本發(fā)明屬于醫(yī)療設(shè)備監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，涉及一種便攜式多胞胎心電監(jiān)測(cè)儀及其監(jiān)測(cè)方法。

背景技術(shù)：

全世界每年約有300多萬胎兒在孕期死亡，約400多萬嬰兒在出生后前四周內(nèi)死亡。僅中國(guó)每年就有數(shù)千萬的孕婦和約2000萬的新生兒出生，2002年一年僅北京的嬰兒死亡率就有約0.59％，2007年浙江省圍產(chǎn)兒死亡率約為1.174％。而在貧困地區(qū)，新生兒平均死亡率就更高，約為3.976％。由此可見，為了提高新生兒的質(zhì)量和生存率，早發(fā)現(xiàn)和早預(yù)防就顯得十分重要。產(chǎn)前檢查的主要內(nèi)容是胎兒健康監(jiān)護(hù)，胎兒健康監(jiān)護(hù)能提前檢測(cè)到某些胎兒的心臟疾病、胎兒被臍帶纏繞引起的窒息和胎兒窘迫等異常情況，實(shí)現(xiàn)優(yōu)生和胎兒健康安全預(yù)防，能大大減少胎兒和新生兒的死亡率。

胎兒健康監(jiān)測(cè)的主要指標(biāo)就是胎心率(fetalheartrate,fhr)，它簡(jiǎn)單方便的通過數(shù)值直觀地顯示了胎兒的心臟功能，并且與子宮內(nèi)的營(yíng)養(yǎng)、供氧狀況和臍帶纏繞等危險(xiǎn)信息息息相關(guān)，當(dāng)胎心率出現(xiàn)明顯變化時(shí)，醫(yī)生不僅會(huì)考慮胎兒可能的心臟疾病和危險(xiǎn)，還會(huì)考慮孕期婦女本身的健康狀況、營(yíng)養(yǎng)情況等，并給出診斷建議，實(shí)現(xiàn)孕期婦女安全懷孕、順利生產(chǎn)等。所以，在婦女孕期實(shí)施胎心監(jiān)測(cè)，對(duì)提高圍產(chǎn)期胎兒質(zhì)量和降低新生兒的死亡率具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。所以，胎兒健康監(jiān)測(cè)在某種意義上就等同于胎心率監(jiān)測(cè)。

目前常用的家用胎心監(jiān)測(cè)儀是基于超聲波多普勒效應(yīng)實(shí)現(xiàn)的胎心音監(jiān)測(cè)，胎心音監(jiān)測(cè)儀雖然能夠?qū)崟r(shí)計(jì)算出胎心率，并能夠提供一種直觀的胎心跳動(dòng)的聲音。但是胎心音監(jiān)測(cè)儀需要在孕婦腹部涂上耦合劑，并且要移動(dòng)超聲探頭直到尋找到最佳監(jiān)聽部位為止。因此胎心音監(jiān)測(cè)儀不適合長(zhǎng)時(shí)間在線監(jiān)測(cè)，并且超聲波對(duì)胎兒的影響并不十分明確。而胎心電(fetalelectrocardiogram,fecg)監(jiān)測(cè)儀可以更方便、更簡(jiǎn)單地進(jìn)行胎心監(jiān)測(cè)，胎心電信號(hào)中除了可以計(jì)算出胎心率之外還蘊(yùn)含了更多的信息，而且胎心電監(jiān)測(cè)儀能夠?qū)崿F(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間在線監(jiān)測(cè)，以便將來可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程醫(yī)療等。

最早的胎心電監(jiān)測(cè)是有創(chuàng)的，需要將電極通過陰道插入子宮，貼到胎兒頭皮上。這種方法操作復(fù)雜，可能會(huì)對(duì)孕婦和胎兒造成一定損傷，且不適于早期的胎心電監(jiān)測(cè)。因此，目前的胎心電監(jiān)測(cè)法都是無創(chuàng)的，是在孕婦體表采集信號(hào)，從而采用一定的信號(hào)處理方法提取出所需的胎心電信號(hào)。

使用得最多的胎心電提取方法是基于盲信號(hào)處理的胎心電信號(hào)提取法，這種方法需要在孕婦體表采集多路信號(hào)。并且目前的胎心電信號(hào)提取算法都沒有考慮多胞胎的情況。所以，目前的胎心電監(jiān)測(cè)儀都只適合醫(yī)院使用，并不太適合家用的便攜式操作環(huán)境。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種基于時(shí)間多尺度實(shí)現(xiàn)了母體心電、胎兒心電的分離，并且基于奇異值分解的方法提出了一種多胞胎便攜式胎心電監(jiān)測(cè)儀的監(jiān)測(cè)方法，為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種便攜式多胞胎心電監(jiān)測(cè)儀，包括用于采集母體肌電信號(hào)的生物電傳感器、用于放大信號(hào)與濾掉噪聲干擾的信號(hào)放大與濾波器、用于把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的a/d轉(zhuǎn)換器、用于控制和處理信號(hào)的嵌入式微控制器、用于存儲(chǔ)信息的存儲(chǔ)器、用于顯示監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的lcd顯示器、用于提供電源的充電電池、時(shí)鐘頻率模塊、用于非接觸式傳輸數(shù)據(jù)的藍(lán)牙和近距離無線通信技術(shù)(nearfieldcommunication,nfc)模塊；

所述生物電傳感器將采集到的母體肌電信號(hào)通過所述信號(hào)放大與濾波器進(jìn)行濾波和除噪，再通過所述a/d轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)輸入到所述嵌入式微控制器進(jìn)行信號(hào)處理，將監(jiān)測(cè)結(jié)果傳送到所述lcd顯示器，并通過藍(lán)牙和nfc模塊進(jìn)行無線數(shù)據(jù)傳輸；所述嵌入式微控制器將信息存儲(chǔ)到所述存儲(chǔ)器，所述時(shí)鐘頻率模塊控制所述嵌入式微控制器的時(shí)鐘頻率。

一種便攜式多胞胎心電監(jiān)測(cè)儀的檢測(cè)方法，該方法包括以下步驟：

s1：采集母體腹部的信號(hào)；

s2：采用自適應(yīng)濾波算法濾除掉肌電信號(hào)、噪聲干擾；

s3：采用小波算法提取出母體心電信號(hào)mecg；

s4：對(duì)去除母體心電信號(hào)后的殘余信號(hào)fecgerr，加入高斯白噪聲，進(jìn)行集合經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解(ensembleempiricalmodedecomposition,eemd)，從而把殘余信號(hào)分解為若干個(gè)本征模態(tài)信號(hào)(intrinsicmodefunction,imf)；采用x表示分解后的imf信號(hào)，即x＝(c1,c2,…,cn,r)，其中ci表示第i個(gè)本征模態(tài)信號(hào)，共n個(gè)本征模態(tài)信號(hào)，r表示分解后的殘差；

s5：對(duì)x進(jìn)行奇異值分解(singularvaluedecomposition,svd)，求出矩陣x*x^t的k個(gè)特征值，設(shè)為λi，其中1≤i≤k，該特征值的算術(shù)平方根σi即為矩陣x的k個(gè)奇異值；并對(duì)該k個(gè)奇異值按從大到小的順序排序?yàn)椋害?＞σ2＞…＞σk；

s6：設(shè)μi＝σi/σi+1，其中i＝1,2,…,k-1；

求出μi中的最大值，設(shè)當(dāng)i＝j(luò)時(shí)，μi取得k個(gè)奇異值的降低梯度中的最大值μj，即相鄰奇異值比值中的最大值μj；

則對(duì)胎兒的預(yù)測(cè)個(gè)數(shù)為j個(gè)，且j個(gè)胎心電信號(hào)為：

fecg＝(c1，c2，…，cj-1，cj+cj+1+…cn+r)。

進(jìn)一步，所述步驟s1具體為：將便攜式胎心電監(jiān)測(cè)儀的傳感器貼于母體肚臍眼正下方三指寬處，采集到一路母體腹部肌電信號(hào)。

進(jìn)一步，步驟s4中所述eemd具體包括以下步驟：

s401：在fecgerr中添加一定量的高斯白噪聲；

s402：進(jìn)行初始化操作：l0(t)＝fecgerr，i＝1；

s403：得到第i個(gè)imf；

s403a：h0(t)＝li-1(t)，j＝1；

s403b：找出hj-1(t)的局部極值點(diǎn)；

s403c：對(duì)hj-1(t)的極大和極小值點(diǎn)分別進(jìn)行三次樣條函數(shù)插值，分別形成hj-1(t)的上下包絡(luò)線；

s403d：計(jì)算上下包絡(luò)線的平均值mj-1(t)；

s403e：計(jì)算hj(t)＝hj-1(t)-mj-1(t)，若hj(t)是imf函數(shù)，則第i個(gè)本征函數(shù)imfi(t)＝hj(t)，否則j＝j(luò)+1，轉(zhuǎn)至步驟s403b；

s404：計(jì)算li(t)＝li-1(t)-imfi(t)；

s405：如果li(t)的極值點(diǎn)數(shù)仍多于2個(gè)，則i＝i+1，轉(zhuǎn)至步驟s403；否則，分解結(jié)束；最終，li(t)是殘余分量。

進(jìn)一步，步驟s5中所述的svd具體包括以下步驟：

s501：求出矩陣x的轉(zhuǎn)置矩陣x^t、x^t*x或x*x^t；

s502：選擇矩陣x^t*x和x*x^t中尺度較小的矩陣，進(jìn)入步驟s503；

s503：求出矩陣x^t*x或x*x^t的k個(gè)特征值為λi，其中1≤i≤k；

s504：求出λi的算數(shù)平方根σi即為矩陣x的k個(gè)奇異值；

進(jìn)一步，根據(jù)步驟s6中所述的胎心電信號(hào)fecg和qrs波群的個(gè)數(shù)計(jì)算出胎兒的瞬時(shí)心率。

進(jìn)一步，根據(jù)步驟s6中所述的胎心電信號(hào)fecg該胎心電信號(hào)分析臍帶纏繞、胎兒缺氧的情況。

本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明只采用了一路傳感器從母體腹壁采集信號(hào)，然后濾除肌電等干擾和噪聲，從而實(shí)現(xiàn)了母胎心電信號(hào)的分離。由于胎心電信號(hào)是在強(qiáng)噪聲中的一種弱信號(hào)，所以本發(fā)明必須采用高信噪比和靈敏度的生物電傳感器。本發(fā)明可在孕婦懷孕5個(gè)孕周后初次使用，并可以對(duì)胎兒個(gè)數(shù)進(jìn)行預(yù)估。在醫(yī)院用b超確診胎兒個(gè)數(shù)后，可進(jìn)一步對(duì)算法進(jìn)行修正。實(shí)現(xiàn)對(duì)孕婦的遠(yuǎn)程醫(yī)療、遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)和延續(xù)護(hù)理。本發(fā)明推廣之后將具有較大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)效益，對(duì)遠(yuǎn)程醫(yī)療和移動(dòng)監(jiān)護(hù)的意義較為重大。

附圖說明

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果更加清楚，本發(fā)明提供如下附圖進(jìn)行說明：

圖1為本發(fā)明示意圖；

圖2為母體腹部傳感器粘貼位置示意圖；

圖3為便攜式胎心電監(jiān)測(cè)儀結(jié)構(gòu)原理圖；

圖4為eemd分解出的本征模態(tài)信號(hào)imf；

圖5為母胎心電信號(hào)分離結(jié)果。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。

如圖3所示，一種便攜式多胞胎心電監(jiān)測(cè)儀，包括用于采集母體肌電信號(hào)的生物電傳感器、用于放大信號(hào)與濾掉噪聲干擾的信號(hào)放大與濾波器、用于把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的a/d轉(zhuǎn)換器、用于控制和處理信號(hào)的嵌入式微控制器、用于存儲(chǔ)信息的存儲(chǔ)器、用于顯示監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的lcd顯示器、用于提供電源的充電電池、時(shí)鐘頻率模塊、用于非接觸式傳輸數(shù)據(jù)的藍(lán)牙和近距離無線通信技術(shù)(nearfieldcommunication,nfc)模塊；

所述生物電傳感器將采集到的母體肌電信號(hào)通過所述信號(hào)放大與濾波器進(jìn)行濾波和除噪，再通過所述a/d轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)輸入到所述嵌入式微控制器進(jìn)行信號(hào)處理，將監(jiān)測(cè)結(jié)果傳送到所述lcd顯示器，并通過藍(lán)牙和nfc模塊進(jìn)行無線數(shù)據(jù)傳輸；所述嵌入式微控制器將信息存儲(chǔ)到所述存儲(chǔ)器，所述時(shí)鐘頻率模塊控制所述嵌入式微控制器的時(shí)鐘頻率。

如圖1所示，一種便攜式多胞胎心電監(jiān)測(cè)儀的檢測(cè)方法，該方法包括以下步驟：

s1：采集母體腹部的信號(hào)；

s2：采用自適應(yīng)濾波算法濾除掉肌電信號(hào)、噪聲干擾；

s3：采用小波算法提取出母體心電信號(hào)mecg；

s4：對(duì)去除母體心電信號(hào)后的殘余信號(hào)fecgerr，加入高斯白噪聲，進(jìn)行集合經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解(ensembleempiricalmodedecomposition,eemd)，從而把殘余信號(hào)分解為若干個(gè)本征模態(tài)信號(hào)(intrinsicmodefunction,imf)；采用x表示分解后的imf信號(hào)，即x＝(c1,c2,…,cn,r)，其中ci表示第i個(gè)本征模態(tài)信號(hào)，共n個(gè)本征模態(tài)信號(hào)，r表示分解后的殘差；

s5：對(duì)x進(jìn)行奇異值分解(singularvaluedecomposition,svd)，求出矩陣x*x^t的k個(gè)特征值，設(shè)為λi，其中1≤i≤k，該特征值的算術(shù)平方根σi即為矩陣x的k個(gè)奇異值；并對(duì)該k個(gè)奇異值按從大到小的順序排序?yàn)椋害?＞σ2＞…＞σk；

s6：設(shè)μi＝σi/σi+1，其中i＝1,2,…,k-1；

求出μi中的最大值，設(shè)當(dāng)i＝j(luò)時(shí)，μi取得k個(gè)奇異值的降低梯度中的最大值μj，即相鄰奇異值比值中的最大值μj；

則對(duì)胎兒的預(yù)測(cè)個(gè)數(shù)為j個(gè)，且j個(gè)胎心電信號(hào)為：

fecg＝(c1,c2,…,cj-1,cj+cj+1+…cn+r)。

所述步驟s1具體為：將便攜式胎心電監(jiān)測(cè)儀的傳感器貼于母體肚臍眼正下方三指寬處，采集到一路母體腹部肌電信號(hào)。

步驟s4中所述eemd具體包括以下步驟：

s401：在fecgerr中添加一定量的高斯白噪聲；

s402：進(jìn)行初始化操作：l0(t)＝fecgerr，i＝1；

s403：得到第i個(gè)imf；

s403a：h0(t)＝li-1(t)，j＝1；

s403b：找出hj-1(t)的局部極值點(diǎn)；

s403c：對(duì)hj-1(t)的極大和極小值點(diǎn)分別進(jìn)行三次樣條函數(shù)插值，分別形成hj-1(t)的上下包絡(luò)線；

s403d：計(jì)算上下包絡(luò)線的平均值mj-1(t)；

s403e：計(jì)算hj(t)＝hj-1(t)-mj-1(t)，若hj(t)是imf函數(shù)，則第i個(gè)本征函數(shù)imfi(t)＝hj(t)，否則j＝j(luò)+1，轉(zhuǎn)至步驟s403b；

s404：計(jì)算li(t)＝li-1(t)-imfi(t)；

s405：如果li(t)的極值點(diǎn)數(shù)仍多于2個(gè)，則i＝i+1，轉(zhuǎn)至步驟s403；否則，分解結(jié)束；最終，li(t)是殘余分量。

步驟s5中所述的svd具體包括以下步驟：

s501：求出矩陣x的轉(zhuǎn)置矩陣x^t、x^t*x或x*x^t；

s502：選擇矩陣x^t*x和x*x^t尺度較小的矩陣，進(jìn)入步驟s503；

s503：求出矩陣x^t*x或x*x^t的k個(gè)特征值為λi，其中1≤i≤k；

s504：求出λi的算數(shù)平方根σi即為矩陣x的k個(gè)奇異值；

根據(jù)步驟s6中所述的胎心電信號(hào)fecg和qrs波群的個(gè)數(shù)計(jì)算出胎兒的瞬時(shí)心率。

根據(jù)步驟s6中所述的胎心電信號(hào)fecg該胎心電信號(hào)分析臍帶纏繞、胎兒缺氧的情況。

具體地，首先，將高靈敏度的傳感器貼在孕婦腹部如圖2所示的④號(hào)位置，經(jīng)過專門的信號(hào)放大、調(diào)理電路等將采集到的信號(hào)輸入到嵌入式胎心電監(jiān)護(hù)儀中，并經(jīng)過a/d模塊將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，以便后續(xù)處理。

先進(jìn)行濾波處理：采用截止頻率為10hz至1khz的帶通濾波器。以便濾出高頻噪聲和低頻肌電信號(hào)等干擾信號(hào)，由于本發(fā)明采用了高品質(zhì)的鋰離子充電電池，所以沒有設(shè)計(jì)50hz的陷波器，即本發(fā)明未考慮工頻干擾。

采用小波多尺度分析算法提取出母體心電信號(hào)：需要選取合適的小波包及分解層數(shù)等。

如圖4所示，對(duì)剔除母體心電信號(hào)之后的殘余信號(hào)進(jìn)行eemd分解，把殘余信號(hào)分解為若干個(gè)本振模態(tài)信號(hào)imf，再對(duì)imf進(jìn)行svd分解，求出imf的奇異值，并將這些奇異值按從大到小順序排序。

再求出奇異值的變化梯度序列，即相鄰兩個(gè)奇異值的比值。找出最大變化梯度值及其在序列中的位置，該位置數(shù)即為預(yù)估胎兒個(gè)數(shù)。

再根據(jù)預(yù)估胎兒個(gè)數(shù)及imf信號(hào)重構(gòu)出胎心電信號(hào)。

本發(fā)明最終提取的胎兒心電信號(hào)和母體心電信號(hào)如圖5所示，并得出結(jié)論為該案例中胎兒個(gè)數(shù)為1，及胎兒心率和母體心率分別為每分鐘80次左右和100次左右。并且在胎兒心電信號(hào)的基礎(chǔ)上，能夠進(jìn)行p波、qrs波(p波：左右心房除極時(shí)的電位變化；qrs波：代表心室除極的電位變化)等波型分析，以便得出更多的結(jié)論。

最后說明的是，以上優(yōu)選實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管通過上述優(yōu)選實(shí)施例已經(jīng)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以在形式上和細(xì)節(jié)上對(duì)其作出各種各樣的改變，而不偏離本發(fā)明權(quán)利要求書所限定的范圍。