CN111772627B - 一种在线胎儿心电信号提取装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种胎儿心电信号在线提取系统及其方法，所述方法包括：首先，采集孕妇腹部信号；然后分割孕妇腹部信号得到现窗口信号，寻找母体心电信号的R波位置；接着，根据母体心电信号的R波位置，将现窗口信号进行分段得到若干信号段；再来，根据现窗口信号中的信号段，重构属于现窗口信号的母体心电信号模板；再根据现窗口信号的母体心电信号模板，计算得到下一个窗口信号中的胎儿心电成分；最后重复上述步骤直至得到除第一个信号窗口外剩余的信号窗口的胎儿心电成分。所述方法包括数据预处理方法、母体心电成分重构和胎儿心电成分提取。通过本技术方案，能够准确在线提取胎儿心电信号。

Description

一种在线胎儿心电信号提取装置及方法

技术领域

本发明属于生物医学信号处理技术领域，具体涉及一种在线胎儿心电信号提取装置及方法。

背景技术

目前，胎儿生长发育的临床监护主要有三类：胎儿心音监护、心动监护和心电监护，其功能均为通过对孕期中胎儿心脏活动的监测，早期发现胎儿生长发育过程中的异常状况。胎儿心电信号是胎儿心脏活动的源发性信号，与心音和心动信号相比，是最能反映出胎儿心脏信号全貌的生理信号。而在线提取胎儿心电信号，能够实时地反映胎儿的生物物理活动情况，具有重要的意义。

获取胎心信号的方法主要有头皮电极法和腹部电极法。头皮电极法是直接接触胎儿的头皮，可以得到清晰的胎儿心电信号，是一种侵入式方法。这种方法是有创伤的，容易引起孕妇和胎儿的感染，因此常常仅在分娩时使用。腹部电极法是通过在孕妇腹部不同位置的电极，获得多组母体和胎儿心电信号的混合信号，是一种非侵入式方法或者称是间接法。由于孕妇体表干扰、人体组织导电性差和复杂的外部环境干扰，腹部点击法获得的信号是孕妇心电信号、胎儿心电信号噪声干扰、随机信号的混合体。因此，腹部电极法需要配合优秀的提取算法才能提取出清晰的胎儿心电信号。

目前也存在一些胎儿心电信号的提取方法，如自适应滤波法、基于奇异值分解、主分量分析和独立分量分析等方法，但仍然存在的不足是，大部分方法工作在离线方式，无法及时反映胎儿心电信号的时变特性。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有方法的不足，提出一种在线胎儿心电信号提取系统及方法，能够很好地除去母亲心电信号，提取出清晰的胎儿心电信号。

一方面，本发明提供一种胎儿心电信号在线提取方法；

包括以下步骤：

采集孕妇腹部信号；

分割孕妇腹部信号得到现窗口信号，寻找母体心电信号的R波位置；

根据母体心电信号的R波位置，将现窗口信号进行分段得到若干信号段；

根据现窗口信号中的信号段，重构属于现窗口信号的母体心电信号模板；

根据现窗口信号的母体心电信号模板，计算得到下一个窗口信号中的胎儿心电成分。

在其中一种可能的实施例中，在分割孕妇腹部信号得到现窗口信号时，前m个窗口信号为第一窗口信号，第m个后面的现窗口信号为第二窗口信号；其中，所述第一窗口信号长度为T1，所述第二窗口信号长度为T2，所述T1>T2；

在某个实施例中，所述第一窗口信号的长度为20-40s，最优为30s；

在某个实施例中，所述第二窗口信号的长度为5-15s，最优为10s；

在某个实施例中，m大于等于2；更加优选的，m＝2；

在某个实施例中，不计算属于第一窗口信号的胎儿心电成分或去除掉属于第一窗口信号中的胎儿心电成分。

在其中一种可能的实施例中，在寻找母体心电信号的R波位置时，包括：通过现窗口信号的一阶差分序列，提取出现窗口信号中的尖峰，以尖峰幅值作为聚类变量，使用聚类算法提取出母亲心电信号R波尖峰的位置；

在某个实施例中，在使用聚类算法提取母亲心电信号R波尖峰的位置时，包括以下步骤：

确定分开的聚类的数量，选定每个聚类的聚类中心；聚类的数量为2；

计算R波尖峰到各个聚类中心的欧式距离；

根据每个R波尖峰到各个聚类中心的欧式距离，获取每个R波尖峰对应的聚类中心；

计算R波尖峰到各自对应的聚类中心的欧式距离的总和；

再选取另外的新的聚类中心；

比较R波峰到新的对应的聚类中心跟旧的对应的聚类中心的欧式距离总和，选取较小的一个；

最终得到R波尖峰到各自对应的聚类中心的欧式距离的总和最近的聚类中心，再选取出x值最大的聚类中心及其对应的R波尖峰定义为母亲心电信号R波尖峰；

在某个实施例中，所述距离公式为欧式距离公式，所述欧式距离公式为其中，y为各个尖峰的峰值，x为聚类中心的峰值，n为尖峰的数量。

在其中一种可能的实施例中，在根据母体心电信号的R波位置，将现窗口信号进行分段得到若干信号段之后，还包括，根据预设的阈值筛选信号段；

在某个实施例中，选取符合“b≤T_RR≤a”的信号段，其中，将符合要求的n个信号段按照时间长度进行排列，排列好的信号段为Xi，i＝1～n，而T_RR为信号段的时间长度，a为X(n–([n/10]取整))的时间长度，b为X([n/10]取整)的时间长度。

在其中一种可能的实施例中，在根据现窗口信号中的信号段，重构属于现窗口信号的母体心电信号模板时，包括以下步骤：根据现窗口信号中的各个信号段的时间长度获得标准时间长度；将各个信号段的时间长度延伸或压缩至标准时间长度；根据延伸或压缩后的信号段得到母体心电信号模板；

在一种可能的实施例中，将同一时间点上的延伸或压缩后的信号段求取平均后，将所有时间点上的平均值组成母体心电信号模板。(所有延伸或压缩后的信号段针对同一时间点上求取平均，得到母体心电信号模板在一个时间点上的数值后，组合所有时间点上的数值得到母体心电信号模板。)

在其中一种可能的实施例中，在根据现窗口信号中的各个信号段的时间长度获得标准时间长度时，将信号段按照时间长度大小排列，选择位于最中间的那个信号段长度为标准时间长度；

在某个实施例中，当信号段的数量为奇数时，取排序为第个的信号段的时间长度为标准时间长度；当信号段的数量为偶数时，取排序为第/>个的信号段的时间长度为标准时间长度；其中，n为现窗口信号中的信号段的数量。

在一种可能的实施例中，在根据现窗口信号的母体心电信号模板，计算得到下一个窗口信号中的胎儿心电成分时，包括以下步骤：

通过现窗口信号的母体心电信号模板组成属于现窗口信号的母体心电模拟信号；

将下一个窗口信号减去现窗口信号的母体心电模拟信号，得到胎儿心电成分；

在某个实施例中，在通过现窗口信号的母体心电信号模板组成属于现窗口信号的母体心电模拟信号时，包括：通过将现窗口信号的母体心电信号模板拼合形成与下一个窗口信号的时间长度一致的母体心电模拟信号；

在某个实施例中，在所述母体心电模拟信号前再加一个母体心电信号模板；

在某个实施例中，补全位于母体心电模拟信号最后的一个母体心电信号模板。

在某个实施例中，将已经寻找到母体心电信号R波峰的位置的下一个窗口信号的第一个母体心电信号的R波峰对准现窗口信号的母体心电模拟信号的第二个R波峰的位置。

在某个实施例中，在将已经寻找到的母体心电信号R波峰的位置的下一个窗口信号的第一个母体心电信号的R波峰对准母体心电模拟信号(对应现窗口信号)的第二个R波峰的位置之前，包括：寻找下一个窗口信号的母体心电信号的R波峰位置；即通过一阶差分以及聚类算法计算下一个窗口信号的母体心电信号的R波峰位置。

在其中一种可能的实施例中，在采集孕妇腹部信号后，对孕妇腹部信号进行预处理，或者分割孕妇腹部信号得到窗口信号后，对孕妇腹部信号进行预处理；优选地，所述预处理的方法包括处理基线、平滑信号曲线和/或过滤杂波；更加优选地，用小波变换进行滤波平滑处理。

另一方面，提供一种胎儿心电信号提取系统，包括：

采集模块，用于采集孕妇腹部信号；

窗口信号分割模块，用于分割孕妇腹部信号得到现窗口信号，寻找母体心电信号的R波位置；

信号段分割模块，用于根据母体心电信号的R波位置，将现窗口信号进行分段得到若干信号段；

母体心电信号模板构建模块，用于根据现窗口信号中的信号段，重构属于现窗口信号的母体心电信号模板；

胎儿心电成分计算模块，用于根据现窗口信号的母体心电信号模板，计算得到下一个窗口信号中的胎儿心电成分。

在其中一种可能的实施例中，窗口信号分割模块，具体用于在分割孕妇腹部信号得到现窗口信号，其中，前m个现窗口信号为第一窗口信号，第m个后面的现窗口信号为第二窗口信号；所述第一窗口信号长度为T1，所述第二窗口信号长度为T2，所述T1>T2。

在其中一种实施例中，窗口信号分割模块，具体用于通过现窗口信号的一阶差分序列，提取出现窗口信号中的尖峰，以尖峰幅值作为聚类变量，使用聚类算法提取出母亲心电信号R波尖峰的位置；

在其中一种实施例中，窗口信号分割模块，用于确定分开的聚类的数量，选定每个聚类的聚类中心；计算R波尖峰到各个聚类中心的欧式距离；

根据每个R波尖峰到各个聚类中心的欧式距离，获取每个R波尖峰对应的聚类中心；

计算R波尖峰到各自对应的聚类中心的欧式距离的总和；

再选取另外的新的聚类中心；

比较R波尖峰到新的对应的聚类中心跟旧的对应的聚类中心的欧式距离总和，选取较小的一个；

最终得到尖峰到其距离总和最近的聚类中心，再选取出x值最大的聚类中心及其对应的R波尖峰定义为母亲心电信号R波尖峰；

在其中一种实施例中，所述距离公式为欧式距离公式，所述欧式距离公式为其中，y为各个尖峰的峰值，x为聚类中心的峰值，n为尖峰的数量。

所述胎儿心电信号提取系统还包括筛选模块，用于在根据母体心电信号的R波位置，将现窗口信号进行分段得到若干信号段之后，根据预设的阈值筛选信号段；

在其中一种可能的实施例中，筛选模块用于选取符合“b≤T_RR≤a”的信号段，其中，将符合“b≤T_RR≤a”的n个信号段按照时间长度进行了排列，排列好的时间段为Xi，i＝1～n，而T_RR为信号段的时间长度，a为X(n–([n/10]取整))的时间长度，b为X([n/10]取整)的时间长度。

在其中一种可能的实施例中，母体心电信号模板构建模块，用于根据现窗口信号中的各个信号段的时间长度获得标准时间长度；将各个信号段的时间长度延伸或压缩至标准时间长度；根据延伸或压缩后的信号段得到母体心电信号模板；

在某个实施例中，将同一时间点上的延伸或压缩后的信号段求取平均后，将所有时间点上的平均值组成母体心电信号模板。

在其中一种可能的实施例中，在根据现窗口信号中的各个信号段的时间长度获得标准时间长度时，母体心电信号模板构建模块，具体用于将信号段按照时间长度大小排列，选择位于最中间的那个信号段长度为标准时间长度；

在某个实施例中，当信号段的数量为奇数时，取排序为第个的信号段的时间长度为标准时间长度；当信号段的数量为偶数时，取排序为第/>个的信号段的时间长度为标准时间长度；其中，n为现窗口信号中的信号段的数量。

在其中一种可能的实施例中，胎儿心电成分计算模块通过现窗口信号的母体心电信号模板组成属于现窗口信号的母体心电模拟信号；将下一个窗口信号减去现窗口信号的母体心电模拟信号，得到胎儿心电成分(属于下一个窗口信号)；

在其中一种可能的实施例中，在通过现窗口信号的母体心电信号模板组成属于现窗口信号的母体心电模拟信号时，胎儿心电成分计算模块具体用于通过将现窗口信号的母体心电信号模板拼合形成与下一个窗口信号的时间长度一致的母体心电模拟信号；

在某个实施例中，所述母体心电模拟信号前再加一个母体心电信号模板；

在某个实施例中，补全位于母体心电模拟信号最后的一个母体心电信号模板；

在某个实施例中，胎儿心电成分计算模块还具体用于将已经寻找到母体心电信号R波峰的位置的下一个窗口信号的第一个母体心电信号的R波峰对准现窗口信号的母体心电模拟信号的第二个R波峰的位置。

在其中一种可能的实施例中，胎儿心电信号提取系统还包括预处理模块，用于在采集孕妇腹部信号后，对孕妇腹部信号进行预处理，或者分割孕妇腹部信号得到现窗口信号后，对孕妇腹部信号进行预处理；

在某个实施例中，所述预处理的方法包括处理基线、平滑信号曲线和/或过滤杂波；

在某个实施例中，用小波变换进行滤波平滑处理。

与现有技术相比，上述方案的有益效果：

1.本发明采用下一个窗口信号的现窗口信号作为模板，因此在当下一个窗口信号提取胎儿心电信号时，无需计算下一个窗口信号的母体心电信号，大大提高了实时监测效率。

2.提供一种胎儿心电信号提取方法，不涉及大量的矩阵运算和迭代乘法运算，复杂度大大降低。

3.而且每个信号窗口的时间长度较短，大幅度降低计算量，有效解决了胎儿心电信号在线提取的延时问题。

4.本发明的母体心电信号的重构方法，能有效得到较为精准的母体心电信号。

附图说明

图1为本发明的胎儿心电信号在线提取方法的步骤流程图；

图2为本发明的胎儿心电信号在线提取系统方法的具体详细步骤流程图；

图3为本发明方法中母体R波波峰或波谷标注示意图；

图4为本发明方法中母体模板示意图；

图5为本发明方法中重构的母体心电信号示意图；

图6为本发明方法中重构的母体心电信号与下一个窗口信号对齐时的示意图；

图7为本发明方法中胎儿心电信号的初步估计示意图；

图8为本发明方法中提取出的清晰胎儿心电信号示意图；

图9为胎儿心电信号提取系统的结构示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为了达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下。

实施例1

一种胎儿心电信号提取方法；

如图1所示，包括以下步骤：

步骤S1：采集孕妇腹部信号；应理解孕妇腹部信号是指包含母体心电信号及胎儿心电信号的腹部混合信号的腹部混合信号。同时也应理解所述孕妇腹部信号采集可以是单通道采集或者多通道采集。

步骤S2：在采集孕妇腹部信号的同时分割孕妇腹部信号得到现窗口信号，寻找母体心电信号的R波位置，如图3所示；应理解在本实施例中，采集孕妇腹部信号的同时可以同时分割出现窗口信号，以实现胎儿心电信号实时提取。同时应理解本技术方案是通过寻找母体心电信号R波的尖峰位置确定母体心电信号的R波位置以及完成后续的步骤，但亦可以通过寻找母体心电信号R波的波谷或者R波任一位置来实现。

步骤S3：根据母体心电信号的R波位置，将现窗口信号进行分段得到若干信号段；即信号段以R波所在位置为断点进行分割。

步骤S4：根据现窗口信号中的信号段，重构属于现窗口信号的母体心电信号模板；

步骤S5：根据现窗口信号的母体心电信号模板，计算得到下一个窗口信号中的胎儿心电成分。

应理解上述技术方案中的下一个窗口信号的处理方式与现窗口信号的处理方式相同，皆需要完成步骤S1-步骤S5。即每个窗口信号的处理方式都是相同的。

在其中一种可能的实施例中，在分割孕妇腹部信号得到现窗口信号时，前m个现窗口信号为第一窗口信号，第m个后面的现窗口信号为第二窗口信号；其中，所述第一窗口信号长度为T1，所述第二窗口信号长度为T2，所述T1>T2；

优选的，所述第一窗口信号的长度为30s；

优选的，所述第二窗口信号的长度为10s；

优选的，m＝2；

优选的，在重复上述步骤直至得到除第一个信号窗口外剩余的信号窗口的胎儿心电成分时，不计算属于第一窗口信号的胎儿心电成分。优选地，不寻找除了最后一个第一窗口信号的剩下的所有第一窗口信号的R波位置。即在本实施例中，在采集的孕妇腹部信号前60s由两个第一窗口信号组成，第一个第一窗口信号(即前30s)分割出来后不进行处理(由于采集开始时可能存在一些杂音，所以不能以初始的孕妇腹部信号作为依据来计算后面的胎儿信号)。而第二个第一窗口信号(后30s)则可以用来计算母体心电模板，为后来的胎儿心电成分作依据。采取两个第一窗口并且将第一窗口的信号长度设置为30s的原因是：其一，在没有初始模板的情况下，需要利用足够多的分割后的数据段进行求平均。在30s窗口的内大概有35左右个信号段，用足够多的信号段求平均可以得到较为准确的初始母体心电信号模板(即第一个母体心电信号模板)。而且在获取初始母体心电信号模板时，如立即采用10s的窗口信号，可能出现模板不够准确的情况。而采用30s的第一信号窗口可以保证数据的准确性。

在其中一种可能的实施例中，在寻找母体心电信号的R波位置时，通过现窗口信号的一阶差分序列，提取出现窗口信号中所有的尖峰，以所有的尖峰幅值作为聚类变量，使用聚类算法提取出母亲心电信号R波尖峰的位置；为了更好说明本实施例中一阶差分序列求尖峰的方式，一阶差分序列：记窗口信号为y_i,i＝1,…n，随后作一阶差分，m_i＝y_i-y_i-1,i＝2,…n有差分数据的正负值变换可以得到窗口信号的尖峰值，由此也可以得到尖峰幅值。例子如下：y＝[3,4,5,4,2,8,9,2,3,7,9,12,8,6]，作一阶差分得到m＝[0,1,1,-1,-2,6,1,-7,1,4,2,3,-4,-2]，由m可知：尖峰值为：5，2，9，2，12.幅值即为相邻尖峰值之间的差值的绝对值：3、7、7、10。

在其中一种实施例中，在使用聚类算法提取母亲心电信号R波尖峰的位置时，包括以下步骤：

N1、确定分开的聚类的数量，选定每个聚类的聚类中心；优选的，聚类的数量为2；

N2、计算所有R波尖峰到各个聚类中心的欧式距离；优选的，所述距离公式为欧式距离公式，所述欧式距离公式为其中，y为各个尖峰的峰值，x为聚类中心的峰值；采用的是一维的欧式距离公式，计算简单，提高运算效率。

N3、根据每个R波尖峰到各个聚类中心的欧式距离，获取每个R波尖峰对应的聚类中心；

N4、计算所有R波尖峰到各自对应的聚类中心的欧式距离的总和；

N5、再选取另外的新的聚类中心(组合)，；

N6、比较所有R波尖峰到新的对应的聚类中心跟旧的对应的聚类中心的欧式距离总和，选取较小的一个；即当有两个或两个以上聚类中心时，在计算距离总和时，只需考虑距离R波尖峰较近的聚类中心与R波尖峰的距离即可，其它的聚类中心与该R波尖峰的距离忽略。

N7、返回到步骤N5，直至所有R波尖峰组合都被选取过为聚类中心，最终得到所有R波尖峰到各自对应的聚类中心的欧式距离的总和最近的聚类中心，再选取出x值最大的聚类中心(即峰值最高的聚类中心)及其对应的R波尖峰定义为母亲心电信号R波尖峰。应理解除了采用上述的聚类算法来计算R波尖峰外，其它聚类算法亦可。

在其中一种可能的实施例中，在根据母体心电信号的R波位置，将现窗口信号进行分段得到若干信号段之后，更准确地说，在步骤S3与步骤S4之间，还包括，根据预设的阈值筛选信号段；

在一种实施例中，选取符合“b≤T_RR≤a”的信号段，其中，将符合“b≤T_RR≤a”的n个信号段按照时间长度从短到长排列，排列好的信号段为Xi，i＝1～n，即X1的时间长度最短，Xn的时间长度最长，而T_RR为信号段的时间长度，a为信号段X(n–([n/10]取整))的时间长度，b为信号段X([n/10]取整)的时间长度。

在其中一种可能的实施例中，在根据现窗口信号中的信号段，重构属于现窗口信号的母体心电信号模板时，包括以下步骤：

S41、根据现窗口信号中的各个信号段的时间长度获得标准时间长度；

S42、将各个信号段的时间长度延伸或压缩至标准时间长度；

S43、根据延伸或压缩后的信号段最终得到母体心电信号模板，如图4所示；

优选的，将同一时间点上的延伸或压缩后的信号段求取平均后，将属于不同时间点上的平均值组成母体心电信号模板。(在一个现窗口信号中的所有延伸或压缩后的信号段针对同一时间点上求取平均，得到母体心电信号模板在一个时间点上的数值后，组合所有时间点上的数值得到母体心电信号模板。)

在其中一种可能的实施例中，在根据现窗口信号中的各个信号段的时间长度获得标准时间长度时，将信号段按照时间长度大小排列，选择位于中间的那个信号段的时间长度为标准时间长度。应理解通过选择最中间的那个信号段的时间长度作为标准时间长度，能有效避免在信号段的前期或者后期时，部分数据产生的偏差。

在一种实施例中，当信号段的数量为奇数时，取排序为第个的信号段的时间长度为标准时间长度；当信号段的数量为偶数时，取排序为第/>个的信号段的时间长度为标准时间长度；其中，n为现窗口信号中的信号段的数量。

在一种可能的实施例中，在根据现窗口信号的母体心电信号模板，计算得到下一个窗口信号中的胎儿心电成分时，如图2所示，包括以下步骤：

S51、通过现窗口信号的母体心电信号模板组成属于现现窗口信号的母体心电模拟信号，如图5所示；

S52、将下一个窗口信号减去母体心电模拟信号，得到胎儿心电成分；即当计算第Y个窗口信号的胎儿心电成分时，需要计算属于第Y-1个窗口信号的母体心电信号模板。

在一种实施例中，在通过现窗口信号的母体心电信号模板组成属于现窗口信号的母体心电模拟信号时，包括，通过将现窗口信号的母体心电信号模板拼合形成与下一个窗口信号的时间长度一致的母体心电模拟信号；

在一种实施例中，还包括，在所述母体心电模拟信号前再加一个母体心电信号模板；

在一种实施例中，还包括，补全位于母体心电模拟信号最后的一个母体心电信号模板。应理解由于构建出来的母体心电模拟信号，对于位于其第10s的母体心电模拟信号不一定是一个完整的母体心电信号模板，所以需要补全第10s信号所在的母体心电信号模板。

上述方法通过补全或者增加模板，确保得到的母体心电模拟信号必定大于10s，保证在后续将下一个窗口信号减去通过现窗口信号得到的母体心电模拟信号，得到胎儿心电成分时，不会由于母体心电模拟信号过短而出现问题。

在一种实施例中，还包括，当将下一个窗口信号减去通过现窗口信号得到的母体心电模拟信号，得到下一个窗口信号的胎儿心电成分时，将已经寻找到的母体心电信号R波峰的位置的下一个窗口信号的第一个母体心电信号的R波峰对准母体心电模拟信号(对应现窗口信号)的第二个R波峰的位置，如图6所示。例如在计算第Y个窗口信号的胎儿心电信号时，使用步骤S2处理过的第Y个窗口信号AECG的第一个母体心电信号的R波峰位置，去对齐构建出来的母体心电模拟信号(第Y-1个窗口信号)的第二个R波峰位置，然后再将两个信号相抵消得到属于第Y个窗口信号的胎儿心电信号，如图7所示。

在其中一种实施例中，还包括对胎儿心电信号进行平滑曲线和/或过滤杂波等处理，更加优选的，用小波变换的方式进行滤波平滑处理，最终得到如图8所示的第Y个窗口信号的胎儿心电信号图。应理解在将已经寻找到的母体心电信号R波峰的位置的下一个窗口信号(第Y个窗口信号)的第一个母体心电信号的R波峰对准母体心电模拟信号(对应现窗口信号，即第Y-1个窗口信号)的第二个R波峰的位置时，是需要寻找下一个窗口信号的母体心电信号的R波峰位置，上述R波峰位置可以通过一阶差分以及聚类算法得出。

在其中一种可能的实施例中，在采集孕妇腹部信号后，对孕妇腹部信号进行预处理，或者分割孕妇腹部信号得到现窗口信号后，对孕妇腹部信号进行预处理；优选地，所述预处理的方法包括处理基线、平滑信号曲线和/或过滤杂波；更加优选地，用小波变换进行滤波平滑处理。

由于上述方法采用的是比较简单的欧式距离公式来进行聚类计算，而且信号段的时间长度较短(信号段中就不会存在很多的尖峰)，所以整个计算的复杂程度较低，计算机可以较快运算得到结果，提高实时监测效率。

实施例2

一种胎儿心电信号在线提取系统，如图9所示，包括：

采集模块，用于采集孕妇腹部信号；

窗口信号分割模块，用于分割孕妇腹部信号得到现窗口信号，寻找母体心电信号的R波位置；

信号段分割模块，用于根据母体心电信号的R波位置，将现窗口信号进行分段得到若干信号段；

母体心电信号模板构建模块，用于根据现窗口信号中的信号段，重构属于现窗口信号的母体心电信号模板；

胎儿心电成分计算模块，用于根据现窗口信号的母体心电信号模板，计算得到下一个窗口信号中的胎儿心电成分。

在其中一种可能的实施例中，窗口信号分割模块，具体用于在分割孕妇腹部信号得到现窗口信号，其中，前m个现窗口信号为第一窗口信号，第m个后面的现窗口信号为第二窗口信号；所述第一窗口信号长度为T1，所述第二窗口信号长度为T2，所述T1>T2。

在其中一种实施例中，窗口信号分割模块，具体用于通过现窗口信号的一阶差分序列，提取出现窗口信号中所有的尖峰，以所有的尖峰幅值作为聚类变量，使用聚类算法提取出母亲心电信号R波尖峰的位置；

在其中一种实施例中，窗口信号分割模块，用于确定分开的聚类的数量，选定每个聚类的聚类中心；计算R波尖峰到各个聚类中心的欧式距离；

根据每个R波尖峰到各个聚类中心的欧式距离，获取每个R波尖峰对应的聚类中心；聚类中心的数量可以为2个。

计算R波尖峰到各自对应的聚类中心的欧式距离的总和；

再选取另外的新的聚类中心(组合)；

比较R波尖峰到新的对应的聚类中心跟旧的对应的聚类中心的欧式距离总和，选取较小的一个；

然后再选取另外的新的聚类中心，比较R波尖峰到新的对应的聚类中心跟旧的对应的聚类中心的欧式距离总和，选取较小的一个，直至所有R波尖峰(组合)都被选取过为聚类中心，最终得到所有R波尖峰到各自对应的聚类中心的欧式距离的总和最近的聚类中心，再选取出x值最大的聚类中心(即峰值最高的聚类中心)及其对应的R波尖峰定义为母亲心电信号R波尖峰；

在其中一种实施例中，所述距离公式为欧式距离公式，所述欧式距离公式为其中，y为各个尖峰的峰值，x为聚类中心的峰值，n为尖峰的数量。

所述胎儿心电信号提取系统还包括筛选模块，用于在根据母体心电信号的R波位置，将现窗口信号进行分段得到若干信号段之后，根据预设的阈值筛选信号段；

在其中一种可能的实施例中，筛选模块用于选取符合“b≤T_RR≤a”的时间段，其中，将符合“b≤T_RR≤a”的n个时间段按照时间长度进行了排列，排列好的时间段为Xi，i＝1～n，而T_RR为信号段的时间长度，a为X(n–([n/10]取整))的时间长度，b为X([n/10]取整)的时间长度。

在其中一种可能的实施例中，母体心电信号模板构建模块，用于根据现窗口信号中的各个信号段的时间长度获得标准时间长度；将各个信号段的时间长度延伸或压缩至标准时间长度；根据延伸或压缩后的信号段得到母体心电信号模板；

在某个实施例中，将同一时间点上的延伸或压缩后的信号段求取平均后，将不同时间点上的平均值组成母体心电信号模板。

在其中一种可能的实施例中，在根据现窗口信号中的各个信号段的时间长度获得标准时间长度时，母体心电信号模板构建模块，具体用于将信号段按照时间长度大小排列，选择位于最中间的那个时间段长度为标准时间长度；

在某个实施例中，当信号段的数量为奇数时，取排序为第个的信号段的时间长度为标准时间长度；当信号段的数量为偶数时，取排序为第/>个的信号段的时间长度为标准时间长度；其中，n为现窗口信号中的信号段的数量。

在其中一种可能的实施例中，胎儿心电成分计算模块通过现窗口信号的母体心电信号模板组成属于现窗口信号的母体心电模拟信号；将下一个窗口信号减去现窗口信号的母体心电模拟信号，得到胎儿心电成分；

在其中一种可能的实施例中，在通过现窗口信号的母体心电信号模板组成属于现窗口信号的母体心电模拟信号时，胎儿心电成分计算模块通过将现窗口信号的母体心电信号模板拼合形成与下一个窗口信号的时间长度一致的母体心电模拟信号；

在某个实施例中，所述母体心电模拟信号前再加一个母体心电信号模板；

在某个实施例中，补全位于母体心电模拟信号最后的一个母体心电信号模板；

在某个实施例中，胎儿心电成分计算模块还具体用于将已经寻找到母体心电信号R波峰的位置的现窗口信号的第一个母体心电信号的R波峰对准母体心电模拟信号的第二个R波峰的位置。

在其中一种可能的实施例中，胎儿心电信号提取系统还包括预处理模块，用于在采集孕妇腹部信号后，对孕妇腹部信号进行预处理，或者分割孕妇腹部信号得到现窗口信号后，对孕妇腹部信号进行预处理；

在某个实施例中，所述预处理的方法包括处理基线、平滑信号曲线和/或过滤杂波；

在某个实施例中，用小波变换进行滤波平滑处理。

应理解上述实施例中的前后是指时间关系。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (13)

1.一种胎儿心电信号提取装置，其特征在于，包括：

采集模块，用于采集孕妇腹部信号；

窗口信号分割模块，用于分割所述孕妇腹部信号得到现窗口信号，通过所述现窗口信号寻找孕妇腹部信号中的母体心电信号的R波位置；

信号段分割模块，用于根据母体心电信号的R波位置，将所述现窗口信号进行分段得到若干信号段；

母体心电信号模板构建模块，用于根据所述现窗口信号中的信号段，重构属于现窗口信号的母体心电信号模板；

胎儿心电成分计算模块，用于根据现窗口信号的母体心电信号模板，计算得到下一个窗口信号中的胎儿心电成分，

其中，所述窗口信号分割模块通过现窗口信号的一阶差分序列，提取出现窗口信号中的尖峰，以尖峰幅值作为聚类变量，使用聚类算法提取出母亲心电信号R波尖峰的位置；

所述窗口信号分割模块确定分开的聚类的数量，选定每个聚类的聚类中心，计算R波尖峰到各个聚类中心的欧式距离，根据每个R波尖峰到各个聚类中心的欧式距离，获取每个R波尖峰对应的聚类中心，计算R波尖峰到各自对应的聚类中心的欧式距离的总和，再选取另外的新的聚类中心；

比较R波尖峰到新的对应的聚类中心跟旧的对应的聚类中心的欧式距离总和，选取较小的一个；

最终得到R波尖峰到各自对应的聚类中心的欧式距离总和最近的聚类中心，再选取出x值最大的聚类中心及其对应的R波尖峰定义为母亲心电信号R波尖峰。

2.根据权利要求1所述的一种胎儿心电信号提取装置，其特征在于，分割所述孕妇腹部信号得到现窗口信号中的，前m个现窗口信号为第一窗口信号，第m个后面的现窗口信号为第二窗口信号；所述第一窗口信号长度为T1，所述第二窗口信号长度为T2，所述T1>T2。

3.根据权利要求1所述的一种胎儿心电信号提取装置，其特征在于，还包括筛选模块，用于根据预设的阈值筛选信号段；

筛选模块选取符合“b≤T_RR≤a”的信号段，其中，将符合“b≤T_RR≤a”的n个时间段按照时间长度进行排列，排列好的信号段为Xi，i＝1～n，而T_RR为信号段的时间长度，a为X(n–([n/10]取整))的时间长度，b为X([n/10]取整)的时间长度。

4.根据权利要求1所述的一种胎儿心电信号提取装置，其特征在于，母体心电信号模板构建模块根据现窗口信号中的各个信号段的时间长度获得标准时间长度；将各个信号段的时间长度延伸或压缩至标准时间长度；根据延伸或压缩后的信号段得到母体心电信号模板；

和/或，母体心电信号模板构建模块将同一时间点上的延伸或压缩后的信号段求取平均后，将平均值组成母体心电信号模板。

5.根据权利要求4所述的一种胎儿心电信号提取装置，其特征在于，母体心电信号模板构建模块将信号段按照时间长度大小排列，选择位于最中间的那个信号段长度为标准时间长度。

6.根据权利要求5所述的一种胎儿心电信号提取装置，其特征在于，当信号段的数量为奇数时，母体心电信号模板构建模块取排序为第个的信号段的时间长度为标准时间长度；当信号段的数量为偶数时，母体心电信号模板构建模块取排序为第/>个的信号段的时间长度为标准时间长度；其中，n为现窗口信号中的信号段的数量。

7.根据权利要求1所述的一种胎儿心电信号提取装置，其特征在于，胎儿心电成分计算模块通过现窗口信号的母体心电信号模板组成属于现窗口信号的母体心电模拟信号；将下一个窗口信号减去现窗口信号的母体心电模拟信号，得到下一个窗口信号的胎儿心电成分。

8.根据权利要求7所述的一种胎儿心电信号提取装置，其特征在于，胎儿心电成分计算模块在通过现窗口信号的母体心电信号模板组成属于现窗口信号的母体心电模拟信号时，胎儿心电成分计算模块通过将现窗口信号的母体心电信号模板拼合形成与下一个窗口信号的时间长度一致的母体心电模拟信号。

9.根据权利要求8所述的一种胎儿心电信号提取装置，其特征在于，胎儿心电成分计算模块在所述母体心电模拟信号前再加一个母体心电信号模板。

10.根据权利要求9所述的一种胎儿心电信号提取装置，其特征在于，胎儿心电成分计算模块补全位于母体心电模拟信号最后的一个母体心电信号模板。

11.根据权利要求10所述的一种胎儿心电信号提取装置，其特征在于，胎儿心电成分计算模块将已经寻找到母体心电信号R波峰的位置的现窗口信号的第一个母体心电信号的R波峰对准母体心电模拟信号的第二个R波峰的位置。

12.根据权利要求1所述的一种胎儿心电信号提取装置，其特征在于，还包括：

预处理模块，用于在采集孕妇腹部信号后，对孕妇腹部信号进行预处理，或者分割孕妇腹部信号得到现窗口信号后，对孕妇腹部信号进行预处理；

所述预处理的方法包括处理基线、平滑信号曲线和/或过滤杂波；

和/或，用小波变换进行滤波平滑处理。

13.一种胎儿心电信号提取方法，其特征在于，包括：

采集孕妇腹部信号；

分割孕妇腹部信号得到现窗口信号，寻找母体心电信号的R波位置；

根据母体心电信号的R波位置，将现窗口信号进行分段得到若干信号段；

根据现窗口信号中的信号段，重构属于现窗口信号的母体心电信号模板；

根据现窗口信号的母体心电信号模板，计算得到下一个窗口信号中的胎儿心电成分；

其中，在寻找母体心电信号的R波位置时，通过现窗口信号的一阶差分序列，提取出现窗口信号中的尖峰，以尖峰幅值作为聚类变量，使用聚类算法提取出母亲心电信号R波尖峰的位置；

用于确定分开的聚类的数量，选定每个聚类的聚类中心；计算R波尖峰到各个聚类中心的欧式距离；

根据每个R波尖峰到各个聚类中心的欧式距离，获取每个R波尖峰对应的聚类中心；

计算R波尖峰到各自对应的聚类中心的欧式距离的总和；

再选取另外一个新的聚类中心；

比较R波尖峰到新的对应的聚类中心跟旧的对应的聚类中心的欧式距离总和，选取较小的一个；

最终得到尖峰到其距离总和最近的聚类中心，再选取出x值最大的聚类中心及其对应的R波尖峰定义为母亲心电信号R波尖峰。