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。基線漂移一般為低 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