一種基于非負盲分離胎兒心電瞬時心率識別方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種基于非負盲分離胎兒心電瞬時心率識別方法及系統(tǒng)，該方法包括：對胎兒心電圖機采集得到的心電信號進行預(yù)處理，小波去噪后利用相干平均法去掉母親心電成分獲取胎兒心電信號，將胎兒心電信號變換到時頻域，得到Choi-Williams譜和Born-Jordan譜，再變?yōu)榉秦擃l譜；利用非負矩陣分解進行盲分離，得到胎兒心電信號的非負時頻分量；求瞬時心率，對所求胎兒心電信號的非負時頻分量進行極大值檢測，設(shè)定閾值；采用區(qū)間遍歷法求信號區(qū)間的最大值，求出心電曲線的所有峰值點；將求得心電曲線的所有峰值坐標進行換算，依次進行前向差分，由瞬時心率公式求得胎兒的瞬時心率。本發(fā)明的識別具有快速簡單，準確率高的特點。
【專利說明】一種基于非負盲分離胎兒心電瞬時心率識別方法及系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及醫(yī)療器械領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于非負盲分離胎兒心電瞬時心 率識別方法及系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 胎兒心電圖是一種重要的胎兒監(jiān)護手段，是一種檢測胎兒在子宮內(nèi)健康狀況的重 要方法，能夠反映胎兒心臟的全貌。健康的胎兒隨子宮內(nèi)環(huán)境的不同時刻發(fā)生著微妙的變 化，而且胎兒心率的變化是循環(huán)系統(tǒng)和中樞神經(jīng)系統(tǒng)機能調(diào)節(jié)的表現(xiàn)，因此在圍產(chǎn)期對胎 兒進行胎心率檢測可以了解胎兒在子宮內(nèi)的重要監(jiān)護指標。然而由于采集的胎兒心電信號 幅度小，信號的噪聲比低且大都混雜有幅度大，分布廣的噪聲干擾，例如常見的工頻干擾、 呼吸、肌電等引起的噪聲，其中最主要的干擾是母體心電信號（MaternalECG，MECG)，它給 醫(yī)學診斷帶來極大的困難。在時域和頻域上，這些干擾信號混疊在一起對胎兒心音信號的 瞬時心率計算造成很大的影響。因此，研宄如何準確、便捷，有效地測量圍產(chǎn)期胎心電的瞬 時心率具有及其重要的實用價值和臨床意義。
[0003] 目前已經(jīng)有許多采用其它技術(shù)來提取胎兒心電信號（FECG)的報道，如相干平均、 自相關(guān)和互相關(guān)、自適應(yīng)濾波、基于奇異值分解和主分量分析等。但這些技術(shù)的提取方法受 很多限制，或計算過于復(fù)雜，或需要更多的人工干預(yù)。
[0004] 非負矩陣分解（NonnegativeMatrixFactorization，NMF)是近十年來隨著盲信 號分離技術(shù)的發(fā)展而出現(xiàn)的一種新的信號處理技術(shù)。由于它的算法簡單，計算量小，適用范 圍廣，已逐漸成為信號處理領(lǐng)域的熱點之一。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明首先提出一種基于非負盲分離胎兒心電瞬 時心率識別方法，針對由胎兒心電圖機采集得到的胎兒心電信號，本發(fā)明能快速簡便的計 算出胎兒的瞬時心率，更好的服務(wù)于臨床胎兒監(jiān)護。
[0006] 本發(fā)明的又一目的是提出一種基于非負盲分離胎兒心電瞬時心率識別系統(tǒng)。
[0007] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：
[0008] 一種基于非負盲分離胎兒心電瞬時心率識別方法，包括以下步驟：
[0009] SI.對胎兒心電圖機采集得到的心電信號進行預(yù)處理，其預(yù)處理包括小波去噪、 利用相干平均法去掉心電信號中母親心電成分獲取胎兒心電信號，并其將胎兒心電信 號變換到時頻域，得到Choi-Williams譜和Born-Jordan譜，再將Choi-Williams譜和 Born-Jordan譜變?yōu)榉秦擃l譜；
[0010] S2.利用非負矩陣分解進行盲分離，對胎兒心電信號的Choi_Wi11iams譜和 Born-Jordan譜進行處理，得到胎兒心電信號的非負時頻分量；
[0011] S3.求取瞬時心率，包括峰值點檢測和差分法求瞬時心率，其中峰值點檢測是對所 求胎兒心電信號的非負時頻分量進行極大值檢測，設(shè)定閾值；采用區(qū)間遍歷法求心電信號
[0012] 進一步的，所述步驟Sl中的小波去噪的具體實現(xiàn)方式為：采用Daubechies小波， 小波基為db4,進行2級分解，取小波變換后的細節(jié)系數(shù)第二級信號xdl進行閾值去噪操作， 去噪的閾值取信號幅度絕對值最大值的〇. 06?0. 08倍；
[0013] 利用相干平均法去掉心電信號中母親心電成分的具體實現(xiàn)方式為：根據(jù)母親心電 信號成分的模板將心電信號中的母親心電信號依次減去，所得心電信號為預(yù)處理后的胎兒 心電信號；
[0014] 所述信號變換到時頻域的具體實現(xiàn)方式為：利用Choi-Williams時頻變換和 Born-Jordan時頻變換對胎兒心電信號xdl進行處理得到Choi-Williams譜、Born-Jordan 譜，然后分別與它們的共軛復(fù)數(shù)相乘即可得到非負Choi-Williams譜和Born-Jordan譜， 記非負Choi-Williams譜為X1，非負Born-Jordan譜為X2，并將xJPX2合并為矩陣X=
[X1,X2] 〇
[0015] 進一步的，所述步驟S2中利用非負矩陣分解進行盲分離的方式為：

【權(quán)利要求】
1. 一種基于非負盲分離胎兒心電瞬時心率識別方法，其特征在于，包括以下步驟：
51. 對胎兒心電圖機采集得到的心電信號進行預(yù)處理，其預(yù)處理過程包括小波去噪、 利用相干平均法去掉心電信號中母親心電成分獲取胎兒心電信號，并其將胎兒心電信 號變換到時頻域，得到Choi-Williams譜和Born-Jordan譜，再將Choi-Williams譜和 Born-Jordan譜變?yōu)榉秦擃l譜；
52. 利用非負矩陣分解進行盲分離，對胎兒心電信號的Choi-Williams譜和 Born-Jordan譜進行處理，得到胎兒心電信號的非負時頻分量；
53. 求取瞬時心率，包括峰值點檢測和差分法求瞬時心率，其中峰值點檢測是對所求胎 兒心電信號的非負時頻分量進行極大值檢測，設(shè)定閾值；采用區(qū)間遍歷法求心電信號區(qū)間 的最大值，再求出心電曲線的所有峰值點；差分法求瞬時心率是將所求得心電曲線的所有 峰值坐標進行換算，然后依次進行前向差分，再根據(jù)瞬時心率公式求得胎兒的瞬時心率。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于非負盲分離胎兒心電瞬時心率識別方法，其特征在于， 所述步驟S1中的小波去噪的具體實現(xiàn)方式為：采用Daubechies小波，小波基為db4,進行 2級分解，取小波變換后的細節(jié)系數(shù)第二級信號xdl進行閾值去噪操作，去噪的閾值取信號 幅度絕對值最大值的〇. 06?0. 08倍； 利用相干平均法去掉心電信號中母親心電成分的具體實現(xiàn)方式為：根據(jù)母親心電信號 成分的模板將心電信號中的母親心電信號依次減去，所得心電信號為預(yù)處理后的胎兒心電 信號； 所述信號變換到時頻域的具體實現(xiàn)方式為：利用Choi-Williams時頻變換和Born-Jordan時頻變換對胎兒心電信號xdl進行處理得到Choi-Williams譜、Born-Jordan 譜，然后分別與它們的共軛復(fù)數(shù)相乘即可得到非負Choi-Williams譜和Born-Jordan譜， 記非負Choi-Williams譜為Xi，非負Born-Jordan譜為x2，并將xJPx2合并為矩陣X= [x1；x2] 〇
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于非負盲分離胎兒心電瞬時心率識別方法，其特征在于， 所述步驟S3中峰值點檢測的具體方式為：對胎兒心電圖非負時頻分量進行分解和取值，得 到獨立非負時頻分量1和獨立非負時頻分量2,然后對獨立非負時頻分量1進行極大值檢 測，對結(jié)果進行觀測，設(shè)定對應(yīng)的閾值；采用區(qū)間遍歷法求信號區(qū)間的最大值，再求出該曲 線的所有峰值點；該步驟中采用閾值檢測，閾值的定義如下：
其中，P為閾值，對取得的結(jié)果進行峰值觀測，y取〇. 3，為所有極值點ei，i= 1，…，n的幅值的平均值。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于非負盲分離胎兒心電瞬時心率識別方法，其特征在于， 所述步驟S3中差分法求瞬時心率的具體方式為：將所求得曲線的所有峰值坐標進行換算， 然后依次進行前向差分，再根據(jù)瞬時心率公式求得胎兒的瞬時心率； 其中瞬時心率為：
At每兩相鄰峰值的時間間隔，即所求的u為瞬時心率。
5. -種基于非負盲分離胎兒心電瞬時心率識別系統(tǒng)，其特征在于，包括： 預(yù)處理模塊，用于對胎兒心電圖機采集得到的心電信號進行預(yù)處理，其預(yù)處理過程包 括小波去噪、利用相干平均法去掉心電信號中母親心電成分獲取胎兒心電信號，并其將胎 兒心電信號變換到時頻域，得到Choi-Williams譜和Born-Jordan譜，再將Choi-Williams 譜和Born-Jordan譜變?yōu)榉秦擃l譜； 盲分離模塊，采用非負矩陣分解進行盲分離，是對胎兒心電信號的Choi-Williams譜 和Born-Jordan譜進行處理，得到胎兒心電信號的非負時頻分量； 瞬時心率獲取模塊，用于求取瞬時心率，具體為：包括峰值點檢測和差分法求瞬時心 率，其中峰值點檢測是對所求胎兒心電信號的非負時頻分量進行極大值檢測，設(shè)定閾值；采 用區(qū)間遍歷法求心電信號區(qū)間的最大值，再求出心電曲線的所有峰值點；差分法求瞬時心 率是將所求得心電曲線的所有峰值坐標進行換算，然后依次進行前向差分，再根據(jù)瞬時心 率公式求得胎兒的瞬時心率。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于非負盲分離胎兒心電瞬時心率識別系統(tǒng)，其特征在于， 所述預(yù)處理模塊中的小波去噪的具體實現(xiàn)方式為：采用Daubechies小波，小波基為db4,進 行2級分解，取小波變換后的細節(jié)系數(shù)第二級信號xdl進行閾值去噪操作，去噪的閾值取信 號幅度絕對值最大值的〇. 06?0. 08倍； 利用相干平均法去掉心電信號中母親心電成分的具體實現(xiàn)方式為：根據(jù)母親心電信號 成分的模板將心電信號中的母親心電信號依次減去，所得心電信號為預(yù)處理后的胎兒心電 信號； 所述信號變換到時頻域的具體實現(xiàn)方式為：利用Choi-Williams時頻變換和Born-Jordan時頻變換對胎兒心電信號xdl進行處理得到Choi-Williams譜、Born-Jordan 譜，然后分別與它們的共軛復(fù)數(shù)相乘即可得到非負Choi-Williams譜和Born-Jordan譜， 記非負Choi-Williams譜為Xi，非負Born-Jordan譜為x2，并將xJPx2合并為矩陣X= [x1；x2] 〇
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于非負盲分離胎兒心電瞬時心率識別系統(tǒng)，其特征在于， 所述瞬時心率獲取模塊中峰值點檢測的具體方式為：對胎兒心電圖非負時頻分量進行分解 和取值，得到獨立非負時頻分量1和獨立非負時頻分量2,然后對獨立非負時頻分量1進行 極大值檢測，對結(jié)果進行觀測，設(shè)定對應(yīng)的閾值；采用區(qū)間遍歷法求信號區(qū)間的最大值，再 求出該曲線的所有峰值點；該步驟中采用閾值檢測，閾值的定義如下：
其中，P為閾值，對取得的結(jié)果進行峰值觀測，y取〇. 3，
為所有極值點ei，i= 1，…，n的幅值的平均值。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于非負盲分離胎兒心電瞬時心率識別系統(tǒng)，其特征在于， 所述瞬時心率獲取模塊中差分法求瞬時心率的具體方式為：將所求得曲線的所有峰值坐標 進行換算，然后依次進行前向差分，再根據(jù)瞬時心率公式求得胎兒的瞬時心率； 其中瞬時心率為：
At每兩相鄰峰值的時間間隔，即所求的u為瞬時心率。
【文檔編號】A61B5/0402GK104473631SQ201410777741
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年12月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月12日
【發(fā)明者】康嘉文, 謝侃, 謝勝利, 蔡坤, 王旭 申請人:廣東工業(yè)大學