[发明专利]胎儿心电图的非线性分离提取方法

说明书

技术领域

本专利申请涉及胎儿心电图(FECG)的一种基于重构相空间的非线性分离提取方法。 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。其中，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，比如，至少要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)^[8-10]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。

不管是胎儿心电图的第一级分离提取还是第二级分离提取，其分离提取方法都可以划分 为针对单路信号的方法和针对多路信号的方法^[4-10]两类。所谓针对单路信号的分离提取方法， 都是从一路信噪比较低的胎儿心电信号中估计出一路信噪比较高的胎儿心电信号，而不是从 若干路心电信号中融合出一路胎儿心电信号。基于重构相空间的非线性分离提取方法^[3]是一 种很有特色的单路分离提取方法，它与匹配滤波法^[1][14]、奇异值分解法(SVD)^[2]等单路分 离提取方法不同，在第一级分离提取中不用检测母胎混合信号中所显示的R波波峰的位置， 在第二级分离提取中不用检测胎儿心电初步估计波形中所显示的R波波峰的位置，实现起来 比较方便。

本专利申请，具体地说，分别涉及胎儿心电图(FECG)第一级分离提取中的一种基于重 构相空间的非线性方法和胎儿心电图(FECG)第二级分离提取中的一种基于重构相空间的非 线性方法。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

胎儿心电分离提取的现有的基于重构相空间的非线性方法可描述如下，参见文献[3]。

在第一级分离提取或者第二级分离提取中，设一路待处理的信噪比较低的胎儿心电信号 序列为x_j j＝1，…，N，构造如下矩阵：