[发明专利]一种胎儿心电图波形提取方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种胎儿心电图波形提取方法，属于数据处理领域。

背景技术

胎儿心电(FECG)的提取是围产期的一项重要监测项目。其目的是为了了解怀孕期间胎儿心脏的健康状况。通常是在母体腹部适当位置处放置若干体表电极以测量胎儿心电。

要获取清晰正确的FECG是比较困难的。现有的FECG分析机的成功提取率在90％左右。这是因为FECG信号本身很微弱，而孕妇的心电图信号很强。二者有明显的幅度差别：孕妇的心电图信号幅度一般是FECG的几十倍，孕妇的心电图信号对FECG信号产生严重的干扰。除了孕妇心电图的干扰外，还有许多其他的干扰——各种电子设备产生的干扰，如工频干扰，电子设备产生的噪声；肌电信号，母体肌肉蠕动产生的干扰信号；呼吸干扰，母体呼吸产生的低频干扰信号。

目前已有许多采用其它技术来提取胎儿心电图的报道，如匹配滤波、基于自相关与互相关的方法、自适应噪声抵消、奇异值分解等。但这些方法都存在一些缺陷，如提取效果受电极放置的位置、人工干预、胎儿姿态等的影响。

随着盲源分离技术的发展，人们开始尝试用独立分量分析的方法来提取胎儿心电图。独立分量分析是指在多个独立信源与混合矩阵均未知的情况下，寻找某种算法，能够从观测信号中恢复出源信号中各个独立分量。在胎儿心电测量值中，噪声是混合的，混合系数决定于身体的几何因素和软组织的导电率，因此噪声基本上是恒定的，而且这些信源间相互独立，符合独立分量分析基本要求，所以采用独立分量分析技术来提取是一项可行的办法。但是，从大量接收的混合信号中把所有的源信号都分离出来耗时大，计算量大，因此最理想的算法是从接收信号中直接把需要的胎儿心电图提取出来。

实际上我们只需要获取胎儿的心电图，这时盲源分离问题就变为盲源提取问题。盲源提取较盲源分离有很多优点，当只需要提取少量有用信号时，前者效率更高，能节省处理时间；同时前者还可有效利用感兴趣的信号某些先验统计特性，即所谓的半盲提取，从而进一步提高算法的效率。因此利用盲源提取技术获得胎儿心电图波形相较于利用盲源分离技术更具有优点。

发明内容

本发明提供了一种胎儿心电图波形提取方法，实现了一种利用盲源提取技术获得胎儿心电图波形的方法。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种胎儿心电图波形提取方法，包括以下步骤，

步骤一，将电极传感器测量获得的信号x依次进行中心化去均值和白化，获得处理后的信号

步骤二，依据胎儿心电图的自相关函数在τ_i∈[107,117]有一个峰值点的先验知识，求取信号的相关矩阵：其中E{·}为期望值运算符，为的转置，t为采样点，τ_i为固定的时滞；

步骤三，对相关矩阵进行特征值分解；

步骤四，记最大特征值对应的特征向量为w，提取出的胎儿心电图波形y为：

所述中心化去均值的公式为，

所述处理后的信号的公式为，其中V为白化矩阵。

白化后的信号的各个分量是正交的，即有其中I为单位矩阵。

所述τ_i＝112。

本发明所达到的有益效果：本发明利用胎儿心电图信号的时间结构，构造了盲源提取方法的代价函数，利用特征值分解技术对代价函数进行特征值分解，最大特征值对应的特征向量就是盲源提取所需的向量，从而得到胎儿心电图波形，效率高；同时算法对感兴趣信号源的自相关函数峰值点估值不敏感。

具体实施方式

以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

一种胎儿心电图波形提取方法，包括以下步骤：

步骤一，将电极传感器测量获得的信号x依次进行中心化去均值和白化，获得处理后的信号

中心化去均值的公式为，处理后的信号的公式为，其中V为白化矩阵，白化后的信号的各个分量是正交的，即有其中I为单位矩阵。

步骤二，依据胎儿心电图的自相关函数在τ_i∈[107,117]有一个峰值点的先验知识，求取信号的相关矩阵：其中E{·}为期望值运算符，为的转置，t为采样点，τ_i为固定的时滞，当τ_i＝112时效果最优。

步骤三，对相关矩阵进行特征值分解。

步骤四，记最大特征值对应的特征向量为w，提取出的胎儿心电图波形y为：

下面采用对比实验对本发明进行进一步说明：