基于時頻分析的多普勒胎心音的瞬時心率檢測方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發明涉及醫用監護【技術領域】，公開了一種基于時頻分析的多普勒胎心音的瞬時心率檢測方法及裝置，檢測方法包括：通過帶通濾波器對多普勒胎心音進行預處理；對預處理后的超聲多普勒胎心音進行時頻分析，為了計算簡單快捷，采用STFT求取超聲多普勒胎心音的時頻圖；互相關法求胎兒心音的瞬時心率法：互相關算法中首先根據多普勒胎心音的時頻圖選取特征頻段，再根據心音信號的先驗知識選取特征模板，接著求特征頻段和特征模板的互相關函數，繪制互相關曲線，最后通過計算互相關曲線的波峰值的間隔計算超聲多普勒的胎兒心音信號的瞬時心率。本發明對于臨床采集到的超聲多普勒胎心音信號的瞬時心率的計算，方法簡單，運算速度快，準確度高。
【專利說明】基于時頻分析的多普勒胎心音的瞬時心率檢測方法及裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及醫用監護【技術領域】，更具體地，涉及一種基于時頻分析的多普勒胎心音的瞬時心率檢測方法及裝置。
【背景技術】
[0002]胎心監護是通過監測胎心率的變化來評價宮內安危的一種常用的胎兒監護方法。在圍產階段對母體內的胎兒進行監護，可以在了解胎兒發育狀況的同時，大大地減少因缺氧、缺血而出現的窘迫，降低胎兒出生缺陷，甚至胎兒死亡的情況的發生。出生缺陷目前已成為影響我國人口質量的一個嚴重問題。因此，密切關注胎兒心率的變化情況對提高生育質量有著重要的意義。早至19世紀初就有產科醫師通過胎心聽診估計胎兒宮內狀況，隨著超聲多普勒技術的發展，產時電子胎心監護(electronicfetal monitoring,EFM)已成為目前最常用的胎兒監護方法。超聲多普勒測量方法又是目前最常用的胎兒心率測量方法。
[0003]但是，由于從超聲波換能器上檢測的超聲多普勒聲音混雜有幅度大，分布廣的噪聲干擾，以及胎兒身體在母體內運動時，聲音信號強弱變化明顯。在時域和頻域上，這些干擾信號混疊在一起對胎兒心音信號的瞬時心率計算造成很大的影響。因此，研究如何準確、有效地測量母體內胎兒心音的瞬時心率具有重要的理論價值和臨床意義。
[0004]對胎心的監護和胎兒瞬時心率的研究在很早就已經開始了， 并且采用的處理方法有很多種，總結起來，可分為以下幾種:
[0005](I)基于匹配濾波法計算胎兒心率:該方法的基本思想是用以往多次得到的母體心電作為模板，抵消腹部采樣信號中的母體心電成分，將胎兒心電分離出來。由于腹部信號與模板相減要求有較高的精度，則需在模板計算、相位、幅值修正上采取多種措施來保證減去母體心電的準確性，這是基于心電模式的方法。
[0006](2)采用自相關的方法計算胎兒心率；總所周知，相關方法是從加性噪聲中提取已知波形，特別是對于確定性的周期信號是一種好方法。用自相關方法提取胎兒心率信號，效果不夠好，主要是因為胎兒心率是重復性信號，但不是確定性的周期信號，并且胎兒心音信號的波形也不是固定不變的，周期與波形均帶有隨機性變化，因而造成自相關函數的波形不易檢測；這是基于心音模式的方法。
[0007]正常心臟有四個心音:第一(SI)、第二(S2)、第三(S3)、第四(S4)心音，但多數情況下只能聽到第一和第二心音。第一心音的出現標志著心室收縮期的開始；第二心音的出現標志心室縮張期的開始。從出現第一心音到出現第二心音的期間定義為心室收縮期；從出現第二心音到下一心動周期中出現第一心音的期間定義為心室舒張期。在一個心動周期中，心音的主要成分為:第一心音、收縮期、第二心音、舒張期，通過它們可以完整的表述出心音的時間特性。對于一般人來說，正常情況下心臟的收縮期短于舒張期。胎兒的平均心率為120-160次/分，心動周期約為0.5 (秒)，其中收縮期大約占0.2 (秒)，舒張期大約占
0.3 (秒)。也就是說，一般人的心音信號中，SI音到S2音在時域上的間隔大約為0.2 (秒)。
[0008]由于胎兒心音信號屬于非平穩信號，常規傅里葉變換方法不能刻畫任一時刻的頻率成分，致使無法對其進行全面的分析。時頻分析是非平穩信號分析的一個有力工具，該方法能夠將一維時域信號變換到二維的時頻平面，提供了時間域和頻率域的聯合分布信息，清楚的描述了信號頻率隨時間變換的關系。
【發明內容】
[0009]本發明的主要目的在于克服現有胎兒心率檢測方法的不足，提供一種基于時頻分析的多普勒胎心音的瞬時心率檢測方法，該檢測方法將胎兒心音的時間域和頻率域的分布
信息聯合起來，再利用了心音信號的先驗信息-心音信號中SI音和S2音在觀測信號時
域上的間隔，從而檢測胎心音的瞬時心率。
[0010]為解決上述技術問題，本發明的技術方案如下:
[0011]一種基于時頻分析的多普勒胎心音的瞬時心率檢測方法，包括如下步驟:
[0012]S1.信號預處理:對采集到的多普勒胎心音進行帶通濾波，帶通濾波器的通帶頻率為4到fH；
[0013]S2.時頻分析:對于經過步驟SI預處理的多普勒胎心音進行時頻分析，得到時頻圖；
[0014]S3.選取特征頻段和模板:從時頻圖中選取信號中的特征頻段，特征頻段為fi到fcH；從時頻圖選取包含SI音和S2音特征的時頻塊，所述時頻塊的時間間隔為0.2(秒)< t0
<0.5 (秒)；
[0015]S4.求互相關函數:對特征頻段和模板求互相關函數，根據互相關函數的結果繪出相關曲線；
[0016]S5.用閾值檢測法求互相關曲線的峰值；
[0017]S6.對峰值做差分，求瞬時心率值；根據瞬時心率值繪制出瞬時心率圖。
[0018]更進一步的，所述步驟SI中&為50Hz，fH為250Hz，即采用帶通頻帶為50_250Hz的帶通濾波器。
[0019]更進一步的，所述步驟S2采用短時傅里葉變換STFT進行時頻分析，短時傅里葉變換STFT定義如下:
[0020]
【權利要求】
1.一種基于時頻分析的多普勒胎心音的瞬時心率檢測方法，其特征在于，包括如下步驟: 51.信號預處理:對采集到的多普勒胎心音進行帶通濾波，帶通濾波器的通帶頻率為4到fH; 52.時頻分析:對于經過步驟SI預處理的多普勒胎心音進行時頻分析，得到時頻圖； 53.選取特征頻段和模板:從時頻圖中選取信號中的特征頻段，特征頻段為到f；H；從時頻圖選取包含SI音和S2音特征的時頻塊，所述時頻塊的時間間隔為0.2(秒)< h<0.5 (秒)； 54.求互相關函數:對特征頻段和模板求互相關函數，根據互相關函數的結果繪出相關曲線； 55.用閾值檢測法求互相關曲線的峰值； 56.對峰值做差分，求瞬時心率值；根據瞬時心率值繪制出瞬時心率圖。
2.根據權利要求1所述的基于時頻分析的多普勒胎心音的瞬時心率檢測方法，其特征在于，所述步驟SI中&為50Hz，fH為250Hz，即采用帶通頻帶為50_250Hz的帶通濾波器。
3.根據權利要求1所述的基于時頻分析的多普勒胎心音的瞬時心率檢測方法，其特征在于，所述步驟S2采用短時傅里葉變換STFT進行時頻分析，短時傅里葉變換STFT定義如下:
4.根據權利要求1所述的基于時頻分析的多普勒胎心音的瞬時心率檢測方法，其特征在于，所述步驟S3中特征頻段取200-400HZ，即匕為200Hz，fcH為400Hz。
5.根據權利要求1所述的基于時頻分析的多普勒胎心音的瞬時心率檢測方法，其特征在于，所述步驟S4中采用二維互相關函數繪制相關曲線，公式如下:
6.根據權利要求1所述的基于時頻分析的多普勒胎心音的瞬時心率檢測方法，其特征在于，所述步驟S5中用閾值檢測法求互相關曲線的峰值， 閾值為:threshold=paramXmax{R(n)} ,param 取 0.9,或取與 0.9 相近的數值，R(n)表示互相關曲線。
7.根據權利要求1所述的基于時頻分析的多普勒胎心音的瞬時心率檢測方法，其特征在于，所述步驟S6求瞬時心率的計算公式為:
8.一種應用權利要求1至7任一項所述的基于時頻分析的多普勒胎心音的瞬時心率檢測方法的裝置，其特征在于，包括: 信號預處理模塊，用于對采集到的多普勒胎心音進行帶通濾波，其中帶通濾波器的通帶頻率為4到fH ; 時頻分析模塊，用于對預處理的多普勒胎心音進行時頻分析，得到時頻圖； 特征頻段和模板的選取模塊，用于從時頻圖中選取信號中的特征頻段和特征頻段和模板，其中特征頻段為4到&時頻塊的時間間隔為0.2 (秒)< h < 0.5 (秒)； 互相關模塊，用于對特征頻段和模板求互相關函數，并根據互相關函數的結果繪出相關曲線； 峰值提取模塊，用于采用閾值檢測法提取互相關曲線的峰值； 瞬時心率圖繪制模塊，用于對峰值做差分，求瞬時心率值；并根據瞬時心率值繪制出瞬時心率圖。
9.根據權利要求8所述的基于時頻分析的多普勒胎心音的瞬時心率檢測裝置，其特征在于，所述信號預處理模塊的帶通濾波器的帶通頻帶為50-250HZ，即4為50Hz，fH為250Hz ο
10.根據權利要求8或9所述的基于時頻分析的多普勒胎心音的瞬時心率檢測裝置，其特征在于，所述時頻分析模塊采用采用短時傅里葉變換STFT進行時頻分析，短時傅里葉變換STFT定義如下:
【文檔編號】A61B8/02GK103462642SQ201310365630
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年8月20日 優先權日:2013年8月20日
【發明者】謝勝利, 蔡坤, 馮愛玲, 于宣福, 王賽紅, 堯永賢 申請人:廣東工業大學