口中數(shù)據(jù)的中值；

d、將這些中值進行擬合，得到所述子宮肌電信號的基線。

子宮肌電信號爆發(fā)波段與非爆發(fā)波段的識別如下：

若子宮肌電信號位于其基線的上部，則將其判定為爆發(fā)波段；反之為非爆發(fā)波段。

實施例4

本實施例與實施例1～2大致相同，不同之處僅在于步驟A3中對子宮肌電信號中不同波段的濾波處理方法還包括：

對所述子宮肌電信號爆發(fā)波段與非爆發(fā)波段使用不同長度的濾波窗口和不同的濾波函數(shù)，步驟如下：

步驟G1、對子宮肌電信號爆發(fā)波段使用長度為L₃的濾波窗口，F(xiàn)un₁的濾波函數(shù)進行濾波處理；

步驟G2、對子宮肌電信號非爆發(fā)波段使用長度為L₄的濾波窗口，F(xiàn)un₂的濾波函數(shù)進行濾波處理。

需要指出的是，濾波窗口長度和濾波函數(shù)的選擇要根據(jù)爆發(fā)波段與非爆發(fā)波段的特點，從而保證在濾除脈沖性噪聲的同時，又能夠最大化地保留子宮肌電信號有效成分。

優(yōu)先的，爆發(fā)波段濾波窗口長度L₃范圍為9～17，非爆發(fā)波段濾波窗口長度L₄范圍為61～85，濾波函數(shù)能夠有效濾除脈沖性噪聲，并最大程度保留子宮肌電信號成分。在本實施例中，L₃為11，L₄為71，F(xiàn)un₁為中值濾波函數(shù)，F(xiàn)un₂為均值濾波函數(shù)。

如圖7所示，經(jīng)過不同長度濾波窗口和不同濾波函數(shù)處理的子宮肌電信號，其混疊的脈沖性噪聲基本被去除，得到準(zhǔn)確的子宮肌電強度信號，且較為平滑。

上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。