一種基于香農(nóng)包絡(luò)的胎兒瞬時(shí)心率檢測(cè)方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于香農(nóng)包絡(luò)的胎兒瞬時(shí)心率檢測(cè)方法及裝置，其中檢測(cè)方法是：采集胎心音信號(hào)；對(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行濾波、歸一化處理，得到預(yù)處理信號(hào)；根據(jù)預(yù)處理信號(hào)計(jì)算香農(nóng)包絡(luò)，繪制香農(nóng)包絡(luò)曲線；根據(jù)香農(nóng)包絡(luò)曲線計(jì)算胎兒瞬時(shí)心率，方法簡(jiǎn)單，結(jié)果準(zhǔn)確，更好的服務(wù)于臨床胎兒監(jiān)護(hù)?；谙戕r(nóng)包絡(luò)的胎兒瞬時(shí)心率檢測(cè)裝置包括：數(shù)據(jù)采集單元、預(yù)處理單元、香農(nóng)包絡(luò)繪制單元、瞬時(shí)心率計(jì)算單元、顯示單元和打印單元，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能可靠，直接顯示結(jié)果，使用方便。
【專利說(shuō)明】-種基于香農(nóng)包絡(luò)的胎兒瞬時(shí)心率檢測(cè)方法及裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及胎心監(jiān)護(hù)領(lǐng)域,更具體地,涉及一種基于香農(nóng)包絡(luò)的胎兒瞬時(shí)心率檢 測(cè)方法及裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 胎心監(jiān)護(hù)是--種預(yù)測(cè)胎兒在子宮內(nèi)健康狀況最普遍的胎兒監(jiān)護(hù)方法。早在19世 紀(jì)初就有產(chǎn)科醫(yī)師通過(guò)胎心聽(tīng)診估計(jì)胎兒宮內(nèi)狀況，隨著超聲多普勒技術(shù)的發(fā)展，生產(chǎn)的 電子胎心監(jiān)護(hù)（electronic fetal monitoring, EFM)已成為目前最常用的胎兒監(jiān)護(hù)方法。 健康的胎兒隨子宮內(nèi)環(huán)境的不同時(shí)刻發(fā)生著微妙的變化，而且胎兒心率的變化是循環(huán)系統(tǒng) 和中樞神經(jīng)系統(tǒng)機(jī)能調(diào)節(jié)的表現(xiàn),因此在圍產(chǎn)期對(duì)胎兒進(jìn)行胎心率檢測(cè)可以了解胎兒在子 宮內(nèi)的儲(chǔ)備能力，以及乏氧的耐受力，能夠大大地減少因缺氧、缺血而出現(xiàn)的窘迫，導(dǎo)致的 胎兒出生缺陷，甚至胎兒死亡的情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn),及時(shí)治療,最大限度降低先天缺陷兒的出 生率,從而提高我國(guó)的人口質(zhì)量。因此,胎心率檢測(cè)對(duì)我國(guó)大力提倡的優(yōu)生優(yōu)育有著及其重 要的意義。
[0003] 但是，由于采集的胎心音大都混雜有幅度大，分布廣的噪聲千擾，以及胎兒身體在 母親體內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)的聲音信號(hào)強(qiáng)弱變化幅度比較大。在時(shí)域和頻域上,這些干擾信號(hào)混疊在 一起對(duì)胎兒心音信號(hào)的瞬時(shí)心率計(jì)算造成很大的影響。因此,研究如何準(zhǔn)確、便捷,有效地 測(cè)量圍產(chǎn)期胎心音的瞬時(shí)心率具有及其重要的實(shí)用價(jià)值和臨床意義。
[0004] 很早以前就已經(jīng)有人開(kāi)始研究胎心監(jiān)護(hù)了，胎心監(jiān)護(hù)的最主要指標(biāo)之一就是胎兒 的瞬時(shí)心率，胎兒瞬時(shí)心率的研究方法有很多種，大致可分為如下幾種： (1)基于心電模式的匹配濾波法計(jì)算胎兒心率?；舅枷耄菏紫葘⑻盒碾姺蛛x出來(lái)， 其次胎兒心電信號(hào)R波定位,最后求胎兒的瞬時(shí)心率。由于R波定位之前的匹配濾波對(duì)模 版的要求比較高,混合信號(hào)與模版相減要求有較高的精度，因此在選取模版、閾值、相位、幅 值修正上采取多種措施來(lái)保證分離信號(hào)的準(zhǔn)確性，比較復(fù)雜，算法也很冗雜。
[0005] (2)基于心音模式的自相關(guān)的方法計(jì)算胎兒心率。眾所周知，相關(guān)方法是從加性噪 聲中提取已知波形,特別是對(duì)于確定性的周期信號(hào)是一種好方法。用自相關(guān)方法提取胎兒 心率信號(hào)，效果不夠好，主要是因?yàn)樘盒囊粜盘?hào)具有周期性，但不是確定性的周期信號(hào)， 并且胎兒心音信號(hào)波形也是受到胎兒本身以及其周圍環(huán)境的影響，周期不是固定不變的。 周期與波形均帶有隨機(jī)性變化造成自相關(guān)函數(shù)波形難以檢測(cè)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足,本發(fā)明提出了一種基于香農(nóng)包絡(luò)的胎兒瞬時(shí)心率檢測(cè) 方法,能快速簡(jiǎn)便的檢測(cè)出胎兒的瞬時(shí)心率,更好的服務(wù)于臨床胎兒監(jiān)護(hù)。
[0007] 本發(fā)明還提出--種基于香農(nóng)包絡(luò)的胎兒瞬時(shí)心率檢測(cè)裝置,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能可靠， 直接顯示結(jié)果，使用方便。
[0008] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為： 一種基于香農(nóng)包絡(luò)的胎兒瞬時(shí)心率檢測(cè)方法，包括以下步驟： 51. 采集胎心音信號(hào)； 52. 對(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行濾波、歸一化處理,得到預(yù)處理信號(hào)； 53. 根據(jù)預(yù)處理信號(hào)計(jì)算香農(nóng)包絡(luò)，繪制香農(nóng)包絡(luò)曲線,具體步驟為： 531. 利用窗函數(shù)對(duì)預(yù)處理信號(hào)進(jìn)行截?。?532. 基于截取的采樣點(diǎn)數(shù)，計(jì)算信號(hào)的平均香農(nóng)能量； 533. 利用得到的平均香農(nóng)能量，計(jì)算信號(hào)的香農(nóng)包絡(luò)，繪制香農(nóng)包絡(luò)曲線； 54. 根據(jù)香農(nóng)包絡(luò)曲線計(jì)算胎兒瞬時(shí)心率，具體步驟為： 541. 對(duì)香農(nóng)包絡(luò)曲線進(jìn)行極大值檢測(cè)； 542. 對(duì)求得的極大值進(jìn)行雙閾值檢測(cè)，得到曲線的峰值點(diǎn)； 543. 基于曲線的峰值點(diǎn)，利用差分法，計(jì)算胎兒瞬時(shí)心率。
[0009] 本發(fā)明提出的基于香農(nóng)包絡(luò)的胎兒瞬時(shí)心率檢測(cè)方法,計(jì)算簡(jiǎn)單，結(jié)果準(zhǔn)確率高， 便于應(yīng)用。
[0010] 所述S2中，對(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行濾波、歸一化處理,得到預(yù)處理信號(hào),具體是：通過(guò) 巴特沃斯低通濾波器對(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行濾波,然后求出信號(hào)絕對(duì)值的最大值,所有信號(hào)依 次除以該最大值,得到預(yù)處理信號(hào)。
[0011] 所述S31中,利用窗函數(shù)對(duì)預(yù)處理信號(hào)進(jìn)行截取,具體是：設(shè)置窗函數(shù)的窗口長(zhǎng)度 為L(zhǎng)秒，窗口的重疊長(zhǎng)度為d秒，依據(jù)所設(shè)置的窗函數(shù)對(duì)預(yù)處理信號(hào)進(jìn)行截取。
[0012] 所述S32中，基于截取的采樣點(diǎn)數(shù)，計(jì)算信號(hào)的平均香農(nóng)能量，具體是：根據(jù)平均 香農(nóng)能量定義，計(jì)算信號(hào)的平均香農(nóng)能量，平均香農(nóng)能量定義如下：

【權(quán)利要求】
1. 一種基于香農(nóng)包絡(luò)的胎兒瞬時(shí)心率檢測(cè)方法,其特征在于,包括：
51. 采集胎心音信號(hào)；
52. 對(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行濾波、歸一化處理,得到預(yù)處理信號(hào)；
53. 根據(jù)預(yù)處理信號(hào)計(jì)算香農(nóng)包絡(luò)，繪制香農(nóng)包絡(luò)曲線，具體步驟為：
531. 利用窗函數(shù)對(duì)預(yù)處理信號(hào)進(jìn)行截??；
532. 基于截取的采樣點(diǎn)數(shù),計(jì)算信號(hào)的平均香農(nóng)能量；
533. 利用得到的平均香農(nóng)能量，計(jì)算信號(hào)的香農(nóng)包絡(luò)，繪制香農(nóng)包絡(luò)曲線；
54. 根據(jù)香農(nóng)包絡(luò)曲線計(jì)算胎兒瞬時(shí)心率，具體步驟為：
541. 對(duì)香農(nóng)包絡(luò)曲線進(jìn)行極大值檢測(cè)；
542. 對(duì)求得的極大值進(jìn)行雙閾值檢測(cè),得到曲線的峰值點(diǎn)；
543. 基于曲線的峰值點(diǎn)，利用差分法，計(jì)算胎兒瞬時(shí)心率。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于香農(nóng)包絡(luò)的胎兒瞬時(shí)心率檢測(cè)方法，其特征在于，所述 S2中，對(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行濾波、歸一化處理，得到預(yù)處理信號(hào)，具體是：通過(guò)巴特沃斯低通 濾波器對(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行濾波，然后求出信號(hào)絕對(duì)值的最大值,所有信號(hào)依次除以該最大 值，得到預(yù)處理信號(hào)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于香農(nóng)包絡(luò)的胎兒瞬時(shí)心率檢測(cè)方法，其特征在于,所述 S31中，利用窗函數(shù)對(duì)預(yù)處理信號(hào)進(jìn)行截取，具體是：設(shè)置窗函數(shù)的窗口長(zhǎng)度為L(zhǎng)秒，窗口的 重疊長(zhǎng)度為d秒,依據(jù)所設(shè)置的窗函數(shù)對(duì)預(yù)處理信號(hào)進(jìn)行截取。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于香農(nóng)包絡(luò)的胎兒瞬時(shí)心率檢測(cè)方法，其特征在于，所述 S32中，基于截取的采樣點(diǎn)數(shù),計(jì)算信號(hào)的平均香農(nóng)能量，具體是：根據(jù)平均香農(nóng)能量定義， 計(jì)算信號(hào)的平均香農(nóng)能量，平均香農(nóng)能量定義如下：
J預(yù)處理信號(hào)，N為窗函 數(shù)對(duì)預(yù)處理信號(hào)截取的采樣點(diǎn)數(shù)，S5(t)為第t段信號(hào)的平均香農(nóng)能量。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于香農(nóng)包絡(luò)的胎兒瞬時(shí)心率檢測(cè)方法，其特征在于，所述 S33中，利用得到的平均香農(nóng)能量，計(jì)算信號(hào)的香農(nóng)包絡(luò)，繪制香農(nóng)包絡(luò)曲線,具體是：通過(guò) 香農(nóng)包絡(luò)定義，計(jì)算信號(hào)的香農(nóng)包絡(luò),繪制香農(nóng)包絡(luò)曲線，香農(nóng)包絡(luò)定義如下：
沖，&|>)為第t段信號(hào)的平均香農(nóng)能量，MJXJO)為F iOO 的平均值,5(?￡(?)〕為ErO)的標(biāo)準(zhǔn)差為第t段信號(hào)的香農(nóng)包絡(luò)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于香農(nóng)包絡(luò)的胎兒瞬時(shí)心率檢測(cè)方法,其特征在于,所述 S42中，對(duì)求得的極大值進(jìn)行雙閾值檢測(cè)，得到曲線的峰值點(diǎn)，具體是：利用第一閾值對(duì)求 得的信號(hào)極大值進(jìn)行檢測(cè),求得曲線的峰值點(diǎn),再對(duì)求得的曲線峰值點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行差分，差分 值與經(jīng)驗(yàn)值進(jìn)行比較,利用第二閾值對(duì)差分值大的峰值點(diǎn)進(jìn)行二次求峰值,得到曲線的所 有峰值點(diǎn)； 第一閾值的定義如下：
(,其中，P1S第一閾值的值,;<ι為().
為香農(nóng)包絡(luò)曲 線的所有極值點(diǎn)的幅值的平均值； 第二閾值的定義如下：
,其中，P:為第二閾值的值，化為〇. OOl
為二次求 峰值部分所有極值點(diǎn)的幅值的平均值。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于香農(nóng)包絡(luò)的胎兒瞬時(shí)心率檢測(cè)方法，其特征在于,所述 S43中，基于曲線的峰值點(diǎn),利用差分法,計(jì)算胎兒瞬時(shí)心率，具體是：將所求得曲線的所有 峰值點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行換算，然后依次進(jìn)行前向差分，再根據(jù)瞬時(shí)心率公式，計(jì)算胎兒瞬時(shí)心率， 瞬時(shí)心率公式如下： V = τ?:，其中，射為每?jī)上噜徬戕r(nóng)包絡(luò)間的時(shí)間間隔，Y為瞬時(shí)心率。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于香農(nóng)包絡(luò)的胎兒瞬時(shí)心率檢測(cè)方法，其特征在于，所述 S2中，巴特沃斯低通濾波器的截止頻率fc=882Hz。
9. 一種基于香農(nóng)包絡(luò)的胎兒瞬時(shí)心率檢測(cè)裝置,其特征在于,包括： 數(shù)據(jù)采集單元，用于采集胎心音信號(hào)； 預(yù)處理單元，用于對(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行濾波、歸一化處理，得到預(yù)處理信號(hào)； 香農(nóng)包絡(luò)繪制單元,用于根據(jù)預(yù)處理信號(hào)計(jì)算香農(nóng)包絡(luò),繪制香農(nóng)包絡(luò)曲線,香農(nóng)包絡(luò) 繪制單元包括： 信號(hào)截取子單元，利用窗函數(shù)對(duì)預(yù)處理信號(hào)進(jìn)行截?。? 平均香農(nóng)能量計(jì)算子單元，基于截取的采樣點(diǎn)數(shù)，計(jì)算信號(hào)的平均香農(nóng)能量； 繪制子單元,利用得到的平均香農(nóng)能量,計(jì)算信號(hào)的香農(nóng)包絡(luò),繪制香農(nóng)包絡(luò)曲線； 瞬時(shí)心率計(jì)算單元,用于根據(jù)香農(nóng)包絡(luò)曲線計(jì)算胎兒瞬時(shí)心率,瞬時(shí)心率計(jì)算單元包 括： 極大值檢測(cè)子單元,對(duì)香農(nóng)包絡(luò)曲線進(jìn)行極大值檢測(cè)； 雙閾值檢測(cè)子單元,對(duì)求得的極大值進(jìn)行雙閾值檢測(cè)，得到曲線的峰值點(diǎn)； 計(jì)算子單元，基于曲線的峰值點(diǎn)，利用差分法，計(jì)算胎兒瞬時(shí)心率； 顯示單元，用于顯示瞬時(shí)心率計(jì)算單元得到的胎兒瞬時(shí)心率； 打印單元，用于打印顯示單元顯示的胎兒瞬時(shí)心率。
【文檔編號(hào)】A61B8/02GK104367344SQ201410530501
【公開(kāi)日】2015年2月25日 申請(qǐng)日期:2014年10月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月10日
【發(fā)明者】謝勝利, 于宣福, 蔡坤, 馮愛(ài), 王賽紅, 堯永賢 申請(qǐng)人:廣東工業(yè)大學(xué)