一种由腹壁心电信号提取胎儿心电信号的方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种由腹壁心电信号提取胎儿心电信号的方法及系统，属于胎儿心电 信号提取技术领域。
【背景技术】
[0002] 经济的发展使人们越来越关注生活质量，身体健康是保障生活质量的基础。优生 优育有利于人口健康状况的提高，保障孕期胎儿的健康是实现优生优育的关键。胎儿在子 宫内如发生缺氧状况，将危害胎儿的健康状况甚至生命安全。定时检测胎儿心脏活动可以 获得胎儿的基本生理参数，进而分析胎儿的健康状况，及时发现胎儿异常状况，如胎儿窘 迫，宫内缺氧以及胎儿先天性心脏病等，及时采取相应治疗措施，可有效降低胎儿在腹中或 分娩时的死亡几率。
[0003] 胎儿监护是对围产期孕妇进行的监护胎儿健康的一种实时动态监测，可以进行胎 儿危险预警，是一种有效的优生优育辅助措施。临床应用中普遍采用的胎儿监护指标是胎 心率。获得胎心率有两种主要途径：超声多普勒法和胎儿心电检测法。其中，超声多普勒法 有着低成本、简便等优点，但同时也有不足之处，首先母体运动、胎儿活动、子宫收缩等都可 能影响检测的准确性；其次胎儿心脏目标很小，检测起来存在难度；另外，虽然相对于X射 线，超声相对安全，但超声对胎儿发育是否产生影响目前尚无定论，许多孕妇心存顾虑。所 以相比而言，通过胎儿心电来获取胎心率更加准确、稳定、安全。
[0004] 胎儿心电图（Fetal Electrocardiogram, FECG)可以反映胎儿心脏的电生理活动， 同时也反映了胎儿在子宫内的健康水平。记录心脏电信号的胎儿心电图被广泛认为比传统 的超声检测方法包含更多的心脏缺陷信息。
[0005] 胎儿心电图的获取可以分为直接法和间接法。
[0006] 直接法是在孕妇分娩时，将电极侵入母体子宫中，贴于胎儿头皮上，继而获取胎儿 心电信号。直接法获得的胎儿心电图非常清晰，但是此法仅可用于宫颈已开口并且羊膜破 裂时；并且这种方法属于有创操作，侵入监测不可避免的带来感染的风险；很大的时间局 限性和专业性导致这种方法不适合于孕期长期监测。
[0007] 间接法是通过放置在母体腹部的电极，采集腹壁体表信号，从中提取胎儿心电信 号。与直接法相比，这种方法对孕妇和胎儿没有创伤，并且可以在妊娠期的任何时间进行。 从腹壁采集心电操作简单，无需专业人员即可完成，为医护人员和孕妇所欢迎，并为家庭监 测胎儿状况创造了条件。心电的采集是单纯的信号获取过程，对孕妇和胎儿没有任何辐射 和伤害，在安全性方面得到了充分的保障。此法可以长期监测的特点使获得胎儿心率、胎儿 心率变异性和各种病理条件下的参数指标变得轻松。然而，由于胎儿与母体腹部间包含了 羊水、子宫、母体腹壁等组织器官，胎儿心电到母体腹壁传输过程中受到了很大的衰弱，这 使胎儿心电信号相对微弱。而且，从孕妇腹部采集的心电信号是复杂的混合生理信号，包含 了母体心电信号和各种噪声干扰，尤其母体心电信号的幅值远大于胎儿心电，给胎儿心电 信号的提取造成了很大的困难。胎儿信号几乎淹没在各种噪声之中。
[0008] 如果能从腹壁混合心电中正确提取出胎儿心电信号，便可以准确获取胎心率等重 要生理指标，既发挥了间接法获取胎儿心电的种种优势，又克服了其有效信号成分不明显 的重大缺陷，社会价值将非常可观。
[0009] 腹壁心电信号中有效的成分是胎儿心电，其它的成分均为噪声干扰。这些噪声来 源与特点不尽相同，幅值与时频特征也差异明显。为去除这些噪声的干扰，必须逐个分析分 别消除。对胎儿心电信号获取造成影响的噪声主要有以下几种：
[0010] (1)母体心电
[0011] 从孕妇腹壁采集的信号不仅包含胎儿的生理电信号，同时也采集到母体的心电信 号。而母体的心电信号强度是胎儿的数倍，对胎儿心电的提取分析带来很大的阻碍。母体心 电的频谱范围为0. 1-100HZ，其中能量主要在0. 1-40HZ，这与胎儿心电有很大的重合部分， 这都给分离母体心电干扰带来了巨大的挑战。
[0012] (2)母体肌电
[0013] 当肌肉兴奋时，肌纤维的运动会伴随肌纤维动作电位的产生和传导，这种电位称 为肌电。母体的肌电扩散到身体表面，通过腹壁电极被采集，对胎儿心电信号形成干扰。孕 妇的运动会产生肌电并反映在混合心电信号中，影响有效信号的提取。
[0014] (3)工频干扰
[0015] 我国交流电频率为50Hz。孕妇所处环境使用交流电的用电器会对采集人体生理信 号的设备产生工频干扰。其反映在心电图上就是50Hz的毛刺。去除工频的方法有很多，如 50Hz陷波、自适应滤波等。
[0016] ⑷基线漂移
[0017] 从孕妇腹部提取心电时，孕妇的呼吸运动或者电极与皮肤的接触不良都可能引起 心电信号中的基线漂移。基线漂移也是胎儿心电提取的一种重要干扰。基线漂移一般为低 频噪声，频率多在0.5Hz以下。滤波的方法常又来消除基线漂移。常用的方法有RC滤波、 低通滤波、自适应滤波等。
[0018] (5)其它噪声
[0019] 除了上述主要噪声外，还有一些其它噪声可能混入到采集的信号之中。由于空间 中存在各种电磁波，人体或者导线可起到天线的作用，将电磁波干扰耦合到采集回路之中， 对胎儿心电信号产生干扰。除此之外，电子元件的热噪声，外界强电磁场的影响等因素都会 带来或多或少的噪声干扰。
[0020] 基线漂移等噪声干扰使心电信号中的母体心电和胎儿心电信息不够突出，这给母 体心电定位造成较大困难。另外由于胎儿心电幅度相对不大，过多噪声容易造成胎儿心电 无法识别。图1给出了显示含有噪声的腹壁心电信号。
[0021 ] 因此，如何从腹壁混合心电中去除各种噪声干扰，就成为由腹壁心电信号中正确 提取胎儿心电信号、准确获取胎心率等重要生理指标关键。
【发明内容】
[0022] 本发明针对现有胎儿心电信号提取技术存在的不足，提供一种能够准确地由腹壁 心电信号提取胎儿心电信号的方法，同时提供一种实现该方法的便于携带、使用方便、可供 孕妇长期随时自行监测胎儿状况的无线胎儿心电监测系统。
[0023] 本发明的由腹壁心电信号提取胎儿心电信号的方法，包括腹壁心电信号预处理、 母体心电的定位、母体心电的去除和胎儿心电定位四个步骤：
[0024] (1)腹壁心电信号预处理：
[0025] 采用小波去噪方法分别去除低频噪声和高频噪声，得到母体心电和胎儿心电的混 合信号；具体是①去除低频噪声，采用coif5小波将腹壁心电信号进行尺度为6的分解，将 6尺度的低频系数置零并重构腹壁心电信号，以消除低频噪声干扰；②去除高频噪声，采用 c〇if5小波，对腹壁心电信号进行尺度为3的分解，使用软阈值法去除高频噪声，最后重构 心电信号；
[0026] (2)母体心电R波的定位：
[0027] 对预处理后的腹壁心电信号进行小波分解，在小波变换域中，找到模极大值点，并 根据模极大值点与R波波峰的关系得到R波位置；得到R波位置的具体实现过程如下：
[0028] ①分别在2-16尺度对腹壁心电信号进行sym2小波变换，记其分解系数f\，i = 2, 3,…，16 ;构造矩阵F = [f2;f 3;. . . ;f 16]，其中心为行向量，记f为F的列值求和；
[0029] ②求f?的极大值和极小值，分别记为fmax和f min，设系数a = 0. 5，阈值Thmax = fmax*a，Thmin= f min*a，，对f求大于Thmax和小于Th min的时间点坐标，记Ioca序列；
[0030] ③得到Ioca序列后，定义时间阈值T，遍历Ioca序列，对两点之间时间小于T的删 除后面的点；循环上述操作，直至任意两点间隔大于T;
[0031] ④以经过处理后的Ioca序列中的点为参考，在腹壁心电信号中检测该点周围模 极大值点，记为R波位置；
[0032] 按照上述过程得到全部R波的位置，确定每个母体心电周期。
[0033] (3)母体心电的去除：
[0034] 在完成母体心电R波定位后，将相邻R波波峰之间的波形分别提取出来，累加求平 均，得到母体心电模板；按原有顺序分别连接构造完整母体心电模板；将预处理后的腹壁 心电信号所有母体R波波峰位置前后0.05秒期间的波形提取出来，替代所述完整母体心电 模板的相应位置，得到调整后