[发明专利]胎儿心电图的分离提取方法

说明书

技术领域

本专利申请涉及胎儿心电图(FECG)的分离提取方法。 

所谓胎儿心电图是指消除了干扰噪声后的胎儿心电信号的完整波形。有了胎儿心电图，不仅可以知道胎心率，也可以知道其S-T段、PQRS时限等参数，并可根据它们及时发现胎儿的一些病理情况：宫内缺氧、胎心律不齐、胎心率失常、胎心早搏、胎儿窘迫、S-T段改变、PQRS时限增宽、先天性心脏病等。 

用于获取胎儿心电图的胎心电监护设备，主要包括心电放大器模块、模数转换(A/D)与存储模块、数据处理模块。心电放大器模块和模数转换与存储模块，构成胎心电监护设备的数据采集子系统。胎心电监护设备的数据采集子系统与普通个人心电监护设备数据采集子系统的原理和方法基本相同。但是，由于胎儿在母体体内，作为非侵入式胎儿心电数据采集子系统，也表现出一些特点：(1)子系统支持的信号动态范围要大一些；(2)至少有一个导联来自母体腹部的体表。 

从孕妇腹部体表采集的心电信号，不仅包括了胎儿心电成分，还包括了母体心电成分和其他干扰噪声，而且占主要绝对地位的是母体分量和干扰噪声，胎心电被淹没其中；胎儿心电成分在时域中约有10％～30％和母亲心电成分重合，在频域中其频谱与母亲心电频谱更是大部分重迭，心电信号的非平稳性也十分强烈。因此，对胎儿心电监护设备而言，其数据处理模块是一个难点，因为存在一个要解决的关键问题——如何把胎儿心电信号从母体腹部表面拾取的信噪比极低的母胎混合心电信号数据中分离提取出来。 

胎儿心电信号的分离提取包括两大步骤：一，估计母体心电成分、把估计的母体心电成分从母体腹部拾取的母胎混合心电信号中分离出去，获得胎儿心电信号的初步估计或者说粗略估计，不妨，将这样的分离提取过程称为第一级分离提取；二，从第一级分离提取获得的胎儿心电信号初步估计中，进一步分离去一些干扰噪声，获得胎儿心电信号的最终估计或者说精确估计，不妨将这样的过程称为第二级分离提取。胎儿心电信号分离提取的完整框架见附图1。当然，有时，第一级分离提取估计的胎儿心电信号的信噪比已比较高，可以将之作为最终估计，不必进行第二级分离提取。基于独立分量分析(ICA)的盲源分离(BSS)方法提取胎儿心电图，从本质上看，可归入这里的第一级分离提取步骤。 

本专利申请，具体地说，分别涉及胎儿心电图(FECG)的第一级分离提取中的一种方法和第二级分离提取中的一种方法。由于两种方法的步骤基本相同，所以放在同一个申请中。 

背景技术

胎儿心电图的第一级分离提取方法，可以划分为针对单路信号的分离提取方法和针对多 路信号的分离提取方法两类。所谓针对单路信号的分离提取方法，它不管实际中采集了几路心电信号，都是由一路母胎混合心电信号估计出一路胎儿心电信号，匹配滤波法^[1][31]、奇异值分解法(SVD)^[2]、非线性提取方法^[3]就是这样的方法；当然，单路分离提取方法分别用于多路母胎混合信号也可以估计出多路胎儿心电信号，只是不存在若干路腹导或胸导信号融合出一路胎儿心电信号的情况。所谓针对多路信号的分离提取方法，则是由采集的多路腹导信号或胸导信号，通过数据融合估计出一路胎儿心电信号的方法，如相关分析法^[4][5]、自适应滤波法^[6][7]、空间滤波法^[8][9]，还有独立分量分析(ICA)及其他盲源分离法(BSS)^[10][11][12]等。 

由于监测信号的方便性，第一级分离提取中针对单路信号的分离提取方法认为最有应用前景，但是，仅从一路腹导母胎混合心电信号中分离出胎儿心电成分，数据处理的难度很大。现有的处理方法，不管是匹配滤波法、奇异值分解法(SVD)还是非线性提取方法，提出的胎儿心电初步估计波形都失真较大，增加了第二级分离提取的难度。 

关于胎儿心电图的第二级分离提取方法，同样可有针对单路信号的分离提取方法和针对多路信号的分离提取方法之分。针对单路信号的分离提取方法，是从一路胎儿心电信号的初步估计波形中进一步提出其一路精确估计波形。单路信号的分离提取方法，同样可以包括匹配滤波法、奇异值分解法(SVD)、非线性提取方法等，只是要祛除的噪声和干扰中不再包含主要的母体心电分量。现有的如匹配滤波法、奇异值分解法(SVD)和非线性提取方法等，作为第二级分离提取方法对初步估计的胎儿心电信号进行进一步提取，同样存在提取的胎儿心电波形失真较大、不能很好提出的问题。 

参考文献：