基于廣義特征值最大化的胎兒心電信號(hào)自適應(yīng)盲提取方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供一種基于廣義特征值最大化的胎兒心電信號(hào)自適應(yīng)盲提取方法，采集獲得包含母體及胎兒電生理信號(hào)的混合數(shù)據(jù)，基于自適應(yīng)實(shí)時(shí)算法，計(jì)算設(shè)定的周期范圍內(nèi)不同延遲的自相關(guān)矩陣關(guān)于協(xié)方差矩陣的特征值及特征向量，并選擇最大特征值對(duì)應(yīng)的特征向量為盲分離向量，從而提取出胎兒心電信號(hào)。本發(fā)明利用信號(hào)的二階統(tǒng)計(jì)特性，最小化噪聲與信號(hào)比。二階統(tǒng)計(jì)量方法計(jì)算簡(jiǎn)單，運(yùn)算量小，當(dāng)觀(guān)測(cè)向量的自相關(guān)矩陣的秩接近零時(shí)仍然可以有效計(jì)算，更便于擴(kuò)展為實(shí)時(shí)在線(xiàn)算法，有利于進(jìn)行產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】基于廣義特征值最大化的胎兒心電信號(hào)自適應(yīng)盲提取方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域，特別涉及一種基于廣義特征值最大化的胎兒心電信號(hào)自適應(yīng)盲提取方法。
【背景技術(shù)】
[0002]胎兒心電圖是反映胎兒宮內(nèi)狀況的一項(xiàng)重要生理指標(biāo)，通過(guò)胎兒心電圖監(jiān)測(cè)圍產(chǎn)期胎兒的健康狀況，對(duì)妊娠期胎兒宮內(nèi)缺氧、宮內(nèi)窘迫、先天性心臟病等疾病進(jìn)行早期診斷，可以減少新生兒出生缺陷及降低死亡率。
[0003]采用在母體腹部放置電極來(lái)獲取胎兒心電，是一種非入侵式檢測(cè)方法，獲取方便，對(duì)胎兒和孕婦無(wú)風(fēng)險(xiǎn)容 易被人們所接受，但是胎兒心電信號(hào)的獲取易受胎兒發(fā)育周期，宮內(nèi)位置的影響，而且胎兒心電信號(hào)是一種非常微弱的生理信號(hào)，腹部獲取的胎兒心電信噪比非常低，混雜著大量的噪聲信號(hào)，包括母體心電信號(hào)、工頻干擾、肌電信號(hào)、電極干擾、基線(xiàn)漂移等，特別是母體心電信號(hào)強(qiáng)度是胎兒心電信號(hào)的5-20倍多，胎兒心電信號(hào)幾乎被噪聲淹沒(méi)。由于胎兒心電信號(hào)與母親心電信號(hào)和其它噪聲信號(hào)的頻帶有較多的重疊部分，因此采用普通的濾波技術(shù)很難獲取完整的胎兒心電信號(hào)。
[0004]母親腹部提取的生物電信號(hào)中母親心電信號(hào)是主要的強(qiáng)干擾信號(hào)，為此人們最早提出采用自適應(yīng)濾波來(lái)分離胎兒心電，將母親心電信號(hào)作為參考信號(hào)，由于難以獲取無(wú)噪聲的母體心電參考信號(hào)，工頻、肌電等干擾噪聲也無(wú)法有效抑制或?yàn)V除，因此自適應(yīng)濾波法有很大的局限性，實(shí)際使用中的效果很差。近年來(lái)獨(dú)立分量分析法用來(lái)分離胎兒心電信號(hào)受到人們的廣泛研究和關(guān)注，獨(dú)立分量分析法要假定各個(gè)源信號(hào)統(tǒng)計(jì)獨(dú)立，要求觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)通道等于源信號(hào)數(shù)目，而這在實(shí)際操作中很難保證，因此導(dǎo)致在實(shí)際應(yīng)用中的分離效果不穩(wěn)定。其次獨(dú)立分量分析法分離的各個(gè)獨(dú)立分量結(jié)果不確定，需要專(zhuān)業(yè)人員通過(guò)觀(guān)測(cè)分離的各個(gè)分量結(jié)果來(lái)判斷哪個(gè)分量是胎兒心電信號(hào)，極大地限制了該方法在實(shí)際中的實(shí)時(shí)應(yīng)用。胎兒心電的提取最終是要實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的胎兒心電監(jiān)護(hù)，因此目前的提取方法無(wú)論在理論上和現(xiàn)有技術(shù)上都很不成熟。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了從母體腹部信號(hào)中提取較為純凈的胎兒心電，便于圍產(chǎn)期對(duì)母親和胎兒狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)，本發(fā)明提出了一種自適應(yīng)實(shí)時(shí)算法，該算法是基于二階統(tǒng)計(jì)量的盲提取方法，利用胎兒心電信號(hào)的周期性特點(diǎn)，最大化廣義特征值，與其他提取算法相比，只提取胎兒心電，減少了后期處理，而且二階統(tǒng)計(jì)量計(jì)算簡(jiǎn)單，復(fù)雜度低，運(yùn)算速度快，提取效果清晰穩(wěn)定。采用自適應(yīng)方法，便于實(shí)時(shí)應(yīng)用和后續(xù)開(kāi)發(fā)胎兒心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)。
[0006]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供一種基于廣義特征值最大化的胎兒心電信號(hào)自適應(yīng)盲提取方法:
從設(shè)置在母體腹部和或胸部的m個(gè)傳感器，采集獲得包含母體及胎兒電生理信號(hào)的混合數(shù)據(jù)；基于自適應(yīng)實(shí)時(shí)算法，對(duì)每次采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行以下操作:
將采集的所述混合數(shù)據(jù)設(shè)為?維觀(guān)測(cè)信號(hào)向量zfc);
計(jì)算不同延遲的自相關(guān)矩陣Afc):
【權(quán)利要求】
1.一種基于廣義特征值最大化的胎兒心電信號(hào)自適應(yīng)盲提取方法，其特征在于: 從設(shè)置在母體腹部和或胸部的m個(gè)傳感器，采集獲得包含母體及胎兒電生理信號(hào)的混合數(shù)據(jù)； 基于自適應(yīng)實(shí)時(shí)算法，對(duì)每次采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行以下操作: 將采集的所述混合數(shù)據(jù)設(shè)為?維觀(guān)測(cè)信號(hào)向量zfc); 計(jì)算不同延遲的自相關(guān)矩陣Afc):
2.如權(quán)利要求1所述基于廣義特征值最大化的胎兒心電信號(hào)自適應(yīng)盲提取方法，其特征在于: 在開(kāi)始采集前，先根據(jù)采樣頻率和胎兒心律的范圍估計(jì)，計(jì)算出胎兒心電信號(hào)的周期范圍。
【文檔編號(hào)】A61B5/0444GK103637796SQ201310729736
【公開(kāi)日】2014年3月19日 申請(qǐng)日期:2013年12月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月26日
【發(fā)明者】謝宏, 蘇博妮, 姚楠, 夏斌, 楊文璐 申請(qǐng)人:上海海事大學(xué)