一种胎儿心率曲线基线的识别方法与流程

本发明涉及生物医学信号处理领域，具体是一种胎儿心率监护中胎儿心率曲线的基线计算识别方法。

背景技术：

电子胎儿心率监护作为一种实时获取胎儿心率信号及母体宫缩信号的宫内监护技术，目前在产科临床广泛应用。胎儿心率曲线中蕴含着丰富的有关胎儿的神经与心血管功能信息。由于胎儿位于母体腹部子宫内，胎儿心音信号很容易受到来自母体、传感器以及外界环境的噪声的干扰。目前胎儿心率监护系统大都应用超声多普勒原理并采用自相关算法计算胎儿瞬时心率。胎儿心率曲线所表现出来的形态、振幅强度与一定的周期性等方面的综合信息在相当程度上反映出胎儿在宫内的生理状态。胎儿心率信号的基线作为胎儿电子监护图形中的重要组成部分，是除去加速、减速与显著变异节段的在特定胎儿心率波动范围内的平均胎儿心率，在监护图形上胎儿心率信号围绕基线上下波动。

目前对胎儿心率信号基线的评估主要是通过手工测量与计算和肉眼识别的方法来判定胎儿心率监护指标，对胎儿心率信号的分析与研究不够准确，对基线所含有的信息提取不够充分。利用数字信号处理技术，对胎儿心率信号加以数字化，可获取更为客观的参数值，有助于得到更为全面的胎儿宫内生理信息。

技术实现要素：

现有的技术方案主要是利用多路电极探头采集孕妇与胎儿的心电信号，对心电信号进行滤波等信号处理得到胎儿心率，应用胎儿心率与电子胎儿心率监护中基线的定义对胎儿心率基线进行计算。产前胎儿的监护是一个综合复杂的过程，以手工测量的方法从监护图形中获取的胎儿心率基线信息不够客观，且差异性较大，仅依靠肉眼对胎儿心率基线进行识别，效率较低并且会丢失除时域以外在频域或者由熵提供的更多信息。

为解决上述问题，本发明提出了一种胎儿心率信号曲线的基线识别方法，基线值是利用胎儿心率监护长时间的胎儿心率数据以及胎儿心率基线定义计算获得，具有较明确的生理意义，结合胎儿心率的加速、减速、变异的分类、计数和所占时长比例，能够从胎儿心率信号中获得更为全面的信息。获得的基线通过与特定阈值对比也可以确定一定的生理或病理特征，由此可以改善现有技术对胎儿心率信号中的信息获取较为片面的情况。应用提取出的基线值，还可以获取胎儿心率的频域以及熵的相关信息。

为达到上述目的，本发明所采取的技术方案为：一种胎儿心率信号曲线的基线识别方法，其特征在于：包括信号输入检测模块，基线识别提取模块，基线值参数计算模块，基线值参数输出模块。胎儿心率信号输入后通过预处理及有效信号的提取，在基线识别提取模块中进行预计算、平均优化和插值平滑后计算出基线值，之后在参数计算模块计算出基线区间比例和描述性统计参数，最后在参数输出模块输出结果。

所述信号输入模块，接收胎儿心率监护仪器实测的信号F(t)，F(t)中包含母亲心率信号、胎儿心率信号、母亲移动次数和子宫肌电信号，并从信号F(t)中分离出胎儿心率信号f(t)；

所述信号检测模块，对输入的时域胎儿心率信号f(t)进行预处理，即将f(t)分成N段时间长度的胎儿心率信号序列f(k)，每一段胎儿心率信号序列f(k)中胎儿心率值为0的为丢失信号f(k₀)，其长度为l(f(k₀))，与该段胎儿心率信号序列长度l(f(k))之比为信号丢失率挑选出满足信号丢失率lost小于特定阈值low的胎儿心率信号序列g(k)，即其中g(k₀)为胎儿心率信号序列g(k)中胎儿心率值为0的丢失信号；有效胎儿心率信号时间总长度为总的信号丢失率为

所述基线识别提取模块接收满足要求的胎儿心率信号并根据基线的定义进行遍历预计算、平均优化和插值平滑，以下为基线具体识别提取方法；

首先进行遍历预计算，对于输入的满足要求的胎儿心率信号bpm(k)，将其分为定长为一分钟的信号M段，长度不足一分钟的舍弃，第h段为d(h)，并折叠为如下矩阵A：

矩阵A为(M-9)行10列的矩阵，则矩阵A的每行为定长十分钟的胎儿心率信号，对矩阵A的第i_A行设为A(i_A)，其中胎儿心率信号为A(i_A(k))；特定胎儿心率值B∈[B_min,B_max]，步长为1，其中B_max和B_min分别为胎儿心率最大阈值与最小阈值；对于每段定长十分钟的胎儿心率信号A(i_A(k))，计算出满足B-5≤A(i_A(k))≤B+5的个数num_iA，对区间[B_min,B_max]内每一个值B进行个数计算，得出中的最大值此时的特定B值命名为则矩阵A的每一行都有一个和相对应的共计(M-9)个；

对于i_A＝2,3,4…(M-9)，如果满足则不变；如果满足则即的值等于前一个的值；

然后做平均优化处理，计算满足的个数并将满足条件的胎儿心率信号求和平均优化处理后的值为

最后进行插值平滑处理，对相邻两个值做差并求绝对值，对于i_A＝2,3,4…(M-9)，如果满足dif(i_A-1)＞5，则在i_A≤4时，将置为空值；在i_A＞4时，将置为空值；接下来在空值区域处进行插值，设空值区域前的值为b_x，空值区域后的值为b_y(b_x与b_y都不为0)，则此空值区域缺少y-x-1个值；

空值区域的插值项如下：

至此存在值(M-9)个，胎儿心率信号bpm(k)包括时长一分钟的信号M段，设为bl_j为基线值，其中(j＝1,2,3…M)共有M个值；

基线值bl_j表达式如下：

此时，每分钟有一个基线值，若将基线曲线与胎儿心率信号绘制在一起，需要再次将基线值bl_j进行插值；对基线值进行三次样条插值得到基线曲线line＝spline(bl_j)，其中spline为三次样条插值函数；

所述基线参数计算模块，包括特定区间内基线值所占比例计算与统计分析参数计算；设定正常胎儿心基线范围上限为BL_max，下限为BL_min；将基线值bl_j与正常胎儿心基线范围上限与下限比较，满足bl_j＞BL_max条件的个数为bnum1，所占比例为R_h；满足BL_min≤bl_j≤BL_max条件的个数为bnum2，所占比例为R_n；满足bl_j＜BL_min条件的个数为bnum3，所占比例为R_l；特定区间内基线值所占比例计算公式如下：

经统计分析得出基线中位数为median；基线均值公式如下：

所述基线参数输出模块，将上述计算出的胎儿心率监护基线参数结果输出。

胎儿心率曲线的基线识别提取的有益效果在于：

该方法仅需输入胎儿心率监护仪器的实测原始信号，即可分离出胎儿心率信号，并通过遍历、平滑等步骤获取该胎儿心率信号的基线值与相关参数，并绘制基线曲线。步骤简单方便，提出了一种新型的基线曲线提取方法，改善了关于胎儿心率基线的特定参数较难获得的情况。在实际应用过程中可减少通过目测方法带来的误差，有效提高关于胎儿心率监护图的解读效率。

附图说明

图1为胎儿心监护基线特征参数提取结构框图。

图2为胎儿心监护基线特征参数提取操作流程图。

图3为胎儿心率曲线及对应基线示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的一种较为典型的具体实施方式进行详细描述。

本发明的一种典型应用场景在于利用胎儿心率监护实测信号获取基线及其特征参数。由此可以利用现有胎儿心率信号采集的成熟技术及基线曲线提取方法获取更为客观全面的关于胎儿心率基线特征的信息。

如图2所示，以一位年龄为32周岁，孕周为37周的被测者为例。

步骤T1中系统开始接收胎儿心率监护仪器实测的信号F(t)，并从F(t)中提取处胎儿心率信号f(t)。

步骤T2对输入的胎儿心率信号f(t)进行分段，计算出每段信号序列f(k)的丢失率lost以及整体胎心率信号的丢失率Lost，被测者整体信号丢失率Lost为3.92％。

步骤T3中根据丢失率进行信号有效性判断，对丢失率lost高于特定阈值low的原始信号序列予以舍弃。若出现信号序列f(k)舍弃，重新对下一段信号序列f(k+1)进行计算与判断。

步骤T4对步骤T3中满足要求的有效信号bpm(k)进行基线识别提取，提取出基线值bl_j。

步骤T5中按需求设定正常胎儿心基线范围上限BL_max与正常胎儿心基线范围下限BL_min，这里赋值为BL_max＝160，BL_min＝110。通过对整体胎儿心率信号的处理，计算出低于正常胎儿心基线范围占比R_l、正常胎儿心基线值占比R_n、高于正常胎儿心基线范围占比R_h，表达式为：

经统计分析得出基线中位数为median。

基线均值公式如下：

经计算可得：

R_h＝2.99％ R_n＝95.28％ R_l＝1.73％ median＝129.8 mean＝131.9

步骤T6将上述参数按照指定格式输出。