[发明专利]基于小波阈值去噪的胎儿心电信号提取方法

说明书

技术领域

本发明属于胎儿心电信号检测技术领域，特别涉及一种基于小波阈值去噪的胎儿心电提取方法，是小波模极大值算法用于胎儿心电信号提取的改造技术。

背景技术

胎儿监护是目前保障围产期孕妇和胎儿安全、实现优生优育的重要手段。在围产期，胎儿由于脐带压迫或其他原因造成暂时性缺氧，会引起窒息、智力迟钝、痴呆甚至死亡。据统计，我国弱智儿童中很大部分是由于胎儿生长过程中处于缺氧的窘迫状态而导致发育不良或早产造成，而胎儿死亡中25%也是可以避免的。随着社会对母婴健康的重视，围产期对孕妇和胎儿进行监护日益成为国内外的关注重点。

胎儿心电图（Fetal Electrocardiogram，FECG）记录的是胎儿心脏动作电位及其在心脏传导过程中的图形变化，反映胎心率的瞬间变化、心肌情况、心律紊乱等。通过对其波形变化的分析，可及早发现许多妊娠期或分娩期的胎儿病理情况，以便及早采取措施，保证围产期胎儿的健康。胎儿心电图不仅能显示胎儿心率和心脏健康信息，且当胎儿状况出现异常或病变时，与心音或心动等相比，心电图形态变化发生的更快也更敏感。因此，获取清晰的胎儿心电在胎儿心电监护中具有重要意义。

胎儿心电信号是一种低频、微弱的信号，易受到各种外界信号的干扰，如母体心电（Maternal Electrocardiogram，MECG）、工频干扰、基线漂移以及母体肌电（EMG）等。其他干扰可以通过普通滤波消除，但作为强噪声的母体心电幅度比胎儿心电大10-20倍，且在时域中胎儿心电约有10%-30%和母体心电重合，频域中也有大部分频谱重叠，整个信号的非平稳随机性又十分强烈，因此胎儿心电常被淹没。另外，如何确定胎儿位置和电极放置，这些因素都会对胎儿心电信息的准确测量带来很大的影响。所以，如何准确提取胎儿心电信号是胎儿心电监护的关键问题。

近几十年来，国内外在胎儿心电提取上已经提出许多方法和算法，传统经典算法包括相干平均法、匹配滤波法、自适应滤波法、奇异值分解（SVD）和小波分析，近年发展起来的方法有独立量分析（ICA）和神经网络等。但是这些方法都存在着一定的局限性，如何从母体腹部信号中准确提取胎儿心电信号，目前仍处于研究阶段。

小波变换是目前较为流行的一种信号处理方法，能对信号进行多尺度细化，从而可聚焦到信号的任意细节，适用于非平稳信号的分析。在胎儿心电信号提取应用中，小波变换常用来与其他信号提取算法相结合，在小波域应用盲信号分离或独立分量分析等方法提取胎儿心电信号。另外，小波模极大值算法用于胎儿心电提取，是通过小波域中模的极大值方法来检测腹部信号中的奇异值，将母体心电信号的奇异点抵消，然后获取胎儿心电信号，但重构部分计算量较大。本发明提出了基于小波阈值去噪的胎儿心电提取方法，是小波模极大值用于胎儿心电提取的改进技术。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出一种基于小波阈值去噪的胎儿心电提取方法。该方法首先通过小波阈值法把母体腹部信号中的胎儿心电滤除，重构出母体心电，再从腹部信号中除去识别出的母体心电，从而得到胎儿心电信号，并利用小波相关性去噪方法对提取得到的胎儿心电进行去噪处理。

本发明的基于小波阈值去噪的胎儿心电信号提取方法，包括以下步骤：

1.1.将母体腹部信号进行平稳小波变换处理，分解得到各层小波系数；

1.2.对每层小波细节系数单独处理，去除胎儿心电的小波系数，并将保留下来的母体心电小波系数重构，得到腹部信号中的母体心电；

1.3.从腹部信号中除去重构出的母体心电，得到胎儿心电信号；

1.4.对提取得到的胎儿心电利用小波相关性去噪算法进行去噪处理，得到较为清晰的胎儿心电信号。

上述步骤1.2具体包括如下步骤：

2.1.对小波分解最高层level上的小波细节系数，检测其最大值pmax，并设定阈值pmax/2；

2.2.在level层上，检测出幅值大于阈值的小波系数，并以检测到的小波系数位置为中心构造邻域，保留每一个邻域内的小波系数，去除落在邻域外面的系数，得到level层保留的系数；

2.3.以第level层保留的小波系数位置为中心构造邻域，在level-1层上保留邻域内的小波系数，去除邻域外面的系数，得到第level-1层保留的系数；

2.4.重复步骤2.3，一直到第1层，完成信号细节系数的阈值处理；

2.5.将每一层上保留的小波细节系数通过平稳小波逆变换重构，得到母体心电信号。