基于盲分离的胎心音心率检测算法与实现

发布时间：2017-03-27 14:09

  本文关键词：基于盲分离的胎心音心率检测算法与实现，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：胎心监护是保障胎儿和产妇安全,实现国家优生优育的重要手段,在围产阶段对母体内的胎儿进行监护,可以在了解胎儿发育状况的同时,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。胎心率电子监护是目前最广泛的胎儿监护的方法,快速准确的检测和分析胎心率具有较大的难度,也成为近年的研究方向。本文总结了一些主要的胎心率检测研究算法,并提出了基于盲分离的多普勒胎心音的瞬时心率检测算法,将胎儿心音信号的时间域和频率域的分布信息联合起来,利用对于胎心音信号周期性的先验知识选取不同的频段,进行独立分量分析,将不同的独立信号进行分离,选取与原信号相关性最强的独立分量,并计算胎心音的瞬时心率。本文完成了以下几个方面的工作。第一,介绍并总结了一些主要的胎儿心率检测的方法；提出本文中所研究的算法的主要思路；介绍一些相关的理论知识,包括短时傅里叶变换,盲分离研究,独立分量分析等。第二,详细介绍基于盲分离的多普勒胎心音检测算法的基本思路：首先对采集的信号进行去噪预处理,然后对信号进行短时傅里叶变换得到时频图,在时频图中根据心音信号的先验知识选取几个特征频段,将选取的每个特征频段作为一个观测信号,对观测信号做FastICA运算,在分离出的独立分量中选择与心音信号周期最匹配的独立分量,对最匹配分量做自相关计算并检测峰值,计算胎心率。MATLAB仿真实现并针对多组不同的数据样本分析算法的可靠性。第三,设计并实现基于盲分离的多普勒胎心音瞬时心率检测系统,系统包括硬件部分和上位机软件部分。硬件部分包括：超声多普勒胎心音信号采集模块、AD转换模块、系统控制模块,控制模块实现系统的任务协调和数据封装。软件部分主要实现信号的处理作,胎心音瞬时心率的检测,此外还包括与硬件部分的数据通信和分离信号的打印管理等功能。
【关键词】：超声多普勒 胎心率 信号盲分离 独立分量分析
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R714.5;TP274
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 目录7-10
• Contents10-13
• 第一章 绪论13-18
• 1.1 课题的研究背景和现状13-14
• 1.2 胎儿心率研究概况14-15
• 1.3 论文的研究工作及结构安排15-17
• 1.3.1 课题来源15
• 1.3.2 研究内容与创新点15-16
• 1.3.3 论文的结构16-17
• 1.4 本章小结17-18
• 第二章 相关研究理论知识介绍18-32
• 2.1 短时傅里叶变换基本理论18-21
• 2.1.1 连续短时傅里叶变换19-20
• 2.1.2 离散短时傅里叶变换20-21
• 2.2 信号盲分离技术介绍21
• 2.3 独立分量分析21-25
• 2.3.1 独立分量分析的定义22-23
• 2.3.2 信号的预处理23-25
• 2.4 FastICA25-31
• 2.4.1 熵26-27
• 2.4.2 基于负熵的近似的快速ICA算法27-29
• 2.4.3 FastICA算法的优点29
• 2.4.4 FastICA算法的说明29-31
• 2.5 本章小节31-32
• 第三章 瞬时心率的检测方法及实施32-48
• 3.1 瞬时胎心率检测算法的流程32-33
• 3.2 检测算法的具体实施步骤33-38
• 3.2.1 信号的预处理33
• 3.2.2 时频分析33-34
• 3.2.3 选取特征频段34-35
• 3.2.4 FastICA35-36
• 3.2.5 独立分量自相关函数的峰值检测36-37
• 3.2.6 瞬时心率的计算37-38
• 3.3 算法的仿真实验和性能分析38-47
• 3.3.1 MATLAB的介绍38-39
• 3.3.2 FastICA工具箱介绍39-42
• 3.3.3 仿真实验42-45
• 3.3.4 算法的性能分析45-47
• 3.4 本章小结47-48
• 第四章 基于盲分离的胎心率检测系统的硬件设计48-62
• 4.1 系统总体框架48
• 4.2 信号采集模块48-50
• 4.2.1 心音信号的相关介绍48-49
• 4.2.2 超声多普勒心音采集技术介绍49-50
• 4.3 模数转换模块50-54
• 4.3.1 AD7734芯片介绍51-52
• 4.3.2 数模转换电路设计52-54
• 4.4 系统控制模块54-59
• 4.4.1 MSP430F2272介绍54-57
• 4.4.2 控制模块电路设计57-59
• 4.5 模块之间的通信59-61
• 4.5.1 控制模块与AD转换模块的通信59-60
• 4.5.2 控制模块与PC机之间的通信60-61
• 4.6 本章小结61-62
• 第五章 基于盲分离的胎心率检测系统的软件设计62-69
• 5.1 VS2010的编程知识简介62-63
• 5.1.1 VS2010简介62
• 5.1.2 MFC的消息响应机制62-63
• 5.2 软件设计的框架简介63-64
• 5.3 软件系统的实现64-68
• 5.3.1 串口通信64-65
• 5.3.2 报表打印65-67
• 5.3.3 心率检测类说明67-68
• 5.4 程序运行结果及测试68
• 5.5 本章小结68-69
• 总结和展望69-71
• 参考文献71-75
• 攻读学位期间的科研成果75-77
• 致谢77

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