一种基于胎心电频谱图确定胎儿平均心率的方法.pdf

1、(10)授权公告号 CN 102715897 B (45)授权公告日 2014.06.25 CN 102715897 B (21)申请号 201210245589.2 (22)申请日 2012.07.17 A61B 5/024(2006.01) A61B 5/0444(2006.01) (73)专利权人 南京大学 地址 210093 江苏省南京市鼓楼区汉口路 22 号南京大学电子学院 1040 信箱 (72)发明人 刘红星 管群 刘铁兵 李萍 肇莹 石立娟 闫华文 张洁敏 汤黎明 宁新宝 (54) 发明名称 一种基于胎心电频谱图确定胎儿平均心率的 方法 (57) 摘要 本发明涉及一种基于胎儿心

2、电频谱图确定胎 儿平均心率的方法， 它包括两个步骤 ： (1) 读取从 孕妇腹壁检测的胎儿心电信号、 制作幅值谱或功 率谱图 ； (2) 在制作的幅值谱或功率谱图上通过 人机交互确定胎儿平均心率。其特征是， 在第 (2) 步人机交互中， 在幅值谱或功率谱图上设置一组 游标 ( 须两个以上 )， 它们的频率坐标始终成倍 数关系， 操作者拖动这组游标中其中一个时， 组内 所有游标同时游动， 并且各游标频率坐标总保持 着始终不变的倍数关系。该方法将人工测算一组 谱峰频率是否成倍数关系的问题变成了频率坐标 成倍数关系的一组游标是否都经过谱峰的认定问 题， 可提高胎儿平均心率的确定效率 5 倍以上。 (

3、51)Int.Cl. 审查员 谢楠 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利 权利要求书1页 说明书3页 附图2页 (10)授权公告号 CN 102715897 B CN 102715897 B 1/1 页 2 1. 一种基于胎儿心电频谱图确定胎儿平均心率的方法， 它包括两个步骤 ： (1) 读取从 孕妇腹壁检测的胎儿心电信号， 制作幅值谱或功率谱图 ； (2) 在制作的幅值谱或功率谱图 上通过人机交互确定胎儿平均心率， 其特征是， 所述步骤 (2) 中的人机交互中， 在幅值谱或 功率谱图上设置了一组联动游标， 拖动时这组联动游标

4、的频率坐标始终保持着倍数关系， 当操作者将该组联动游标中最左边的游标移至频谱图上的一个谱峰时， 观察位于该谱峰所 在频率的倍频处的其他游标是否也对应谱峰， 当发现一组谱峰正好具有倍数关系， 且又不 对应于母体的心电分量时， 则最左边谱峰的频率确定为胎儿平均心率。 权 利 要 求 书 CN 102715897 B 2 1/3 页 3 一种基于胎心电频谱图确定胎儿平均心率的方法 技术领域 0001 本申请涉及一种基于胎儿心电频谱图确定胎儿平均心率的方法。 0002 胎儿在整个孕期处在非常艰难的生存环境中， 胎心率是胎儿健康状况的一个重要 指标。多普勒超声方法检测胎心率时， 探头要对中胎儿心脏， 在

5、实际操作中多有不便， 尤其 在早期胎心比较小的时候。在孕妇腹壁体表安放电极采集胎儿心电信号， 据此确定胎心率 的方法， 不要求电极对中胎心， 操作较为方便， 但也存在信号信噪比低、 稳定地获取胎心率 不容易的问题。 0003 文献中介绍的基于胎儿心电信号确定平均胎心率的方法主要是时域的方法 ： (1) 首先从孕妇腹壁检测的胎儿心电信号中分离去主要的干扰成分母体心电成分， 并尽量 多地去掉基线漂移等其他干扰成分 ； (2) 去除干扰后的保留信号波形， 被认为主要是胎儿 心电成分， 基于差分阈值法或小波奇异性检测等方法， 进行 R 波波峰检测， 利用检测的各 R 波波峰， 计算瞬时胎心率， 进而计

6、算胎儿平均心率。这样的时域方法， 实现比较复杂 ； 有时， 保留信号会残留有较大母体心电分量， 导致胎儿 R 波波峰检测失败， 方法失效。 0004 本申请涉及的是基于胎儿心电信号频谱图确定胎儿平均心率的问题， 不同于以上 所述的时域方法。 背景技术 0005 利用胎儿心电信号频谱确定胎儿平均心率的方法， 其步骤可概括为 ： (1) 读取从 孕妇腹壁体表检测的胎儿心电信号， 直接制作其幅值谱或功率谱， 或者对其进行诸如去干 扰、 降噪、 变换等处理后再制作其幅值谱或功率谱 ； (2) 在幅值谱或功率谱上， 从左到右扫 寻谱峰， 每扫到一个谱峰， 检查该谱峰频率的倍频处是否也存在谱峰， 如果存在

7、， 并且该谱 峰频率又不对应母体平均心率， 则判定该谱峰对应频率为平均胎心率， 否则为伪差谱峰。 0006 在频谱上确定胎儿平均心率方法的原理和在频谱上确定母体平均心率方法的原 理相同， 都是利用谱峰的倍频关系。但是， 确定母体平均心率比较容易， 确定胎儿平均心率 比较困难， 特别是要稳定可靠地确定胎儿平均心率很困难， 因为胎儿分量往往很小、 在频谱 上胎儿分量对应的一组谱峰往往不是很突出， 存在很多伪差谱峰。 0007 相对而言， 从频谱上确定胎儿平均心率的比较放心可靠的方法， 不是让计算机程 序从左到右自动扫寻谱峰并自动判定一组谱峰频率是否有倍频关系， 而是把幅值谱或功率 谱图画出来、 展

8、现在人机界面上， 由操作者通过人机交互来确定胎儿平均心率。 比较容易想 到的模式是 ： 用眼睛和大脑来扫寻频谱图上的各谱峰， 目测出其频率成倍数关系的一组谱 峰， 若其肯定不对应母体分量， 则选中这组谱峰中最左边的一个谱峰， 将其对应频率确定为 胎儿平均心率。 0008 胎儿心电技术发展严重滞后于需求， 以上提到的比较容易想到的在频谱上通过人 机交互确定胎儿平均心率的方法， 虽然简单， 也未见文献提到。另一方面， 该简单方法一旦 实施也会发现新的问题 ： 由于很多时候胎儿心电分量很弱， 在频谱上对应胎儿的谱峰不是 很突出， 频谱上会存在很多伪差谱峰 ； 此时， 单纯用眼睛和大脑来扫寻频谱图上的

9、各谱峰， 说 明 书 CN 102715897 B 3 2/3 页 4 并且目测出一组谱峰的频率是否存在倍数关系， 操作者会很累， 须仔细分辨和心算， 操作起 来很慢， 效率低。 0009 参考文献 ： 0010 1Karvounis，E.C.，C.Papaloukas，et al. Fetal heart rate extraction from composite maternal ECG using complex continuous wavelet transform. Computers in Cardiology， 2004， Vol31 ： 737-740. 0011 2Kar

10、vounis， E.C.， M.G.Tsipouras， et al. An automated methodology for fetal heart rate extraction from the abdominal electrocardiogram. IEEE Transactions on Information Technology in Biomedicine， 2007， 11(6) ： 628-638. 0012 3S.Kadambe，R.Murray，and G.Faye Boudreaux-Bartels，“Wavelet Transform-Based QRS Com

11、plex Detector， ” IEEE Trans.on Biomed.Eng.， vol.46， no.7， pp.838-848， July.1999. 0013 发明内容 0014 发明目的。 0015 提出一种基于胎儿心电频谱图确定胎儿平均心率的方法， 改进容易想到的简单人 机交互模式， 以提高胎儿平均心率的估计效率， 减轻操作者的劳动强度。 0016 技术方案。 0017 一种基于胎儿心电频谱图确定胎儿平均心率的方法， 它包括两个步骤 ： (1) 读取 从孕妇腹壁检测的胎儿心电信号， 制作幅值谱或功率谱图 ； (2) 在制作的幅值谱或功率谱 图上通过人机交互确定胎儿平均心率， 其

12、特征是， 所述步骤 (2) 中的人机交互中， 在幅值谱 或功率谱图上设置一组联动游标， 拖动时这组联动游标的频率坐标始终保持着倍数关系， 当操作者将该组联动游标中最左边的游标移至频谱图上的一个谱峰时， 观察位于该谱峰所 在频率的倍频处的其他游标是否也对应谱峰， 当发现一组谱峰正好具有倍数关系， 且又不 对应于母体的心电分量时， 则该组谱峰最左边谱峰的频率确定为胎儿平均心率。 0018 以上方法第 (1) 步骤中， 读取孕妇腹壁检测胎心电信号后， 可直接制作幅值谱或 功率谱， 也可以对其进行诸如去干扰、 降噪、 变换等各种处理后再制作其幅值谱或功率谱， 此处不构成本方案的技术特征。 0019 以

13、上方法第 (2) 步骤中， 由于频谱图上设置了一组始终具有倍频关系的游标， 当 操作者将最左边的游标移至一个谱峰时， 则其他游标正好位于该谱峰频率的倍频处， 非常 容易观察倍频处是否也有谱峰 ； 当发现一组谱峰的频率正好具有倍数关系， 又不对应母体 心电分量时， 可将该组谱峰最左边谱峰的频率确定为胎儿平均心率。 0020 人的眼睛和大脑擅长发现识别一个频谱图上的谱峰， 但很不擅长测算谱峰频率之 间是否存在倍数关系。前面提到的容易想到的简单人机交互模式， 需要用人的眼睛和大脑 来测算谱峰频率之间是否存在倍数关系， 这是方法低效的根源 ； 但是， 本技术方案采用了新 的交互模式， 不再需要人的眼睛

14、和大脑来测算谱峰频率之间是否是倍数关系， 把人工测算 一组谱峰频率是否成倍数关系的问题变成了频率坐标成倍数关系的一组游标是否都经过 谱峰的认定问题， 简言之， 把一个计算问题变成了一个眼睛和大脑擅长的单纯的识别问题。 本技术方案反映了人机交互确定平均心率的本质需要， 是客观规律的自觉利用。 0021 有益效果。 说 明 书 CN 102715897 B 4 3/3 页 5 0022 目前， 尚未见文献报道基于胎儿心电频谱图人机交互确定胎儿平均心率的方法 ； 当然， 基于在胎儿心电频谱图上设置一组有倍频关系的游标来人机交互确定胎儿平均心率 的方案更是未见报道。因此， 本技术方案具有新颖性。 00

15、23 经大量测试， 本技术方案在胎儿心电频谱图上设置一组有倍频关系的游标这一做 法， 与容易想到的简单人机交互方法相比， 可提高胎儿平均心率的确定效率 5 倍以上。因 此， 提出的方法有实用性， 有实质进展。 附图说明 0024 图 1， 本发明基于胎儿心电频谱图确定胎儿平均心率的步骤及特征。 0025 图 2， 一腹壁实测胎儿心电信号的波形图。 0026 图 3， 幅值谱图及经过母体平均心率处谱峰的一组游标示意图。 0027 图 4， 幅值谱图及经过一伪差谱峰的一组游标示意图。 0028 图 5， 幅值谱图及经过胎儿平均心率处谱峰的一组游标示意图。 0029 具体实施方式 ( 实施例 ) 0

16、030 在医院对某一孕妇用日本光电标准 12 导心电图机ECG-1350P 将电极置于腹 壁测了一组数据， 采样率 500Hz。 0031 首先， 读取从孕妇腹壁检测的一个导联信号的胎儿心电信号， 选择以 0.5Hz 到 100Hz 为通带的带通滤波器去除基线漂移作为预处理， 去除基线漂移后的信号波形图见图 2 所示， 图中横轴为时间轴， 时间刻度 0、 1、 、 8 的单位为秒 ； 然后制作信号幅值谱， 见图 3、 图4、 图5所示。 在图3、 图4、 图5幅值谱中， 横坐标均为频率轴， 频率刻度0、 0.5、 1、 1.5、 、 10 的单位为 Hz。 0032 在制作的幅值谱图上设置了一

17、组游标 ( 此处为三个 )， 见图 3、 图 4、 图 5 中的三根 竖线、 它们的频率坐标始终成倍数关系。 操作者从幅值谱图左边开始向右拖动游标， 首先将 游标落到第一个谱峰及其倍频位置处， 见图 3 所示， 发现正好对应 3 个谱峰， 则易断定此组 谱峰中的第1个谱峰对应母体平均心率 ； 继续向右移动游标， 将游标落到第2个谱峰及其倍 频位置处， 见图4所示， 发现后面的两个游标没有对上谱峰， 可断定此谱峰为1个伪差谱峰 ； 继续向右移动游标， 将游标落到第 3 个谱峰及其倍频位置处， 见图 5 所示， 可发现后面的两 个游标也对上了谱峰， 说明该组游标所指谱峰是对应胎儿心电的， 则可将此时左边第 1 个 游标指向的频率确定为胎儿平均心率。 说 明 书 CN 102715897 B 5 1/2 页 6 图 1 图 2 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 102715897 B 6 2/2 页 7 图 5 说 明 书 附 图 CN 102715897 B 7