一种基于母体心电信号的胎儿心率提取方法与流程

技术特征：

1.一种基于母体心电信号的胎儿心率提取方法，包括如下步骤：

(1)采集多通道的母体腹壁混合心电信号，并对其进行预处理，用以去除其中的高频噪声及基线漂移，使信号强度得以提高；

(2)从预处理后多通道的母体腹壁混合心电信号中选取出信号质量最好的一个通道的母体腹壁混合心电信号；

(3)在20～40Hz频带范围内对信号质量最好的一个通道的母体腹壁混合心电信号进行小波变换，得到对应的能量时序信号；

(4)基于所述的能量时序信号，从中提取出胎儿心电信号，进而得到胎儿心率。

2.根据权利要求1所述的胎儿心率提取方法，其特征在于：所述步骤(1)中对母体腹壁混合心电信号进行预处理，具体先利用一个低通滤波器去除信号中的高频噪声，再利用一个移动平均滤波器去除信号中的基线漂移，从而达到增强信号的作用。

3.根据权利要求2所述的胎儿心率提取方法，其特征在于：所述低通滤波器的信号处理表达式如下：

$y_n=\frac{1}{2M+1}{\mathrm{\Σ}}_{i=-M}^M{x}_{n+i}$

其中：x_n+i为任一通道母体腹壁混合心电信号第n+i时刻的信号值，y_n为低通滤波后该通道母体腹壁混合心电信号第n时刻的信号值，n为自然数，M为预设的移动窗口半边大小。

4.根据权利要求2所述的胎儿心率提取方法，其特征在于：所述移动平均滤波器的信号处理表达式如下：

${\stackrel{\‾}{y}}_n=\frac{1}{2N+1}{\mathrm{\Σ}}_{i=-N}^N{y}_{n+i}$

其中：y_n+i为低通滤波后任一通道母体腹壁混合心电信号第n+i时刻的信号值，为移动平均滤波后该通道母体腹壁混合心电信号第n时刻的信号值，n为自然数，N为预设的移动窗口半边大小。

5.根据权利要求1所述的胎儿心率提取方法，其特征在于：所述步骤(2)中综合关于QRS能量比值、信号峰度以及基线能量比值的三项信号指标，从预处理后多通道的母体腹壁混合心电信号中选取出信号质量最好的一个通道的母体腹壁混合心电信号。

6.根据权利要求5所述的胎儿心率提取方法，其特征在于：所述QRS能量比值的计算表达式如下：

$S=\frac{{\∫}_{f=5}^{f=15}P\left(f\right)df}{{\∫}_{f=5}^{f=40}P\left(f\right)df}$

其中：P(f)为预处理后任一通道母体腹壁混合心电信号的功率谱密度函数，S为预处理后该通道母体腹壁混合心电信号的QRS能量比值，f为频率。

7.根据权利要求5所述的胎儿心率提取方法，其特征在于：所述信号峰度的计算表达式如下：

$K=\frac{\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}{\left(X\right(i)-\mathrm{\μ})}^4}{{\left(\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}{\left(X\left(i\right)-\mathrm{\μ}\right)}^2\right)}^2}$

其中：X(i)为预处理后任一通道母体腹壁混合心电信号中的第i个采样值，N为预处理后该通道母体腹壁混合心电信号中的采样点个数，μ为预处理后该通道母体腹壁混合心电信号的平均采样值，K为预处理后该通道母体腹壁混合心电信号的信号峰度。

8.根据权利要求5所述的胎儿心率提取方法，其特征在于：所述基线能量比值的计算表达式如下：

$B=\frac{{\∫}_{f=1}^{f=40}P\left(f\right)df}{{\∫}_{f=0}^{f=40}P\left(f\right)df}$

其中：P(f)为预处理后任一通道母体腹壁混合心电信号的功率谱密度函数，B为预处理后该通道母体腹壁混合心电信号的基线能量比值，f为频率。

9.根据权利要求1所述的胎儿心率提取方法，其特征在于：所述步骤(3)中根据以下公式对信号质量最好的一个通道的母体腹壁混合心电信号进行小波变换：

其中：x(t)为信号质量最好的一个通道的母体腹壁混合心电信号，z(t)为x(t)经小波变换后得到的能量时序信号，a为缩放因子，b为平移参数，t为时间，为墨西哥帽小波函数的复数共轭。

10.根据权利要求1所述的胎儿心率提取方法，其特征在于：所述步骤(4)的具体实现过程如下：

4.1在20.8～25Hz频带范围内对信号质量最好的一个通道的母体腹壁混合心电信号进行小波变换，得到对应的能量时间序列，进而提取该序列中的模极大值；

4.2使所述的模极大值乘以比例系数得到一阈值，将所述能量时序信号中小于该阈值的信号值均置零，其余信号值保持不变，进而对处理后的能量时序信号进行小波反变换得到母体心电信号；

4.3对所述母体心电信号进行QRS波检测，排除心律小于60bpm的QRS波段，从而对检测得到R波波峰进行标记；

4.4对于所述母体心电信号中任一标记的R波波峰，使以该R波波峰为中心±0.1s范围内的信号值均置零；

4.5将所述能量时序信号中大于阈值的信号值均置零，其余信号值保持不变，进而对处理后的能量时序信号进行小波反变换；

4.6使步骤4.4处理后得到的心电信号与步骤4.5小波反变换后得到的心电信号相叠加，即得到所述胎儿心电信号。