CN104287711B - 胎心率曲线非基线部分和基线的计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种胎心率曲线非基线部分计算方法，其特征在于：非基线区间的特征为：胎心率值与其基准值的最大偏移量不小于D_min，持续时间不小于T_min、且不大于T_max。疑似非基线区间的特征为：胎心率值与其基准值的最大偏移量不小于D_min，持续时间大于T_max；对于疑似非基线区间，每次调整其基准值bpm，使疑似非基线区间的持续时间减少，然后再次判断是否满足非基线区间的特征。本发明提供的胎心率曲线非基线部分和胎心率基线的计算方法，尤其是对于加速减速频繁出现的胎心率曲线，能准确识别出胎心率基线，很好解决了基于数值处理方法的算法基线估计不准的问题。同时，本发明计算效率高，解决了基于人工智能方法的算法效率低下的问题。

Description

胎心率曲线非基线部分和基线的计算方法

技术领域

本发明涉及生物医学信号处理和电子胎儿监护领域，具体涉及一种胎心率曲线非基线部分和基线的计算方法。

背景技术

胎儿电子监护主要是通过连续观察并记录胎心率的变化，以判断胎儿宫内安危情况。胎心率的变化是胎儿中枢神经系统调节的结果。胎心率曲线是对一段时间内胎心率变化的记录，它主要包含四个重要参数：基线、变异、加速和减速。通过对这些参数的读解和识别，产科医护人员能及时掌握胎儿在宫内发育的状况并做出临床决策。在这些参数中，胎心率基线是最为关键的一个参数，其余各个参数均需要在胎心率基线的基础上才能判别。

目前，计算、识别胎心率基线所用的方法主要分为2大类：1、采用数值处理的方法，2、采用人工智能的方法。每一种方法均存在各自的优点与不足：1、第一种方法计算效率高，但有时求出的基线会存在较大的误差，如对于出现连续加速或者减速的胎心率曲线，得到的基线往往会出现抬高或者减低的现象；2、第二种方法能有效地改善第一种方法的不足，但是其计算效率较低，不适合对实时性要求高的场合。

公开日为2012年1月4日的发明专利CN 102302363A提供了一种胎心率基线的自动识别装置和方法，旨在规避胎心率的规律性变化对基线求解的影响，但是其求出的基线可能会出现“跳跃”，这可能会影响产科医护人员对基线的理解；公开日为2013年2月27日的发明专利CN 102940485A提供了一种胎心率基线自动识别算法，采用人工智能的方法求出胎心率基线，其求出的基线具有较高准确性，但是该算法计算效率低、不能满足实际临床应用的实时性要求。

计算、识别胎心率基线的重点在于区分胎心率曲线中的基线部分和非基线部分。目前存在的胎心率基线计算方法中，胎心率曲线的基线部分和非基线部分区分不清晰，这会对基线的计算造成影响，使基线的准确性降低。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提供一种准确性高、计算效率高的胎心率曲线非基线部分和基线的计算方法，从而准确求出胎心率曲线非基线部分，并在此基础上提高胎心率基线自动识别的准确性和实时性。

为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案来实现：

胎心率曲线非基线部分的计算方法，主要包括以下步骤：

步骤A1、从胎心率曲线选取若干个互不重叠的区间，每个所述区间的端点胎心率值等于所述胎心率曲线的基准值，所述区间的基准值等于所述区间的端点胎心率值，每个所述区间内的胎心率值都大于或都小于所述区间的基准值；

步骤A2、计算每个所述区间的持续时间；计算每个所述区间内的胎心率值与所述区间基准值的最大偏移值；

步骤A3、从所述若干个区间中选取非基线区间，所述非基线区间的特征为：

所述非基线区间的胎心率值与其基准值的最大偏移值不小于D_min；所述非基线区间的持续时间不小于T_min、且不大于T_max；

步骤A4、将选取的若干个所述非基线区间组合为胎心率曲线非基线部分。

作为本发明进一步的技术方案，在所述步骤A4之前，还包括计算所述非基线区间，步骤包括：

步骤B1、从所述若干个区间中选取疑似非基线区间，所述疑似非基线区间的特征为：

所述疑似非基线区间的胎心率值与其基准值的最大偏移值不小于D_min；所述疑似非基线区间的持续时间大于T_max；

步骤B2、从所述疑似非基线区间选取满足所述非基线区间的特征的区间：

步骤a、每次调整所述疑似非基线区间的基准值nbpm，使所述疑似非基线区间的持续时间减少；

步骤b、将所述疑似非基线区间分为若干个互不重叠的子区间，每个所述子区间的端点胎心率值等于所述疑似非基线区间的基准值，每个所述子区间内的胎心率值都大于或都小于所述子区间的基准值；

步骤c、从所述若干个子区间中选取满足所述非基线区间的特征的区间，即为所述非基线区间；

步骤d、从所述若干个子区间中选取满足所述疑似非基线区间的特征的区间，进入步骤B2。

作为本发明更进一步的技术方案，设置所述T_max的步骤包括：

将所述胎心率曲线分为若干个胎心率曲线片段；

统计每个胎心率片段的胎动次数；

根据所述胎动的次数设置每个胎心率曲线片段的T_max。

作为本发明更进一步的技术方案，所述非基线区间的特征还包括：

所述非基线区间中大于[H₀+k*(FHR_max-H₀)]的胎心率值所持续的时间占所述非基线区间持续时间的比例不小于R；所述H₀为所述非基线区间的基准值，所述FHR_max为所述非基线区间的最大胎心率值，k为预设系数，R为预设阈值；

所述疑似非基线区间特征还包括：

所述疑似非基线区间中大于[H₀+k*(FHR_max-H₀)]的胎心率值所持续的时间占所述非基线区间持续时间的比例小于R。

作为本发明更进一步的技术方案，所述非基线区间的特征，还包括：

所述非基线区间至少存在一次胎动。

本发明，胎心率基线计算方法，主要包括以下步骤：

S1、基于上述的胎心率非基线部分的计算方法，计算所述胎心率曲线的非基线部分；

S2、清空所述胎心率曲线中的非基线部分后，进行插值、平滑处理；

S3、在所述插值、平滑处理后的胎心率曲线中，计算所述胎心率基线中的若干个胎心率点；对所述胎心率基线中的若干个胎心率点进行插值、平滑滤波，得到胎心率基线。

作为本发明进一步的技术方案，步骤S3之后还包括

对所述胎心率基线进行修正。

作为本发明更进一步的技术方案，所述对胎心率基线进行修正，包括：

求出所述胎心率基线的基准线；

利用所述胎心率基线与所述胎心率基线的基准线计算新胎心率基线，并进行多点平滑，处理后的新胎心率基线为最终的胎心率基线。

作为本发明更进一步的技术方案，所述对胎心率基线进行修正，还包括：

求出所述胎心率基线的拟合线；

利用所述胎心率基线、所述胎心率基线的拟合线和所述胎心率基线的基准线，计算出新的基线，并进行平均滤波，处理后的新基线为最终的胎心率基线。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：本发明基于数值处理方法，结合胎动信息，提供一种胎心率曲线非基线部分和胎心率基线的计算方法，可以准确求出胎心率曲线的非基线部分，进而计算出准确的胎心率基线。尤其是对于加速减速频繁出现的胎心率曲线，本发明能准确识别出胎心率基线，很好解决了基于数值处理方法的算法基线估计不准的问题。同时，本发明计算效率高，解决了基于人工智能方法的算法效率低下的问题。

附图说明

为了易于说明，本发明由下述的较佳实施例及附图作以详细描述。

图1为实施例1选取非基线区间的示意图；

图2为实施例1从疑似非基线区间选取非基线区间的示意图；

图3为实施例1进一步增加的胎心率曲线非基线区间和疑似非基线区间判断标准的示意图；

图4为实施例2经过分析计算选取的最终的非基线区间示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例及附图对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

胎心率曲线非基线部分的计算方法，主要包括以下步骤：

步骤A1、从胎心率曲线选取若干个互不重叠的区间，每个所述区间的端点胎心率值等于所述胎心率曲线的基准值，所述区间的基准值等于所述区间的端点胎心率值，每个所述区间内的胎心率值都大于或都小于所述区间的基准值；

需要指出的是，在本实施例中，所述胎心率曲线的基准值可利用现有技术求得：找出所述胎心率曲线中的稳定部分，在稳定部分中个数最多的胎心率值为所述胎心率曲线的基准值，具体方法可参见：S.Andersson.Acceleration and deceleration detection andbaseline estimation[D],Chalmers University of Technology,2011。

如图1所示，选取满足步骤A1所述区间时，在所述胎心率曲线F上画一条直线L，该直线的值为所述胎心率曲线的基准值。所述胎心率曲线F与所述直线L交叉形成若干个交点，选取相连两个交点间的区间，即为互不重叠的区间，每个所述区间的端点胎心率值等于所述胎心率曲线的基准值，所述区间的基准值等于所述区间的端点胎心率值，每个所述区间内的胎心率值都大于或都小于所述区间的基准值。

步骤A2、计算每个所述区间的持续时间；计算每个所述区间内的胎心率值与所述区间基准值的最大偏移值；

如图1所示，所述胎心率曲线F是以时间为横轴、胎心率值为纵轴，选取所述区间后，所述区间两个端点的时间差即为所述区间的持续时间。所述区间的最大胎心率值与基准值的差值绝对值即为所述区间内的值与所述区间基准值的最大偏移值。

步骤A3、从所述若干个区间中选取非基线区间，所述非基线区间的特征为：

所述非基线区间的胎心率值与其基准值的最大偏移值不小于D_min；所述非基线区间的持续时间不小于T_min、且不大于T_max；

如图1所示，在本实施例中，D_min设为15bpm(心跳/分钟)，T_min设为15s，T_max设为1min。由此选取的所述非基线区间包括I₁、I₂、I₃。I₄持续时间大于T_max，故不属于非基线区间。

步骤A4、将选取的若干个所述非基线区间组合为胎心率曲线非基线部分。

如图1所示，在本实施例中，胎心率曲线非基线部分包括所述非基线区间I₁、I₂、I₃。

进一步的，在所述步骤A4之前，还包括步骤：

步骤B1、从所述若干个区间中选取疑似非基线区间，所述疑似非基线区间的特征为：

所述疑似非基线区间的胎心率值与其基准值的最大偏移值不小于D_min；所述疑似非基线区间的持续时间大于T_max；

如图1所示，在本实施例中，区间I₄持续时间大于T_max，胎心率值与其基准值的最大偏移值不小于D_min，故区间I₄为所述疑似非基线区间。

步骤B2、从所述疑似非基线区间选取满足所述非基线区间的特征的区间：

步骤a、每次调整所述疑似非基线区间的基准值nbpm，使所述疑似非基线区间的持续时间减少；

如果所述疑似非基线区间内的胎心率值均大于基准值，为使所述疑似非基线区间的持续时间减少，则需要每次增大所述疑似非基线区间的基准值nbpm；如果所述疑似非基线区间内的胎心率值均小于基准值，为使所述疑似非基线区间的持续时间减少，则需要每次减小所述疑似非基线区间的基准值nbpm。

需要指出的是，n的选择需要综合考虑效率和准确率的关系，n越大准确率越高，但是效率低，n越小效率越高，但准确率下降。一般情况下，n取0.5～2bpm。

如图2所示，所述疑似非基线区间I₄内的胎心率值均大于基准值，为使所述疑似非基线区间I₄的持续时间减少，则需要每次增大所述疑似非基线区间I₄的基准值，从基准值L增大到L'；

步骤b、从所述疑似非基线区间选取若干个互不重叠的子区间，每个所述子区间的端点胎心率值等于所述疑似非基线区间的基准值，每个所述子区间内的胎心率值都大于或都小于所述子区间的基准值；

需要指出的是，本步骤与步骤A1从胎心率曲线中选取区间的过程基本一致。所述疑似非基线区间I₄的基准值增大到L'后，在所述疑似非基线区间上画一条直线，该直线的值为所述疑似非基线区间的基准值。所述胎心率曲线F与所述直线L交叉形成若干个交点，选取相连两个交点间的区间。

如图2所示，在本实施例中，所述疑似非基线区间I₄的基准值L增大到L'后，区间I₄被分为多个子区间，区间I₄₁和I₄₂是其中两个子区间。

步骤c、从所述若干个子区间中选取满足所述非基线区间的特征的区间，即为所述非基线区间；

如图2所示，在本实施例中，从所述疑似非基线区间I₄分出的多个子区中，只有区间I₄₁、I₄₂满足所述非基线区间的特征，即区间I₄₁、I₄₂的胎心率值与其基准值的最大偏移值不小于D_min，区间I₄₁、I₄₂的持续时间不小于T_min、且不大于T_max，故I₄₁、I₄₂为非基线区间。

步骤d、从所述若干个子区间中选取满足所述疑似非基线区间的特征的区间，进入步骤B2。

如图3所示，在本实施例中，当所述疑似非基线区间I₄的基准值的增大后，若所得的子区间中存在满足所述疑似非基线区间的特征的区间，则认为该区间是疑似非基线区间，需要进入步骤a进一步处理。

进一步的，设置所述T_max的步骤包括：

将所述胎心率曲线分为若干个胎心率曲线片段；

本实施例中，将所述胎心率曲线分成若干个时长为t₁的胎心率曲线片段，每个胎心率片段起点间隔为t₂，一般的，t₁设为10min，t₂设为5min。

统计每个胎心率曲线片段的胎动次数；

根据所述胎动的次数设置每个胎心率曲线片段的T_max。

在本实施例中，对于每个胎心率曲线片段，根据胎动次数的数目，设置相应的T_max。一般的，如果胎动≥40次/小时，T_max设为5min；如果胎动＜40次/小时且≥20次/小时，T_max设为3min；如果胎动＜20次/小时，T_max设为1min。

需要指出的是，持续时间的判断基准T_max是根据被判断区间所在的胎心率曲线片段的胎动次数确定的，它是变化的。另外，同一个被判断区间可能处于多个相邻的胎心率曲线片段的重叠部分，由此持续时间的判断基准T_max可能是不同的，这时，持续时间的判断基准T_max以前一个胎心率片段的胎动次数决定。如果后一胎心率曲线片段中包括已经确认的非基线部分，则对于该非基线部分，不做重复判断。

实施例2

本实施例与实施例1基本相同，不同的仅在于所述非基线区间的特征还包括：

所述非基线区间中大于[H₀+k*(FHR_max-H₀)]的胎心率值所持续的时间占所述非基线区间持续时间的比例不小于R；所述H₀为所述非基线区间的基准值，所述FHR_max为所述非基线区间的最大胎心率值，k为预设系数，R为预设阈值；

所述疑似非基线区间特征还包括：

所述疑似非基线区间中大于[H₀+k*(FHR_max-H₀)]的胎心率值所持续的时间占所述疑似非基线区间持续时间的比例小于R。

如图3所示，对于每个所述非基线区间或疑似非基线区间，计算该区间的持续时间t_total和该区间内大于[H₀+k*(FHR_max-H₀)]的胎心率值所持续的时间t_part，计算比例并比较该比例与预设阈值R的大小。

在本实施例中，k设为0.7，R设为0.3。在I₁、I₂、I₃、I₄₁、I₄₂中，据此标准判断的所述非基线区间为I₁、I₂、I₃、I₄₂，所述疑似非基线区间为I₄₁。

需要指出的是，利用本实施例附加的标准判断出的非基线区间，进入步骤a后，每次调整所述疑似非基线区间的基准值nbpm，使所述疑似非基线区间的持续时间减少的同时，也会使所述疑似非基线区间趋向满足所述非基线区间特征。

经过上述步骤分析计算选取的最终的非基线区间示意图如图4所示，非基线部分包括区间I₁、I₂、I₃、I₄₁₁、I₄₁₂、I₄₂。

进一步的，所述非基线区间的特征，还包括：

所述非基线区间至少存在一次胎动。

为了更加准确的找出非基线区间，需要结合胎动图进行进一步的判断，对每一个判断出来的非基线区间，还要进行最后的验证，每一个非基线区间还必须存在至少一次的胎动。

实施例3

在实施例1或2的基础之上，本发明还提供一种胎心率基线计算方法的实施例，包括以下步骤：

S1、基于所述的胎心率非基线部分的计算方法，计算胎心率曲线的非基线部分；

如图4所示，在本实施例中，胎心率曲线的非基线部分包括I₁、I₂、I₃、I₄₁₁、I₄₁₂、I₄₂。

S2、清空所述胎心率曲线中的非基线部分后，进行插值、平滑处理；

S3、在所述插值、平滑处理后的胎心率曲线中，计算所述胎心率基线中的若干个胎心率点；对所述胎心率基线中的若干个胎心率点进行插值、平滑滤波，得到胎心率基线。

在本实施例中，具体实现方式为：

对于所述插值、平滑处理后的胎心率曲线，如果相邻两个胎心率点之间的差值≥2bpm，则把这些胎心率点去除。计算剩下的胎心率点的均值μ，设置一个胎心率范围为[μ-a,μ+a]，其中a为预设阈值。在剩下的胎心率点中，找出在该范围内的胎心率点，将其定义为属于胎心率基线部分的胎心率点；

将属于胎心率基线部分的胎心率点进行三次样条插值，再进行平滑滤波，得到胎心率基线(方法可参见：L.Jiménez,R.González,M.Gaitán,et al.Computerizedalgorithm for baseline estimation of fetal heart rate[C].Computers inCardiology,2002,477-480)。

实施例4

本实施例与实施例3基本相同，其不同之处仅在于，所述计算胎心率基线之后还包括以下步骤：

对所述胎心率基线进行修正。

进一步，所述对胎心率基线进行修正，包括以下步骤：

求出所述胎心率基线的基准线；

利用所述胎心率基线与所述胎心率基线的基准线计算新胎心率基线，并进行多点平滑，处理后的新基线为最终的胎心率基线。

在本实施例中，具体实现方式为：

统计所述胎心率基线BL上每个胎心率值对应的频数。设置一个频数阈值f_B2。选出BL中数值最小的且大于f_B2的胎心率值，以该胎心率值作直线，该直线为BL的基准线BL_bl。

找出所述胎心率基线BL中与所述胎心率基线的基准线BL_bl相差大于2bpm的部分。对于每一部分，计算其长度为L_b，统计该部分基线与其对应的胎心率曲线间的交点数n_s，找出其中幅值最大的胎心率点V_x1和幅值最小的胎心率点V_x2，x1和x2分别是这两个点对应的位置。计算极值差|V_x1-V_x2|、斜率交叉率设置3个对应的阈值为D₁、D₂和D₃，如果满足|V_x1-V_x2|＞D₁、 则将该部分定义为偏差部分；

利用所述胎心率基线BL与所述胎心率基线的基准线BL_bl计算新胎心率基线，并进行多点平滑，处理后的新基线为最终的胎心率基线。根据基线BL与基准线BL_bl，新基线B₁的计算公式为：

其中，c₁和c₂为预设值。对于B₁进行多点平滑，处理后的B₁为新的胎心率基线。

实施例5

本实施例与实施例4基本相同，其不同之处仅在于，所述对胎心率基线进行修正，还包括以下步骤：

求出所述胎心率基线的拟合线；

利用所述胎心率基线、所述胎心率基线的拟合线和所述胎心率基线的基准线，计算出新的基线，并进行平均滤波，处理后的新基线为最终的胎心率基线。

在本实施例中，具体实现方式为：

对于实施例4中所得的新胎心率基线BLN，根据最小二乘法线性拟合，得到拟合线BL_f。利用基线BLN、基准线BL_bl和拟合线BL_f，计算出新的基线B₂，其公式为：

其中，c₃、c₄和c₅为预设值，c₄＞c₅。对B₂进行平滑滤波，处理后的B₂为新的胎心率基线。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.胎心率曲线非基线部分的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤A1、从胎心率曲线选取若干个互不重叠的区间，每个所述区间的端点胎心率值等于所述胎心率曲线的基准值，所述区间的基准值等于所述区间的端点胎心率值，每个所述区间内的胎心率值都大于或都小于所述区间的基准值；

步骤A2、计算每个所述区间的持续时间；计算每个所述区间内的胎心率值与所述区间基准值的最大偏移量；

步骤A3、从所述若干个区间中选取非基线区间，所述非基线区间的特征为：

所述非基线区间的胎心率值与其基准值的最大偏移量不小于D_min；所述非基线区间的持续时间不小于T_min、且不大于T_max；

步骤A4、将选取的若干个所述非基线区间组合为胎心率曲线非基线部分。

2.根据权利要求1所述胎心率曲线非基线部分的计算方法，其特征在于，在所述步骤A4之前，还包括计算所述非基线区间，步骤包括：

步骤B1、从所述若干个区间中选取疑似非基线区间，所述疑似非基线区间的特征为：

所述疑似非基线区间的胎心率值与其基准值的最大偏移量不小于D_min；所述疑似非基线区间的持续时间大于T_max；

步骤B2、从所述疑似非基线区间选取满足所述非基线区间的特征的区间：

步骤a、每次调整所述疑似非基线区间的基准值nbpm，使所述疑似非基线区间的持续时间减少；

步骤b、将所述疑似非基线区间分为若干个互不重叠的子区间，每个所述子区间的端点胎心率值等于所述疑似非基线区间的基准值，每个所述子区间内的胎心率值都大于或都小于所述子区间的基准值；

步骤c、从所述若干个子区间中选取满足所述非基线区间的特征的区间，即为所述非基线区间；

步骤d、从所述若干个子区间中选取满足所述疑似非基线区间的特征的区间，进入步骤a。

3.根据权利要求2所述胎心率曲线非基线部分的计算方法，其特征在于：所述T_max的设置步骤包括：

将所述胎心率曲线分为若干个胎心率曲线片段；

统计每个胎心率曲线片段的胎动次数；

根据所述胎动的次数设置每个胎心率曲线片段的T_max。

4.根据权利要求2所述胎心率曲线非基线部分的计算方法，其特征在于，所述非基线区间的特征还包括：

所述非基线区间中大于[H₀+k*(FHR_max-H₀)]的胎心率值所持续的时间占所述非基线区间持续时间的比例不小于R；所述H₀为所述非基线区间的基准值，所述FHR_max为所述非基线区间的最大胎心率值，k为预设系数，R为预设阈值；

所述疑似非基线区间特征还包括：

所述疑似非基线区间中大于[H₀+k*(FHR_max-H₀)]的胎心率值所持续的时间占所述非基线区间持续时间的比例小于R。

5.根据权利要求1-4任一项所述胎心率曲线非基线部分的计算方法，其特征在于，所述非基线区间的特征，还包括：

所述非基线区间至少存在一次胎动。

6.胎心率基线计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、基于权利要求5所述的胎心率非基线部分的计算方法，计算所述胎心率曲线的非基线部分；

S2、清空所述胎心率曲线中的非基线部分后，进行插值、平滑处理；

S3、在所述插值、平滑处理后的胎心率曲线中，计算所述胎心率基线中的若干个胎心率点；对所述胎心率基线中的若干个胎心率点进行插值、平滑滤波，得到胎心率基线。

7.基于权利要求6所述胎心率基线计算方法，其特征在于，步骤S3之后还包括

对所述胎心率基线进行修正。

8.基于权利要求7所述胎心率基线计算方法，其特征在于，所述对胎心率基线进行修正，包括：

求出所述胎心率基线的基准线；

利用所述胎心率基线与所述胎心率基线的基准线计算新胎心率基线，并进行多点平滑，处理后的新胎心率基线为最终的胎心率基线。

9.基于权利要求8所述胎心率基线计算方法，其特征在于，所述对胎心率基线进行修正，还包括：

求出所述胎心率基线的拟合线；

利用所述胎心率基线、所述胎心率基线的拟合线和所述胎心率基线的基准线，计算出新的基线，并进行平均滤波，处理后的新基线为最终的胎心率基线。