0094] 经过对比试验，本发明采用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，可以消除基线漂移等低频噪声干扰。
[0095] ②去除高频噪声
[0096] 工频干扰是一种由交流电引起的高频噪声，其频率集中在50Hz。肌电干扰也是一 种主要的心电干扰，其频率范围大致为10-3000HZ。相对于心电信号，这些都属于高频噪声。
[0097] 对于高频噪声，同样采用coif5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。
[0098] 经过上述过程进行预处理后，腹壁心电呈现出明显母体心电特征的信号，特征明 显的R波为下一步母体心电定位提供基础。图3给出了了预处理前后的腹壁心电信号对比 图，可见基线漂移和高频噪声得到有效抑制。
[0099] (2)母体心电定位
[0100] 经过预处理后的腹壁心电可以看作消除了母体心电外的其它噪声，下面就要设法 去除对胎儿心电提取影响最大的母体心电成分。在腹壁心电信号中，母体心电和胎儿心电 是线性的叠加，所以从混合信号中减去母体心电的成分就可以得到胎儿心电的部分。如何 得到母体心电的模板就成了问题所在。为了构建母体心电模板，必须对母体心电进行定位， 确定每个周期的时间起止点，以便下一步消除母体心电。心电的QRS波是心电图形态上最 容易判断的特征，由于胎儿心电的幅值相对于母体心电来说非常小，对母体心电QRS波形 的判断几乎没有影响，故可以使用典型的心电QRS波形识别方法对母体心电进行定位。本 发明使用小波变换模极大值的方法识别R波位置。
[0101] R波波峰在心电信号中是一个异常尖锐的部分，小波变换模极大值方法可以 有效定位信号中的奇异点，即可定位R波所在。对信号奇异性的描述，一般使用李氏 (Lipschitz)指数。利用小波变换和李氏指数之间的关系，可以确定奇异值点的位置。
[0102] 设n为非负整数，n < a彡n+l，若存在常数Ajtl和多项式卩?，对任意h彡hQ， 函数f (X)在Xtl点附近满足
[0103] f(x〇+h)-Pn(h) I ^AlhIa (4)
[0104] 则称a为f (X)在Xc^的李氏指数。
[0105] a表现了 f(x)在X(l点奇异性。a的物理意义为，a越大，这一点上信号的表现越 光滑；a越小，信号在这一点上的奇异性越明显。当a彡1，函数在该点可导；〇< a <1， 函数不连续但有界；对于白噪声a彡〇;对于脉冲信号，a彡-1。
[0106] 设高斯函数0 (t)形式为：
[0118] 从（7)式子可以看出，小波变换后的模极大值即是f*0a(t)的拐点，也就是f(t) 的奇异点。
[0119] 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 根据其与R波波峰的关系得到R波的位置。检测R波位置的具体算法实现过程如下：
[0120] 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i = 2,3，~，16。构造矩阵？=[4汀3;...汀16]，其中4为行向量。记€为？的列值求和。
[0121] 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Thmin的时间点坐标，记Ioca序列。
[0122] 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。
[0123] 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。
[0124] 按照上述算法得到全部R波的位置，即可确定每个母体心电周期，为后续构造母 体心电模板继而进行母体心电消除奠定基础，同时母体心率也可以轻易算出。取一段腹壁 心电信号验证上述方法R波检测效果，如图5所示，符号代表R波位置，可见R波位置 确定准确。
[0125] (3)母体心电消除
[0126] ①母体心电模板的构造
[0127] 构建母体心电模板，从腹壁心电信号中减去母体心电的模板，即可得到胎儿心电 成分。对母体心电而言，胎儿心电的幅值较小，周期性也与母体心电周期没有绝对关系，可 以将胎儿心电看作母体心电的噪声。
[0128] 假设x(t)代表腹壁心电信号，那么，x(t)可以表述成如下形式：
[0129] X (t) =s (t) +n (t) (11)
[0130] 其中，s(t)代表母体心电信号，n(t)代表胎儿心电信号和其他干扰组成的噪声信 号。对每个母体心动周期提取X (t)，记为Xi (t)，有
[0131] Xi (t) = Si (t) +rij (t), i = 0, I,. . . , M-I (12)
[0132] 其中M表示母体心动周期的个数。如果把\(〇扩展成时间长度相同的数据段， 将X i (t)进行叠加操作后取均值，得到：
[0136] 假设母体心电的功率是P，胎儿心电等噪声的均值为0,方差〇 2,即x(t)的信噪比 是P/〇2。提取出母体心电的每个周期，按照对应的起始点位置求和再取平均值。假设母体 心电周期数为M，相干平均后，不相干的噪声（胎儿心电信号）的方差变成原来的1/M，母体 心电的功率不变，仍为P，这样母体心电的信噪比提高为原来的M倍。一分钟的采样数据中， 母体心电周期数在60以上，胎儿心电的成分在相干平均后可以忽略。这样便构造了剔除胎 儿心电成分的母体心电模板。
[0137] 母体心电成分的构造流程如图5所示。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。
[0138] ②母体心电模板的调整
[0139] 构造后的母体心电模板每一个心动周期波形完全一致，即每个母体QRS波形状一 致。但真实的QRS波难免会在每个周期间产生误差。而QRS波在心电中幅值最大，误差幅 值也相对较大。如果将腹壁心电信号与当前的母体心电模板作差，QRS波的误差会体现在 结果中，其幅值往往与胎儿心电幅值相当甚至过之。这样在胎儿R波提取时，这些母体QRS 波误差形成的波峰有很大概率被误识别为胎儿R波，从而造成胎儿R波误检，影响结果准确 性。
[0140] 为此，对构造后的母体心电模板作调整，以消除以上影响，其流程如图6所示。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，得到调整后的母体心电模板。
[0141] ③母体心电的去除
[0142] 在构造完成母体心电信号后，将预处理后的腹壁心电信号与调整后的母体心电模 板做差，就去除了共同的母体心电成分，剩余部分即为胎儿心电信号。
[0143] 图7中三组图分别是母体和胎儿的混合心电信号、构造后的母体心电模板和去除 母体心电成分后得到的胎儿信号。可以看出，在混合心电信号中胎儿心电幅值非常微弱，但 去除母体心电后胎儿心电的R波特征明显。
[0144] 图8给出了使用未经调整的母体心电模板和调整后的母体心电模板得到的胎儿 心电信号的对比。图（a)为使用未经调整的母体心电模板得到的胎儿心电。符号代表 真实胎儿心电位置标记。箭头所指处为母体QRS波误差引起的异常波峰。可见，异常波峰 的存在混淆成了胎儿心电的R波，非常容易形成误检。图（b)为使用调整后的母体心电模 板得到的胎儿心电。可以明显看出，母体QRS波位置的0.1 s幅值为0,消除了其误差造成的 异常波峰的影响。
[0145] 然而，当胎儿心电R波刚好与母体心电QRS波位置重合时，使用调整后的母体心电 模板得到的胎儿心电会漏检这个R波，如图9所示。图中虚线方块位置应当有一个胎儿R 波。针对这一原因造成的R波漏检，使用的胎儿心动周期优化算法会弥补这种影响。
[0146] (4)胎儿心电定位
[0147] 到目前为止胎儿心电信号已经提取出来并成为信号中的主要成分。想要获取胎儿 心率只要定位胎儿心电R波即可。在定位R波之前，首先将此信号进行滤波去除0-2HZ成 分，目的是减小上一步做差产生的新的噪声干扰