一種基于非負(fù)盲分離胎兒心電瞬時(shí)心率識(shí)別方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種基于非負(fù)盲分離胎兒心電瞬時(shí)心率識(shí)別方法及系統(tǒng)，該方法包括：對(duì)胎兒心電圖機(jī)采集得到的心電信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，小波去噪后利用相干平均法去掉母親心電成分獲取胎兒心電信號(hào)，將胎兒心電信號(hào)變換到時(shí)頻域，得到Choi-Williams譜和Born-Jordan譜，再變?yōu)榉秦?fù)頻譜；利用非負(fù)矩陣分解進(jìn)行盲分離，得到胎兒心電信號(hào)的非負(fù)時(shí)頻分量；求瞬時(shí)心率，對(duì)所求胎兒心電信號(hào)的非負(fù)時(shí)頻分量進(jìn)行極大值檢測(cè)，設(shè)定閾值；采用區(qū)間遍歷法求信號(hào)區(qū)間的最大值，求出心電曲線的所有峰值點(diǎn)；將求得心電曲線的所有峰值坐標(biāo)進(jìn)行換算，依次進(jìn)行前向差分，由瞬時(shí)心率公式求得胎兒的瞬時(shí)心率。本發(fā)明的識(shí)別具有快速簡(jiǎn)單，準(zhǔn)確率高的特點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】一種基于非負(fù)盲分離胎兒心電瞬時(shí)心率識(shí)別方法及系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及醫(yī)療器械領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于非負(fù)盲分離胎兒心電瞬時(shí)心 率識(shí)別方法及系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 胎兒心電圖是一種重要的胎兒監(jiān)護(hù)手段，是一種檢測(cè)胎兒在子宮內(nèi)健康狀況的重 要方法，能夠反映胎兒心臟的全貌。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)的重要監(jiān)護(hù)指標(biāo)。然而由于采集的胎兒心電信號(hào) 幅度小，信號(hào)的噪聲比低且大都混雜有幅度大，分布廣的噪聲干擾，例如常見的工頻干擾、 呼吸、肌電等引起的噪聲，其中最主要的干擾是母體心電信號(hào)（MaternalECG，MECG)，它給 醫(yī)學(xué)診斷帶來(lái)極大的困難。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，研宄如何準(zhǔn)確、便捷，有效地測(cè)量圍產(chǎn)期胎心電的瞬 時(shí)心率具有及其重要的實(shí)用價(jià)值和臨床意義。
[0003] 目前已經(jīng)有許多采用其它技術(shù)來(lái)提取胎兒心電信號(hào)（FECG)的報(bào)道，如相干平均、 自相關(guān)和互相關(guān)、自適應(yīng)濾波、基于奇異值分解和主分量分析等。但這些技術(shù)的提取方法受 很多限制，或計(jì)算過(guò)于復(fù)雜，或需要更多的人工干預(yù)。
[0004] 非負(fù)矩陣分解（NonnegativeMatrixFactorization，NMF)是近十年來(lái)隨著盲信 號(hào)分離技術(shù)的發(fā)展而出現(xiàn)的一種新的信號(hào)處理技術(shù)。由于它的算法簡(jiǎn)單，計(jì)算量小，適用范 圍廣，已逐漸成為信號(hào)處理領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明首先提出一種基于非負(fù)盲分離胎兒心電瞬 時(shí)心率識(shí)別方法，針對(duì)由胎兒心電圖機(jī)采集得到的胎兒心電信號(hào)，本發(fā)明能快速簡(jiǎn)便的計(jì) 算出胎兒的瞬時(shí)心率，更好的服務(wù)于臨床胎兒監(jiān)護(hù)。
[0006] 本發(fā)明的又一目的是提出一種基于非負(fù)盲分離胎兒心電瞬時(shí)心率識(shí)別系統(tǒng)。
[0007] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：
[0008] 一種基于非負(fù)盲分離胎兒心電瞬時(shí)心率識(shí)別方法，包括以下步驟：
[0009] SI.對(duì)胎兒心電圖機(jī)采集得到的心電信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，其預(yù)處理包括小波去噪、 利用相干平均法去掉心電信號(hào)中母親心電成分獲取胎兒心電信號(hào)，并其將胎兒心電信 號(hào)變換到時(shí)頻域，得到Choi-Williams譜和Born-Jordan譜，再將Choi-Williams譜和 Born-Jordan譜變?yōu)榉秦?fù)頻譜；
[0010] S2.利用非負(fù)矩陣分解進(jìn)行盲分離，對(duì)胎兒心電信號(hào)的Choi_Wi11iams譜和 Born-Jordan譜進(jìn)行處理，得到胎兒心電信號(hào)的非負(fù)時(shí)頻分量；
[0011] S3.求取瞬時(shí)心率，包括峰值點(diǎn)檢測(cè)和差分法求瞬時(shí)心率，其中峰值點(diǎn)檢測(cè)是對(duì)所 求胎兒心電信號(hào)的非負(fù)時(shí)頻分量進(jìn)行極大值檢測(cè)，設(shè)定閾值；采用區(qū)間遍歷法求心電信號(hào)
[0012] 進(jìn)一步的，所述步驟Sl中的小波去噪的具體實(shí)現(xiàn)方式為：采用Daubechies小波， 小波基為db4,進(jìn)行2級(jí)分解，取小波變換后的細(xì)節(jié)系數(shù)第二級(jí)信號(hào)xdl進(jìn)行閾值去噪操作， 去噪的閾值取信號(hào)幅度絕對(duì)值最大值的〇. 06?0. 08倍；
[0013] 利用相干平均法去掉心電信號(hào)中母親心電成分的具體實(shí)現(xiàn)方式為：根據(jù)母親心電 信號(hào)成分的模板將心電信號(hào)中的母親心電信號(hào)依次減去，所得心電信號(hào)為預(yù)處理后的胎兒 心電信號(hào)；
[0014] 所述信號(hào)變換到時(shí)頻域的具體實(shí)現(xiàn)方式為：利用Choi-Williams時(shí)頻變換和 Born-Jordan時(shí)頻變換對(duì)胎兒心電信號(hào)xdl進(jìn)行處理得到Choi-Williams譜、Born-Jordan 譜，然后分別與它們的共軛復(fù)數(shù)相乘即可得到非負(fù)Choi-Williams譜和Born-Jordan譜， 記非負(fù)Choi-Williams譜為X1，非負(fù)Born-Jordan譜為X2，并將xJPX2合并為矩陣X=
[X1,X2] 〇
[0015] 進(jìn)一步的，所述步驟S2中利用非負(fù)矩陣分解進(jìn)行盲分離的方式為：

【權(quán)利要求】
1. 一種基于非負(fù)盲分離胎兒心電瞬時(shí)心率識(shí)別方法，其特征在于，包括以下步驟：
51. 對(duì)胎兒心電圖機(jī)采集得到的心電信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，其預(yù)處理過(guò)程包括小波去噪、 利用相干平均法去掉心電信號(hào)中母親心電成分獲取胎兒心電信號(hào)，并其將胎兒心電信 號(hào)變換到時(shí)頻域，得到Choi-Williams譜和Born-Jordan譜，再將Choi-Williams譜和 Born-Jordan譜變?yōu)榉秦?fù)頻譜；
52. 利用非負(fù)矩陣分解進(jìn)行盲分離，對(duì)胎兒心電信號(hào)的Choi-Williams譜和 Born-Jordan譜進(jìn)行處理，得到胎兒心電信號(hào)的非負(fù)時(shí)頻分量；
53. 求取瞬時(shí)心率，包括峰值點(diǎn)檢測(cè)和差分法求瞬時(shí)心率，其中峰值點(diǎn)檢測(cè)是對(duì)所求胎 兒心電信號(hào)的非負(fù)時(shí)頻分量進(jìn)行極大值檢測(cè)，設(shè)定閾值；采用區(qū)間遍歷法求心電信號(hào)區(qū)間 的最大值，再求出心電曲線的所有峰值點(diǎn)；差分法求瞬時(shí)心率是將所求得心電曲線的所有 峰值坐標(biāo)進(jìn)行換算，然后依次進(jìn)行前向差分，再根據(jù)瞬時(shí)心率公式求得胎兒的瞬時(shí)心率。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于非負(fù)盲分離胎兒心電瞬時(shí)心率識(shí)別方法，其特征在于， 所述步驟S1中的小波去噪的具體實(shí)現(xiàn)方式為：采用Daubechies小波，小波基為db4,進(jìn)行 2級(jí)分解，取小波變換后的細(xì)節(jié)系數(shù)第二級(jí)信號(hào)xdl進(jìn)行閾值去噪操作，去噪的閾值取信號(hào) 幅度絕對(duì)值最大值的〇. 06?0. 08倍； 利用相干平均法去掉心電信號(hào)中母親心電成分的具體實(shí)現(xiàn)方式為：根據(jù)母親心電信號(hào) 成分的模板將心電信號(hào)中的母親心電信號(hào)依次減去，所得心電信號(hào)為預(yù)處理后的胎兒心電 信號(hào)； 所述信號(hào)變換到時(shí)頻域的具體實(shí)現(xiàn)方式為：利用Choi-Williams時(shí)頻變換和Born-Jordan時(shí)頻變換對(duì)胎兒心電信號(hào)xdl進(jìn)行處理得到Choi-Williams譜、Born-Jordan 譜，然后分別與它們的共軛復(fù)數(shù)相乘即可得到非負(fù)Choi-Williams譜和Born-Jordan譜， 記非負(fù)Choi-Williams譜為Xi，非負(fù)Born-Jordan譜為x2，并將xJPx2合并為矩陣X= [x1；x2] 〇
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于非負(fù)盲分離胎兒心電瞬時(shí)心率識(shí)別方法，其特征在于， 所述步驟S3中峰值點(diǎn)檢測(cè)的具體方式為：對(duì)胎兒心電圖非負(fù)時(shí)頻分量進(jìn)行分解和取值，得 到獨(dú)立非負(fù)時(shí)頻分量1和獨(dú)立非負(fù)時(shí)頻分量2,然后對(duì)獨(dú)立非負(fù)時(shí)頻分量1進(jìn)行極大值檢 測(cè)，對(duì)結(jié)果進(jìn)行觀測(cè)，設(shè)定對(duì)應(yīng)的閾值；采用區(qū)間遍歷法求信號(hào)區(qū)間的最大值，再求出該曲 線的所有峰值點(diǎn)；該步驟中采用閾值檢測(cè)，閾值的定義如下：
其中，P為閾值，對(duì)取得的結(jié)果進(jìn)行峰值觀測(cè)，y取〇. 3，為所有極值點(diǎn)ei，i= 1，…，n的幅值的平均值。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于非負(fù)盲分離胎兒心電瞬時(shí)心率識(shí)別方法，其特征在于， 所述步驟S3中差分法求瞬時(shí)心率的具體方式為：將所求得曲線的所有峰值坐標(biāo)進(jìn)行換算， 然后依次進(jìn)行前向差分，再根據(jù)瞬時(shí)心率公式求得胎兒的瞬時(shí)心率； 其中瞬時(shí)心率為：
At每?jī)上噜彿逯档臅r(shí)間間隔，即所求的u為瞬時(shí)心率。
5. -種基于非負(fù)盲分離胎兒心電瞬時(shí)心率識(shí)別系統(tǒng)，其特征在于，包括： 預(yù)處理模塊，用于對(duì)胎兒心電圖機(jī)采集得到的心電信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，其預(yù)處理過(guò)程包 括小波去噪、利用相干平均法去掉心電信號(hào)中母親心電成分獲取胎兒心電信號(hào)，并其將胎 兒心電信號(hào)變換到時(shí)頻域，得到Choi-Williams譜和Born-Jordan譜，再將Choi-Williams 譜和Born-Jordan譜變?yōu)榉秦?fù)頻譜； 盲分離模塊，采用非負(fù)矩陣分解進(jìn)行盲分離，是對(duì)胎兒心電信號(hào)的Choi-Williams譜 和Born-Jordan譜進(jìn)行處理，得到胎兒心電信號(hào)的非負(fù)時(shí)頻分量； 瞬時(shí)心率獲取模塊，用于求取瞬時(shí)心率，具體為：包括峰值點(diǎn)檢測(cè)和差分法求瞬時(shí)心 率，其中峰值點(diǎn)檢測(cè)是對(duì)所求胎兒心電信號(hào)的非負(fù)時(shí)頻分量進(jìn)行極大值檢測(cè)，設(shè)定閾值；采 用區(qū)間遍歷法求心電信號(hào)區(qū)間的最大值，再求出心電曲線的所有峰值點(diǎn)；差分法求瞬時(shí)心 率是將所求得心電曲線的所有峰值坐標(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 率公式求得胎兒的瞬時(shí)心率。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于非負(fù)盲分離胎兒心電瞬時(shí)心率識(shí)別系統(tǒng)，其特征在于， 所述預(yù)處理模塊中的小波去噪的具體實(shí)現(xiàn)方式為：采用Daubechies小波，小波基為db4,進(jìn) 行2級(jí)分解，取小波變換后的細(xì)節(jié)系數(shù)第二級(jí)信號(hào)xdl進(jìn)行閾值去噪操作，去噪的閾值取信 號(hào)幅度絕對(duì)值最大值的〇. 06?0. 08倍； 利用相干平均法去掉心電信號(hào)中母親心電成分的具體實(shí)現(xiàn)方式為：根據(jù)母親心電信號(hào) 成分的模板將心電信號(hào)中的母親心電信號(hào)依次減去，所得心電信號(hào)為預(yù)處理后的胎兒心電 信號(hào)； 所述信號(hào)變換到時(shí)頻域的具體實(shí)現(xiàn)方式為：利用Choi-Williams時(shí)頻變換和Born-Jordan時(shí)頻變換對(duì)胎兒心電信號(hào)xdl進(jìn)行處理得到Choi-Williams譜、Born-Jordan 譜，然后分別與它們的共軛復(fù)數(shù)相乘即可得到非負(fù)Choi-Williams譜和Born-Jordan譜， 記非負(fù)Choi-Williams譜為Xi，非負(fù)Born-Jordan譜為x2，并將xJPx2合并為矩陣X= [x1；x2] 〇
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于非負(fù)盲分離胎兒心電瞬時(shí)心率識(shí)別系統(tǒng)，其特征在于， 所述瞬時(shí)心率獲取模塊中峰值點(diǎn)檢測(cè)的具體方式為：對(duì)胎兒心電圖非負(fù)時(shí)頻分量進(jìn)行分解 和取值，得到獨(dú)立非負(fù)時(shí)頻分量1和獨(dú)立非負(fù)時(shí)頻分量2,然后對(duì)獨(dú)立非負(fù)時(shí)頻分量1進(jìn)行 極大值檢測(cè)，對(duì)結(jié)果進(jìn)行觀測(cè)，設(shè)定對(duì)應(yīng)的閾值；采用區(qū)間遍歷法求信號(hào)區(qū)間的最大值，再 求出該曲線的所有峰值點(diǎn)；該步驟中采用閾值檢測(cè)，閾值的定義如下：
其中，P為閾值，對(duì)取得的結(jié)果進(jìn)行峰值觀測(cè)，y取〇. 3，
為所有極值點(diǎn)ei，i= 1，…，n的幅值的平均值。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于非負(fù)盲分離胎兒心電瞬時(shí)心率識(shí)別系統(tǒng)，其特征在于， 所述瞬時(shí)心率獲取模塊中差分法求瞬時(shí)心率的具體方式為：將所求得曲線的所有峰值坐標(biāo) 進(jìn)行換算，然后依次進(jìn)行前向差分，再根據(jù)瞬時(shí)心率公式求得胎兒的瞬時(shí)心率； 其中瞬時(shí)心率為：
At每?jī)上噜彿逯档臅r(shí)間間隔，即所求的u為瞬時(shí)心率。
【文檔編號(hào)】A61B5/0402GK104473631SQ201410777741
【公開日】2015年4月1日 申請(qǐng)日期:2014年12月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月12日
【發(fā)明者】康嘉文, 謝侃, 謝勝利, 蔡坤, 王旭 申請(qǐng)人:廣東工業(yè)大學(xué)