一种基于低信噪比条件下胎儿心电盲分离方法技术

本发明专利技术公开了一种基于低信噪比条件下胎儿心电盲分离方法，首先对多路源信号进行梳状滤波消除50Hz及其高次谐波的工频干扰以及基线漂移、抗混叠低通滤波去除频率大于采样频率一半的高频信号成分，再对滤波后的源信号进行小波变换，得到各尺度的高频系数和低频系数，对各尺度高频系数进行峰值函数处理得到含有母亲心电信息的高频系数，利用小波重构得到母亲心电信号，然后滤波的源信号减去重构后含有噪声的母亲心电信号即可得含有噪声的胎儿心电信号，最后利用盲分离算法进行盲分离，对多路含有噪声的胎儿心电信号进行处理，得到多路盲分离后的信号。本发明专利技术对于在围产期胎儿的监护具有莫大的意义，提取胎儿心电方法简单，运算速度快，准确度高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是，属于医疗器械领域。
技术介绍
胎儿心电图是一种重要的胎儿监护手段，是一种检测胎儿在子宫内健康状况的重 要方法，能够反映胎儿心脏的全貌。然而由于采集的胎儿心电信号幅度小，信噪比低且大都 混杂有幅度大，分布广的噪声干扰，例如常见的工频干扰、呼吸、肌电等引起的噪声，其中最 主要的干扰是母体心电信号（Maternal ECG，MECG)，它给医学诊断带来极大的困难。因此， 研究如何准确、便捷，有效地得到围产期胎心电信号具有及其重要的实用价值和临床意义。 目前已经有许多采用其它来提取胎儿心电信号（FECG)的技术，如相干平均、自相关和互相 关、自适应滤波、基于奇异值分解和主分量分析等。但这些技术的提取方法受很多限制，或 计算过于复杂，或需要更多的人工干预。 我们的目的是从源信号中提取胎儿心电信号，无论是从幅度还是从频率角度去分 析，母亲心电信号就成为源信号中最大的干扰，那么首先从源信号中分离出母亲心电信号 将会为后面进行胎儿心电盲分离提供很大的方便。小波变换技术（Wavelet Transform，WT) 通过伸缩平移运算对信号逐步进行多尺度细化，最终达到高频处时间细分，低频处频率细 分，从而可聚焦到信号的任意细节，为提取胎儿心电提供重要的理论依据和实时工具。独 立分量分析（Independent Component Analysis，ICA)是近十年来随着盲信号分离技术的 发展而出现的一种新的信号处理技术。盲源分离（BSS)是一种多维信号处理方法，它指在 未知原信号以及混合模型也未知的情况下，仅从观测信号中恢复出源信号各个独立分量的 过程，已逐渐成为现代信号处理领域的热点之一。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上文中提到的现有方法的缺点和不足，提出一种基于低信 噪比条件下胎儿心电盲分离方法，本专利技术针对于标准数据库中的胎儿心电信号，能快速简 便的提取胎儿心电信号，更好的服务于临床胎儿监护。 该专利技术通过下述技术方案实现：， 包括如下步骤： 预处理。对多路源信号做如下预处理，包括：梳状滤波消除基线漂移、50Hz干扰及 其高次谐波干扰，抗混叠低通滤波去除频率大于采样频率一半的高频信号成分； 利用小波变换重构母亲心电信号。对滤波后的源信号进行小波变换，得到各尺度 的高频系数和低频系数，由于胎儿心电的主要信息包含在高频系数中，因此对各尺度高频 系数进行检测并进行处理得到母亲心电的信息，然后进行小波重构得到含有噪声的母亲心 电信号； 从观测信号中滤掉母亲心电信号。滤波之后的源信号减去重构后含有噪声的母亲 心电信号，可得含有噪声的胎儿心电信号； 利用盲分离算法分离胎儿心电信号。进行盲分离，对多路含有噪声的胎儿心电信 号进行处理，得到多路盲分离后的信号。 所述步骤（1)中，梳状滤波采用差分方程进行计算，它在〇Hz、50Hz及其高次谐波 频率处具有较窄的阻带。根据奈奎斯特采样定理，采样信号中只能恢复出原始信号中频率 小于采样频率一半的信号成分，故采用抗混叠低通滤波去除频率大于采样频率一半的高频 信号成分； 所述步骤（2)中，小波变换重构母亲心电信号，首先，对滤波之后的源信号进行小 波变换，采用db小波基，进行k级分解；然后在小波变换后的各尺度细节系数中检测母亲心 电信号的峰值点，取峰值点周围m个数据点，m为一个母亲心电周期的数据点数，即得到只 包含母亲心电信息的各尺度细节系数；最后，对包含母亲心电信息的各尺度信号进行小波 重构得到含有噪声的母亲心电信号； 更进一步的，所述步骤（3)中，滤波之后的源信号减去含有噪声的母亲心电信号 即可得含有噪声的胎儿心电信号，此时含有噪声的胎儿心电信号中不包含母亲心电信号； 所述步骤（4)中，利用盲分离算法：FastICA算法、NMF算法、Infomax算法、JADE 算法，基于斜投影的半盲分离算法等，对步骤（3)中处理得到的η路信号进行盲分离，得到 分离后的η路信号； 与现有技术相比本专利技术的优点和效果在于： 本方法利用小波变换分离出母亲心电信号，去除母亲心电对胎儿心电的干扰，为 后面胎儿心电的盲分离去除较大的干扰； 本方法利用盲分离方法提取胎儿心电信号，方法较为简单，且准确率比常规算法 尚。【附图说明】： 图1是本专利技术基于低信噪比条件下胎儿心电盲分离方法的流程图； 图2是采集于孕妇腹部的三路源信号； 图3是本专利技术中利用梳状滤波和低通滤波之后的三路源信号； 图4是本专利技术中得到的三路含有噪声的母亲心电信号； 图5是本专利技术中得到的包含噪声的三路胎儿心电信号； 图6是本专利技术中盲分离得到的三路信号。【具体实施方式】 下面结合实施例及附图对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限 于此。 实施例： 如图1所示，本专利技术基于低信噪比条件下胎儿心电盲分离方法，包括如下步骤： 步骤1，对采集于母亲腹部的三路信号进行预处理，图2中标准数据库的胎心电信 号的采样频率fs = 1000Hz，将采集到的信号进行梳状滤波消除基线漂移、50Hz 工频干扰及其高次谐波干扰，抗混叠低通滤波去掉500Hz以上频率的信号，得到滤波之后 的三路信号如图3所示； 步骤2,对三路信号[AlAy 分别进行如下处理：首先采用db2小波基进行四尺 度小波变换获得近似系数和细节系数，然后在各尺度细节系数上利用峰值检测函数检测母 亲心电信号的R波，取R波周围80个数据点作为各尺度上的母亲心电信息，最后运用小波 重构得到含有噪声的母亲心电信号，得到三路信号如图4所示； 步骤3,对三路信号分别进行如下操作：滤波之后三路源信号减去 小波重构后三路含有噪声的母亲心电信号得到三路含噪声的胎儿心电信号，如图5所示； 步骤4,将三路包含噪声的胎儿心电信号合利用FastICA算法进行盲分 离，得到三路包含胎儿心电的信号Y = ，如图6所示； 上述实施例为本专利技术较佳的实施方式，但本专利技术的实施方式并不受上述实施例的 限制，其他的任何未背离本专利技术的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化， 均应为等效的置换方式，都包含在本专利技术的保护范围之内。【主权项】1. ，其特征在于包括如下步骤： 步骤1，预处理；对多路源信号做如下预处理，包括：梳状滤波消除基线漂移、50Hz及其 高次谐波干扰，抗混叠低通滤波去除频率大于采样频率一半的高频信号成分； 步骤2,利用小波变换重构母亲心电信号；对滤波后的源信号进行小波变换，得到各尺 度的高频系数和低频系数，由于胎儿心电的主要信息包含在高频系数中，因此对各尺度高 频系数进行检测并进行处理得到母亲心电的信息，然后进行小波重构得到含有噪声的母亲 心电信号； 步骤3,从观测信号中滤掉母亲心电信号；滤波之后的源信号减去重构后含有噪声的 母亲心电信号，可得含有噪声的胎儿心电信号； 步骤4,利用盲分离算法分离胎儿心电信号；进行盲分离，对多路含有噪声的胎儿心电 信号进行处理，得到多路盲分离后的信号。2. 根据权利要求1所述的基于低信噪比条件下胎儿心电盲分离方法，其特征在于，步 骤⑴中，源信号的采样频率fs= 1000Hz。3. 根据权利要求1所述的基于低信噪比条件下胎儿心电盲分离方法，其特征在于，步 骤（1)中，梳状滤波在频率为50Hz及其高次谐波的工频的信号处设置阻带，消除基线漂移、 50本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于低信噪比条件下胎儿心电盲分离方法，其特征在于包括如下步骤：步骤1，预处理；对多路源信号做如下预处理，包括：梳状滤波消除基线漂移、50Hz及其高次谐波干扰，抗混叠低通滤波去除频率大于采样频率一半的高频信号成分；步骤2，利用小波变换重构母亲心电信号；对滤波后的源信号进行小波变换，得到各尺度的高频系数和低频系数，由于胎儿心电的主要信息包含在高频系数中，因此对各尺度高频系数进行检测并进行处理得到母亲心电的信息，然后进行小波重构得到含有噪声的母亲心电信号；步骤3，从观测信号中滤掉母亲心电信号；滤波之后的源信号减去重构后含有噪声的母亲心电信号，可得含有噪声的胎儿心电信号；步骤4，利用盲分离算法分离胎儿心电信号；进行盲分离，对多路含有噪声的胎儿心电信号进行处理，得到多路盲分离后的信号。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：谢胜利，王旭，蔡坤，谢侃，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东;44