0094] 經(jīng)過(guò)對(duì)比試驗(yàn)，本發(fā)明采用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)，可以消除基線漂移等低頻噪聲干擾。
[0095] ②去除高頻噪聲
[0096] 工頻干擾是一種由交流電引起的高頻噪聲，其頻率集中在50Hz。肌電干擾也是一 種主要的心電干擾，其頻率范圍大致為10-3000HZ。相對(duì)于心電信號(hào)，這些都屬于高頻噪聲。
[0097] 對(duì)于高頻噪聲，同樣采用coif5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)。
[0098] 經(jīng)過(guò)上述過(guò)程進(jìn)行預(yù)處理后，腹壁心電呈現(xiàn)出明顯母體心電特征的信號(hào)，特征明 顯的R波為下一步母體心電定位提供基礎(chǔ)。圖3給出了了預(yù)處理前后的腹壁心電信號(hào)對(duì)比 圖，可見(jiàn)基線漂移和高頻噪聲得到有效抑制。
[0099] (2)母體心電定位
[0100] 經(jīng)過(guò)預(yù)處理后的腹壁心電可以看作消除了母體心電外的其它噪聲，下面就要設(shè)法 去除對(duì)胎兒心電提取影響最大的母體心電成分。在腹壁心電信號(hào)中，母體心電和胎兒心電 是線性的疊加，所以從混合信號(hào)中減去母體心電的成分就可以得到胎兒心電的部分。如何 得到母體心電的模板就成了問(wèn)題所在。為了構(gòu)建母體心電模板，必須對(duì)母體心電進(jìn)行定位， 確定每個(gè)周期的時(shí)間起止點(diǎn)，以便下一步消除母體心電。心電的QRS波是心電圖形態(tài)上最 容易判斷的特征，由于胎兒心電的幅值相對(duì)于母體心電來(lái)說(shuō)非常小，對(duì)母體心電QRS波形 的判斷幾乎沒(méi)有影響，故可以使用典型的心電QRS波形識(shí)別方法對(duì)母體心電進(jìn)行定位。本 發(fā)明使用小波變換模極大值的方法識(shí)別R波位置。
[0101] R波波峰在心電信號(hào)中是一個(gè)異常尖銳的部分，小波變換模極大值方法可以 有效定位信號(hào)中的奇異點(diǎn)，即可定位R波所在。對(duì)信號(hào)奇異性的描述，一般使用李氏 (Lipschitz)指數(shù)。利用小波變換和李氏指數(shù)之間的關(guān)系，可以確定奇異值點(diǎn)的位置。
[0102] 設(shè)n為非負(fù)整數(shù)，n < a彡n+l，若存在常數(shù)Ajtl和多項(xiàng)式卩?，對(duì)任意h彡hQ， 函數(shù)f (X)在Xtl點(diǎn)附近滿(mǎn)足
[0103] f(x〇+h)-Pn(h) I ^AlhIa (4)
[0104] 則稱(chēng)a為f (X)在Xc^的李氏指數(shù)。
[0105] a表現(xiàn)了 f(x)在X(l點(diǎn)奇異性。a的物理意義為，a越大，這一點(diǎn)上信號(hào)的表現(xiàn)越 光滑；a越小，信號(hào)在這一點(diǎn)上的奇異性越明顯。當(dāng)a彡1，函數(shù)在該點(diǎn)可導(dǎo)；〇< a <1， 函數(shù)不連續(xù)但有界；對(duì)于白噪聲a彡〇;對(duì)于脈沖信號(hào)，a彡-1。
[0106] 設(shè)高斯函數(shù)0 (t)形式為：
[0118] 從（7)式子可以看出，小波變換后的模極大值即是f*0a(t)的拐點(diǎn)，也就是f(t) 的奇異點(diǎn)。
[0119] 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)其與R波波峰的關(guān)系得到R波的位置。檢測(cè)R波位置的具體算法實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下：
[0120] 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)i = 2,3，~，16。構(gòu)造矩陣？=[4汀3;...汀16]，其中4為行向量。記€為？的列值求和。
[0121] 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Thmin的時(shí)間點(diǎn)坐標(biāo)，記Ioca序列。
[0122] 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。
[0123] 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?chē)?極大值點(diǎn)，記為R波位置。
[0124] 按照上述算法得到全部R波的位置，即可確定每個(gè)母體心電周期，為后續(xù)構(gòu)造母 體心電模板繼而進(jìn)行母體心電消除奠定基礎(chǔ)，同時(shí)母體心率也可以輕易算出。取一段腹壁 心電信號(hào)驗(yàn)證上述方法R波檢測(cè)效果，如圖5所示，符號(hào)代表R波位置，可見(jiàn)R波位置 確定準(zhǔn)確。
[0125] (3)母體心電消除
[0126] ①母體心電模板的構(gòu)造
[0127] 構(gòu)建母體心電模板，從腹壁心電信號(hào)中減去母體心電的模板，即可得到胎兒心電 成分。對(duì)母體心電而言，胎兒心電的幅值較小，周期性也與母體心電周期沒(méi)有絕對(duì)關(guān)系，可 以將胎兒心電看作母體心電的噪聲。
[0128] 假設(shè)x(t)代表腹壁心電信號(hào)，那么，x(t)可以表述成如下形式：
[0129] X (t) =s (t) +n (t) (11)
[0130] 其中，s(t)代表母體心電信號(hào)，n(t)代表胎兒心電信號(hào)和其他干擾組成的噪聲信 號(hào)。對(duì)每個(gè)母體心動(dòng)周期提取X (t)，記為Xi (t)，有
[0131] Xi (t) = Si (t) +rij (t), i = 0, I,. . . , M-I (12)
[0132] 其中M表示母體心動(dòng)周期的個(gè)數(shù)。如果把\(〇擴(kuò)展成時(shí)間長(zhǎng)度相同的數(shù)據(jù)段， 將X i (t)進(jìn)行疊加操作后取均值，得到：
[0136] 假設(shè)母體心電的功率是P，胎兒心電等噪聲的均值為0,方差〇 2,即x(t)的信噪比 是P/〇2。提取出母體心電的每個(gè)周期，按照對(duì)應(yīng)的起始點(diǎn)位置求和再取平均值。假設(shè)母體 心電周期數(shù)為M，相干平均后，不相干的噪聲（胎兒心電信號(hào)）的方差變成原來(lái)的1/M，母體 心電的功率不變，仍為P，這樣母體心電的信噪比提高為原來(lái)的M倍。一分鐘的采樣數(shù)據(jù)中， 母體心電周期數(shù)在60以上，胎兒心電的成分在相干平均后可以忽略。這樣便構(gòu)造了剔除胎 兒心電成分的母體心電模板。
[0137] 母體心電成分的構(gòu)造流程如圖5所示。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。
[0138] ②母體心電模板的調(diào)整
[0139] 構(gòu)造后的母體心電模板每一個(gè)心動(dòng)周期波形完全一致，即每個(gè)母體QRS波形狀一 致。但真實(shí)的QRS波難免會(huì)在每個(gè)周期間產(chǎn)生誤差。而QRS波在心電中幅值最大，誤差幅 值也相對(duì)較大。如果將腹壁心電信號(hào)與當(dāng)前的母體心電模板作差，QRS波的誤差會(huì)體現(xiàn)在 結(jié)果中，其幅值往往與胎兒心電幅值相當(dāng)甚至過(guò)之。這樣在胎兒R波提取時(shí)，這些母體QRS 波誤差形成的波峰有很大概率被誤識(shí)別為胎兒R波，從而造成胎兒R波誤檢，影響結(jié)果準(zhǔn)確 性。
[0140] 為此，對(duì)構(gòu)造后的母體心電模板作調(diào)整，以消除以上影響，其流程如圖6所示。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)整后的母體心電模板。
[0141] ③母體心電的去除
[0142] 在構(gòu)造完成母體心電信號(hào)后，將預(yù)處理后的腹壁心電信號(hào)與調(diào)整后的母體心電模 板做差，就去除了共同的母體心電成分，剩余部分即為胎兒心電信號(hào)。
[0143] 圖7中三組圖分別是母體和胎兒的混合心電信號(hào)、構(gòu)造后的母體心電模板和去除 母體心電成分后得到的胎兒信號(hào)。可以看出，在混合心電信號(hào)中胎兒心電幅值非常微弱，但 去除母體心電后胎兒心電的R波特征明顯。
[0144] 圖8給出了使用未經(jīng)調(diào)整的母體心電模板和調(diào)整后的母體心電模板得到的胎兒 心電信號(hào)的對(duì)比。圖（a)為使用未經(jīng)調(diào)整的母體心電模板得到的胎兒心電。符號(hào)代表 真實(shí)胎兒心電位置標(biāo)記。箭頭所指處為母體QRS波誤差引起的異常波峰?？梢?jiàn)，異常波峰 的存在混淆成了胎兒心電的R波，非常容易形成誤檢。圖（b)為使用調(diào)整后的母體心電模 板得到的胎兒心電?？梢悦黠@看出，母體QRS波位置的0.1 s幅值為0,消除了其誤差造成的 異常波峰的影響。
[0145] 然而，當(dāng)胎兒心電R波剛好與母體心電QRS波位置重合時(shí)，使用調(diào)整后的母體心電 模板得到的胎兒心電會(huì)漏檢這個(gè)R波，如圖9所示。圖中虛線方塊位置應(yīng)當(dāng)有一個(gè)胎兒R 波。針對(duì)這一原因造成的R波漏檢，使用的胎兒心動(dòng)周期優(yōu)化算法會(huì)彌補(bǔ)這種影響。
[0146] (4)胎兒心電定位
[0147] 到目前為止胎兒心電信號(hào)已經(jīng)提取出來(lái)并成為信號(hào)中的主要成分。想要獲取胎兒 心率只要定位胎兒心電R波即可。在定位R波之前，首先將此信號(hào)進(jìn)行濾波去除0-2HZ成 分，目的是減小上一步做差產(chǎn)生的新的噪聲干擾