[发明专利]胎儿心电信号实时转换为胎儿胎音的计算机仿真转换方法

权利要求书

1.胎儿心电信号实时转换为胎儿胎音的计算机仿真转换方法，其特征在于，是一种对胎儿心电信号，采用成段输入，分批缓存后，用胎儿心电信号和胎儿心跳声音信号间的线性转换函数成批并延时地把所述胎儿心电信号转换为胎儿心跳声音信号的方法，所述线性转换函数是一种基于人耳听力允许的频率区间以及当设定长度的采样窗口按设定的采样间隔在每批内沿着采样间隔的序号移动时各个窗口内各个采样点所对应的胎儿心电信号中最大幅值的平均值，计算出的各采样点的胎儿心跳声音信号的虚拟频率的函数，据此得到了反映胎儿心跳声音的方波脉冲信号，所述计算机仿真转换方法是在一台计算机中依次按以下步骤进行的：

步骤(1)，构造一个把胎儿心电信号实时转换为胎儿胎音的计算机仿真转换系统，包括：胎儿心电信号缓存模块、胎儿心电信号预处理模块，胎儿心电信号线性转换模块，以及用于胎儿胎音输出的组件，其中：

胎儿心电信号缓存模块，输入信号为：The physionet生理信号数据库中的一段胎儿心电信号，所述胎儿心电信号是来自于用五电极法采自健康孕妇腹部子宫位置的胎儿心电信号，并经过离散化后，用Maurizio Varanini提出的胎儿心电信号分离算法分离出的，所述健康孕妇是指胎儿心电信号单波时长相同的孕妇，这一段离散的胎儿心电信号的时长为P，采样频率为f_P，采样分辨率为η，其中包含了有限个数的胎儿心电信号的R波，所述R波为胎儿心电信号中幅值最大的QRS波群中最大波的缩写，反映了胎儿心室肌处理心脏血流的传导全过程，所述胎儿心电信号缓存模块把所述时长为p的这段胎儿心电信号等分成为N批，n＝1,2,…,N，N为总批数，n为批的序号，并逐批缓存，分批处理时长为t_sap秒，每批有I个采样点，i为采样点序号，从而使得每批输出的胎儿心跳声音信号较同批胎儿心电信号存在t_sap秒的延时，

胎儿心电信号预处理模块，输入信号来自所述胎儿心电信号缓存模块的一段胎儿心电信号，按顺序号对每批胎儿心电信号依次进行信号标准化、将信号中小于均值的部分倒置，通过巴特沃斯低通滤波器去除信号毛刺，共三步预处理操作，逐批输出经过预处理的胎儿心电信号，

胎儿心电信号线性转换模块，输入信号是来自所述胎儿心电信号预处理模块按顺序号逐批输出的每批预处理后的胎儿心电信号，利用预置的线性转换函数把每批胎儿心电信号按顺序号将逐个R波转换成对应于各个采样点i上胎儿心电信号幅值的胎儿心跳声音信号的虚拟频率I为采样点数，再按顺序号逐批输出胎儿心跳声音信号的虚拟频率f_i，所述虚拟频率值为胎儿心电信号中包括R波波形在内的所有的胎儿心电信号各波形内最大幅值所在采样间隔中的电压方波经傅里叶变换得到的各次谐波中幅值最大值的谐波所对应的频率的限制值，

用于表示胎儿胎音输出的组件是一个在输出端接有一个扬声器的虚拟频率值-胎儿心电信号波形积分电压模块，输入信号是来自所述线性转换模块按顺序号逐批输出的胎儿心跳声音信号的虚拟频率f_i，经预处理的胎儿心电信号的时长，采样点数，以及每个采样点i的胎儿心电信号的幅值，输出为一系列断续的包括R波波形在内的所有的虚拟频率为f_i的各胎儿心电信号波形电压方波脉冲，幅度为包括R波波形在内的各个的胎儿心电信号波形的幅值的积分值，输入到所述的扬声器后逐批断续地转换为不同音强的胎儿胎音输出：

步骤(2)，计算机依次按以下步骤逐批地把胎儿心电信号转换为胎儿胎音输出：

步骤(2.1)，计算机初始化，设定：

每批胎儿心电信号时长为p：

巴特沃斯低通滤波器的截止频率为5Hz，阶数为1阶：

每一批内胎儿心电信号的处理时长为t_sap，采样频率f_p，采样点序号I为采样点数，I＝t_sap*f_p，符号表示向下取整数，

胎儿心电信号各个波形的线性转换函数：

每批胎儿心电信号中均设立一个同样时长的采样窗口W，窗内至少有一个胎儿心电信号单波，所述采样窗口W的时长为M个采样间隔，M为受限正整数，初始时，所述采样窗口的左端点位于横轴即时间轴的起始点，所述采样窗口沿时间横轴右移时的移动步长为M，

为所述采样窗口W沿每批胎儿心电信号R波时间轴右移时各不同位置的采样窗口W_s内各采样点i所采到的胎儿心电信号幅值中的最大值的算术平均值，待求取，s＝1,2,…,S，s为窗口移动位置的序号，S为窗口移动的总次数，

为每批n内对应于各采样点i的胎儿心电信号中R波幅值的最小值，待求取，

f_max、f_min为人耳听力频率的范围，为设定值，f_max＝1000Hz，f_min＝250Hz，

表示每批n内的采样点i处的胎儿心电信号的幅值，

表示每批n内的各采样点i的虚拟频率，

所述线性转换函数表示采样点i的虚拟频率受限于以下两个约束参数：

k₁表示：每批n内各采样点i所采到的胎儿心电信号的幅值处于这个范围内，由的单位漂移值引起的胎儿心电声音信号虚拟频率的变化范围，

k₂表示：每批n内各采样点i所采到的胎儿心电信号的幅值在值附近漂移时其单位幅值的漂移值引起的胎儿心跳声音信号虚拟频率的改变，应小于f_max值；

步骤(2.2)，计算机依次按以下步骤逐批把每批内的各胎儿心电信号用线性转换函数转换成对应于采样点数I按顺序逐批输出的胎儿的胎音：

步骤(2.2.1)，胎儿心电信号标准化，步骤如下：

步骤(2.2.1.1)，按下式计算每批n内胎儿心电信号的均值和标准差

步骤(2.2.1.2)，按下式计算每批n内标准化后的胎儿心电信号

的均值为0，方差为1，

步骤(2.2.2)，把步骤(2.2.1)得到的胎儿心电信号中小于均值的部分倒置，

步骤(2.2.3)，用截止频率及阶数均为设定值的巴特沃斯低通滤波器对步骤(2.2.2)的结果去除信号毛刺，

步骤(2.2.4)，把经过步骤(2.2.1)～(2.2.3)各预处理操作的各批胎儿心电信号用所述线性转换函数计算出各批胎儿心电信号中对应于每个采样点i的胎儿心电信号幅值的胎儿心跳声音信号的虚拟频率为每批n内的采样频率，步骤如下:

步骤(2.2.4.1)，输出各批胎儿心电信号中采样点i所对应的胎儿心电信号的幅值的最小值窗口W处于不同位置时不同窗口W_s内胎儿心电信号幅值最大值的平均值

步骤(2.2.4.2)，用所述线性转换函数计算出各批胎儿心电信号中各采样点i上的胎儿心电信号幅值所对应的胎儿心跳声音信号的虚拟频率

步骤(2.2.5)，在经过步骤(2.2.1)～(2.2.3)各预处理操作的各批胎儿心电信号中筛选出R波波形，代表了单个R波在一个采样间隔内高频分量的上限约束值，胎儿心电信号中R波波形的个数为Q个，

步骤(2.2.6)，将步骤(2.2.5)中每批内所筛选出的R波波形转换为一系列断续Q个R波波形的电压方波脉冲，其幅值为步骤(2.2.5)中所筛选出的各R波波形的幅值的积分值，每一个方波脉冲的宽度等于R波波形的时长，

步骤(2.2.7)，通过扬声器，从每批第一个胎儿心电信号初始点开始，把步骤(2.2.6)得到的结果转换为胎儿的胎音输出。

2.根据权利要求1所述的胎儿心电信号实时转换为胎儿胎音的计算机仿真转换方法，其特征在于，步骤(2.2.5)是通过R波波形筛选模块来实现的，其步骤如下：

步骤(1)，找出包括R波波形在内的每批内所有的胎儿心电信号波形，

步骤(2)，找出R波波形的左右两个端点，步骤如下：

步骤(2.1)，将胎儿心电信号中过零点的前一时刻的下降斜率的绝对值明显小于后一时刻上升斜率的绝对值的点设为R波波形的左端点，将胎儿心电信号中过零点的前一时刻下降斜率的绝对值明显大于后一时刻上升斜率的绝对值的点设为R波波形右端点，且两端点的时间差大于等于20ms，

步骤(2.2)，顺序筛选出各个R波波形。