一种基于香农包络的胎儿瞬时心率检测方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于香农包络的胎儿瞬时心率检测方法及装置，其中检测方法是：采集胎心音信号；对采集的信号进行滤波、归一化处理，得到预处理信号；根据预处理信号计算香农包络，绘制香农包络曲线；根据香农包络曲线计算胎儿瞬时心率，方法简单，结果准确，更好的服务于临床胎儿监护。基于香农包络的胎儿瞬时心率检测装置包括：数据采集单元、预处理单元、香农包络绘制单元、瞬时心率计算单元、显示单元和打印单元，结构简单、性能可靠，直接显示结果，使用方便。
【专利说明】-种基于香农包络的胎儿瞬时心率检测方法及装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及胎心监护领域,更具体地,涉及一种基于香农包络的胎儿瞬时心率检 测方法及装置。
【背景技术】
[0002] 胎心监护是--种预测胎儿在子宫内健康状况最普遍的胎儿监护方法。早在19世 纪初就有产科医师通过胎心听诊估计胎儿宫内状况，随着超声多普勒技术的发展，生产的 电子胎心监护（electronic fetal monitoring, EFM)已成为目前最常用的胎儿监护方法。 健康的胎儿随子宫内环境的不同时刻发生着微妙的变化，而且胎儿心率的变化是循环系统 和中枢神经系统机能调节的表现,因此在围产期对胎儿进行胎心率检测可以了解胎儿在子 宫内的储备能力，以及乏氧的耐受力，能够大大地减少因缺氧、缺血而出现的窘迫，导致的 胎儿出生缺陷，甚至胎儿死亡的情况，及时发现,及时治疗,最大限度降低先天缺陷儿的出 生率,从而提高我国的人口质量。因此,胎心率检测对我国大力提倡的优生优育有着及其重 要的意义。
[0003] 但是，由于采集的胎心音大都混杂有幅度大，分布广的噪声千扰，以及胎儿身体在 母亲体内运动时的声音信号强弱变化幅度比较大。在时域和频域上,这些干扰信号混叠在 一起对胎儿心音信号的瞬时心率计算造成很大的影响。因此,研究如何准确、便捷,有效地 测量围产期胎心音的瞬时心率具有及其重要的实用价值和临床意义。
[0004] 很早以前就已经有人开始研究胎心监护了，胎心监护的最主要指标之一就是胎儿 的瞬时心率，胎儿瞬时心率的研究方法有很多种，大致可分为如下几种： (1)基于心电模式的匹配滤波法计算胎儿心率。基本思想：首先将胎儿心电分离出来， 其次胎儿心电信号R波定位,最后求胎儿的瞬时心率。由于R波定位之前的匹配滤波对模 版的要求比较高,混合信号与模版相减要求有较高的精度，因此在选取模版、阈值、相位、幅 值修正上采取多种措施来保证分离信号的准确性，比较复杂，算法也很冗杂。
[0005] (2)基于心音模式的自相关的方法计算胎儿心率。众所周知，相关方法是从加性噪 声中提取已知波形,特别是对于确定性的周期信号是一种好方法。用自相关方法提取胎儿 心率信号，效果不够好，主要是因为胎儿心音信号具有周期性，但不是确定性的周期信号， 并且胎儿心音信号波形也是受到胎儿本身以及其周围环境的影响，周期不是固定不变的。 周期与波形均带有随机性变化造成自相关函数波形难以检测。
【发明内容】
[0006] 为了克服现有技术的不足,本发明提出了一种基于香农包络的胎儿瞬时心率检测 方法,能快速简便的检测出胎儿的瞬时心率,更好的服务于临床胎儿监护。
[0007] 本发明还提出--种基于香农包络的胎儿瞬时心率检测装置,结构简单、性能可靠， 直接显示结果，使用方便。
[0008] 为了实现上述目的，本发明的技术方案为： 一种基于香农包络的胎儿瞬时心率检测方法，包括以下步骤： 51. 采集胎心音信号； 52. 对采集的信号进行滤波、归一化处理,得到预处理信号； 53. 根据预处理信号计算香农包络，绘制香农包络曲线,具体步骤为： 531. 利用窗函数对预处理信号进行截取； 532. 基于截取的采样点数，计算信号的平均香农能量； 533. 利用得到的平均香农能量，计算信号的香农包络，绘制香农包络曲线； 54. 根据香农包络曲线计算胎儿瞬时心率，具体步骤为： 541. 对香农包络曲线进行极大值检测； 542. 对求得的极大值进行双阈值检测，得到曲线的峰值点； 543. 基于曲线的峰值点，利用差分法，计算胎儿瞬时心率。
[0009] 本发明提出的基于香农包络的胎儿瞬时心率检测方法,计算简单，结果准确率高， 便于应用。
[0010] 所述S2中，对采集的信号进行滤波、归一化处理,得到预处理信号,具体是：通过 巴特沃斯低通滤波器对采集的信号进行滤波,然后求出信号绝对值的最大值,所有信号依 次除以该最大值,得到预处理信号。
[0011] 所述S31中,利用窗函数对预处理信号进行截取,具体是：设置窗函数的窗口长度 为L秒，窗口的重叠长度为d秒，依据所设置的窗函数对预处理信号进行截取。
[0012] 所述S32中，基于截取的采样点数，计算信号的平均香农能量，具体是：根据平均 香农能量定义，计算信号的平均香农能量，平均香农能量定义如下：
【权利要求】
1. 一种基于香农包络的胎儿瞬时心率检测方法,其特征在于,包括：
51. 采集胎心音信号；
52. 对采集的信号进行滤波、归一化处理,得到预处理信号；
53. 根据预处理信号计算香农包络，绘制香农包络曲线，具体步骤为：
531. 利用窗函数对预处理信号进行截取；
532. 基于截取的采样点数,计算信号的平均香农能量；
533. 利用得到的平均香农能量，计算信号的香农包络，绘制香农包络曲线；
54. 根据香农包络曲线计算胎儿瞬时心率，具体步骤为：
541. 对香农包络曲线进行极大值检测；
542. 对求得的极大值进行双阈值检测,得到曲线的峰值点；
543. 基于曲线的峰值点，利用差分法，计算胎儿瞬时心率。
2. 根据权利要求1所述的基于香农包络的胎儿瞬时心率检测方法，其特征在于，所述 S2中，对采集的信号进行滤波、归一化处理，得到预处理信号，具体是：通过巴特沃斯低通 滤波器对采集的信号进行滤波，然后求出信号绝对值的最大值,所有信号依次除以该最大 值，得到预处理信号。
3. 根据权利要求2所述的基于香农包络的胎儿瞬时心率检测方法，其特征在于,所述 S31中，利用窗函数对预处理信号进行截取，具体是：设置窗函数的窗口长度为L秒，窗口的 重叠长度为d秒,依据所设置的窗函数对预处理信号进行截取。
4. 根据权利要求3所述的基于香农包络的胎儿瞬时心率检测方法，其特征在于，所述 S32中，基于截取的采样点数,计算信号的平均香农能量，具体是：根据平均香农能量定义， 计算信号的平均香农能量，平均香农能量定义如下：
J预处理信号，N为窗函 数对预处理信号截取的采样点数，S5(t)为第t段信号的平均香农能量。
5. 根据权利要求4所述的基于香农包络的胎儿瞬时心率检测方法，其特征在于，所述 S33中，利用得到的平均香农能量，计算信号的香农包络，绘制香农包络曲线,具体是：通过 香农包络定义，计算信号的香农包络,绘制香农包络曲线，香农包络定义如下：
沖，&|>)为第t段信号的平均香农能量，MJXJO)为F iOO 的平均值,5(?￡(?)〕为ErO)的标准差为第t段信号的香农包络。
6. 根据权利要求5所述的基于香农包络的胎儿瞬时心率检测方法,其特征在于,所述 S42中，对求得的极大值进行双阈值检测，得到曲线的峰值点，具体是：利用第一阈值对求 得的信号极大值进行检测,求得曲线的峰值点,再对求得的曲线峰值点坐标进行差分，差分 值与经验值进行比较,利用第二阈值对差分值大的峰值点进行二次求峰值,得到曲线的所 有峰值点； 第一阈值的定义如下：
(,其中，P1S第一阈值的值,;<ι为().
为香农包络曲 线的所有极值点的幅值的平均值； 第二阈值的定义如下：
,其中，P:为第二阈值的值，化为〇. OOl
为二次求 峰值部分所有极值点的幅值的平均值。
7. 根据权利要求6所述的基于香农包络的胎儿瞬时心率检测方法，其特征在于,所述 S43中，基于曲线的峰值点,利用差分法,计算胎儿瞬时心率，具体是：将所求得曲线的所有 峰值点坐标进行换算，然后依次进行前向差分，再根据瞬时心率公式，计算胎儿瞬时心率， 瞬时心率公式如下： V = τ?:，其中，射为每两相邻香农包络间的时间间隔，Y为瞬时心率。
8. 根据权利要求7所述的基于香农包络的胎儿瞬时心率检测方法，其特征在于，所述 S2中，巴特沃斯低通滤波器的截止频率fc=882Hz。
9. 一种基于香农包络的胎儿瞬时心率检测装置,其特征在于,包括： 数据采集单元，用于采集胎心音信号； 预处理单元，用于对采集的信号进行滤波、归一化处理，得到预处理信号； 香农包络绘制单元,用于根据预处理信号计算香农包络,绘制香农包络曲线,香农包络 绘制单元包括： 信号截取子单元，利用窗函数对预处理信号进行截取； 平均香农能量计算子单元，基于截取的采样点数，计算信号的平均香农能量； 绘制子单元,利用得到的平均香农能量,计算信号的香农包络,绘制香农包络曲线； 瞬时心率计算单元,用于根据香农包络曲线计算胎儿瞬时心率,瞬时心率计算单元包 括： 极大值检测子单元,对香农包络曲线进行极大值检测； 双阈值检测子单元,对求得的极大值进行双阈值检测，得到曲线的峰值点； 计算子单元，基于曲线的峰值点，利用差分法，计算胎儿瞬时心率； 显示单元，用于显示瞬时心率计算单元得到的胎儿瞬时心率； 打印单元，用于打印显示单元显示的胎儿瞬时心率。
【文档编号】A61B8/02GK104367344SQ201410530501
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年10月10日 优先权日:2014年10月10日
【发明者】谢胜利, 于宣福, 蔡坤, 冯爱, 王赛红, 尧永贤 申请人:广东工业大学