胎儿心电信号提取方法及应用研究

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围产期对胎儿进行监护十分重要,而胎儿心电图是目前胎儿监护最有效的手段之一。胎儿心电图能够反映胎儿心脏活动的全貌,通过对其波形分析,可及时发现胎儿生长发育过程中的异常。但由于无创腹部电极法获取的胎儿心电信号信噪比低,且常被母体心电信号覆盖,因此提取清晰的胎儿心电信号一直是胎儿监护的研究重点。目前国内外已经提出许多胎儿心电信号提取方法,如相干平均、自适应滤波、独立量分析和神经网络等,但这些技术均存在一定的提取缺陷,或提取准确率低,或计算复杂度高。为此,本论文对胎儿心电提取做了详细研究,提出了两种胎儿心电信号检测新方法,主要研究内容如下:(1)小波分析与自适应滤波均是常用的心电信号处理方法,本论文将两种方法结合用于胎儿心电信号的提取。对母体腹部和胸部信号小波分解后,在各层小波系数中引用自适应滤波算法进行滤波,然后通过小波系数重构获得胎儿心电信号。该方法提取的胎儿心电信号波形清晰工整,与自适应滤波算法相比,更好地抑制了母体心电成分,去除了噪声干扰。(2)考虑母体心电和胎儿心电在小波变换下具有不同特性,本论文利用小波阈值法从母体腹部信号中提取胎儿心电。对母体腹部信号小波分解后,设定阈值将胎儿心电的成分作为噪声的一部分滤除,从而实现母体腹部信号中胎儿心电信号和母体心电的分离。对算法通过多组仿真数据和3个数据库共246组临床数据进行测试,分析并完成测试报告。该方法基于单通道,避免了双通道输入信号之间的相关性对提取结果的干扰,且与小波模极大值法提取胎儿心电相比,减小了计算量。(3)对小波阈值提取胎儿心电信号算法的实时性进行了研究。经分析,该算法的时间复杂度为T(n)=O(N2),属于平方阶,随着信号长度N的增大计算量也会变大。为提高算法的实时性,建议采用快速傅里叶变换实现小波的分解与重构,这样可将计算复杂度由平方阶O(N2)简化为线性对数阶O(Nlog2N),从而较大程度地减小计算量。
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