母胎心电信号分离算法的研究
发布时间：2020-10-18 16:54
母胎医学涉及到围产医学、遗传医学等多个学科,胎儿心电信号检测为母胎医学的一个重要分支。由于母体心电信号采集已有成熟的方法,因此胎儿心电信号的采集是重点研究对象。通过分析胎儿心电图能够得到胎儿的健康信息,可以提早对疾病进行干预。目前,主流的检测方法多普勒超声法的准确度较高,但是在信号采集过程中对人体存在一定伤害,并且体积大。电极片采集孕妇腹壁信号的方法对人体伤害非常小,并且对硬件设计依赖少,其中关键的技术是分离胎儿心电信号,并准确提取该信号。本文使用K-medoids聚类算法进行胎儿心电信号的提取。在预处理阶段,使用小波变换对原始信号进行L级小波分解,利用阈值消除原始信号中的基线漂移与噪声,再对信号进行重构得到纯净的母体与胎儿混合心电信号。在提取胎儿心电信号阶段,首先计算母体与胎儿混合心电信号的局部最大值与局部最小值之差作为分类特征,K-medoids算法是一个无监督聚类分析方法,具有运算速度快、不是受极端值影响的特点。通过使用K-medoids算法对幅度差值进行分类,可以获得母体心电信号R波和胎儿心电信号R波。最后,设定阈值对分离出的胎儿心电信号进行假阴性与假阳性的矫正。本文提出的算法分别使用仿真胎儿心电信号以及数据库中真实信号进行验证,与传统的胎儿心电信号提取算法相比较,可以发现本文使用的算法准确率更高。本文提出的方法在临床胎儿心电信号检测具有很大的潜力。由于小波变换具有稀疏性、局部性和多分辨率等特质,使用小波变换不需要对噪声信号进行过于复杂的处理。K-medoids分析仅与腹壁信号的局部最大值与最小值有关,具有很强的实用性。
【学位单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN911.7;R318.6
【部分图文】：
从解剖学角度分析，胎儿是由许多具有不同导电率的解剖层所包围的，胎儿与母体腹壁间隔的解剖示意图如图2-1所示。图 2-1 胎儿与母体腹壁间隔解剖示意图Fig. 2-1 Anatomical diagram of the interval between the fetus and the mother's abdominal wallAECG采集过程如图2-2所示。肌肉脂肪皮肤前置放大电路滤波电路后置放大电路MECG子宫壁胎盘羊水电极体容积 检测电路FECG观测信号(AECG)图 2-2 AECG 采集示意图Fig. 2-2 Schematic diagram of AECG signal acquisition由图可知电极片采集的孕妇腹壁信号经过肌肉、脂肪、皮肤等组织，其中
胎儿心电的波形与成人心电波形相同，分别为P波、P-R间期、QRS波群、S-T段、T波及RR间期。典型的心电波形图如图2-3所示。图 2-3 典型心电波形图Fig. 2-3 Typical heart waveformP波表示胚胎心房去极化的电位变化。自胚胎发育第17周以后，P波会逐渐变宽，分娩后，P波幅值较孕期降低，波形持续时间会缩短。P-R间期表示从心房开始去极化到心室开始去极化的时间。P-R间期与孕龄成正相关。QRS波群反映左、右心室除极电位和时间的变化。QRS波群的周期会随着胚胎发育有所增长，胎儿心率出现下降的趋势。S-T段是从QRS波群的终点到T波起点间的一段电位波形。T波反映胎儿心室复极化时的电位变化。RR间期为两个相邻R峰的时间间隔。在医学领域，通过计算RR间期可以得到胎儿心率，当RR间期位于0.375~0.5s时，可以视为胎儿心脏处于
一步的提取提供理论依据。研究表明，FECG的QRS波群中R波幅度范围在10~50μV之间，MECG的R波幅值为其5~10倍，FECG与AECG在时域的波形图如图2-4所示，其中，图2-4a)为采用侵入式电极法采集到的纯净的FECG，图2-4b)为采用非侵入式腹部电极采集到的AECG。a)b)图 2-4 心电信号图Fig. 2-4 Electrocardiogram从图2-4a)可以看到纯净的FECG（上箭头指向），从图2-4b)中可以看到A-ECG包含混合信号（下箭头指向）以及明显的MECG（椭圆标出），除此之外，AECG中还包含工频干扰、肌电干扰和基线漂移之类的强噪声成分。FECG信号P波、S-T波段很难识别，其QRS波群具有明显的脉冲特性，由于人体组织具有一定的阻抗，对电流的传递产生压差，AECG中MECG与FECG会有比例性的降低。医学研究表明
【参考文献】
本文编号：2846562
【学位单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN911.7;R318.6
【部分图文】：
从解剖学角度分析，胎儿是由许多具有不同导电率的解剖层所包围的，胎儿与母体腹壁间隔的解剖示意图如图2-1所示。图 2-1 胎儿与母体腹壁间隔解剖示意图Fig. 2-1 Anatomical diagram of the interval between the fetus and the mother's abdominal wallAECG采集过程如图2-2所示。肌肉脂肪皮肤前置放大电路滤波电路后置放大电路MECG子宫壁胎盘羊水电极体容积 检测电路FECG观测信号(AECG)图 2-2 AECG 采集示意图Fig. 2-2 Schematic diagram of AECG signal acquisition由图可知电极片采集的孕妇腹壁信号经过肌肉、脂肪、皮肤等组织，其中
胎儿心电的波形与成人心电波形相同，分别为P波、P-R间期、QRS波群、S-T段、T波及RR间期。典型的心电波形图如图2-3所示。图 2-3 典型心电波形图Fig. 2-3 Typical heart waveformP波表示胚胎心房去极化的电位变化。自胚胎发育第17周以后，P波会逐渐变宽，分娩后，P波幅值较孕期降低，波形持续时间会缩短。P-R间期表示从心房开始去极化到心室开始去极化的时间。P-R间期与孕龄成正相关。QRS波群反映左、右心室除极电位和时间的变化。QRS波群的周期会随着胚胎发育有所增长，胎儿心率出现下降的趋势。S-T段是从QRS波群的终点到T波起点间的一段电位波形。T波反映胎儿心室复极化时的电位变化。RR间期为两个相邻R峰的时间间隔。在医学领域，通过计算RR间期可以得到胎儿心率，当RR间期位于0.375~0.5s时，可以视为胎儿心脏处于
一步的提取提供理论依据。研究表明，FECG的QRS波群中R波幅度范围在10~50μV之间，MECG的R波幅值为其5~10倍，FECG与AECG在时域的波形图如图2-4所示，其中，图2-4a)为采用侵入式电极法采集到的纯净的FECG，图2-4b)为采用非侵入式腹部电极采集到的AECG。a)b)图 2-4 心电信号图Fig. 2-4 Electrocardiogram从图2-4a)可以看到纯净的FECG（上箭头指向），从图2-4b)中可以看到A-ECG包含混合信号（下箭头指向）以及明显的MECG（椭圆标出），除此之外，AECG中还包含工频干扰、肌电干扰和基线漂移之类的强噪声成分。FECG信号P波、S-T波段很难识别，其QRS波群具有明显的脉冲特性，由于人体组织具有一定的阻抗，对电流的传递产生压差，AECG中MECG与FECG会有比例性的降低。医学研究表明
【参考文献】
相关期刊论文 前1条
1 化希耀;苏博妮;;胎儿心电提取方法研究综述[J];微型机与应用;2015年03期
本文编号：2846562
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