CN115153579A - 一种胎儿心电监测方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种胎儿心电监测方法和系统，在对混合母胎心电信号进行MECG信号分离时，在利用母胎心电分离算法进行MQRS的R波定位的同时，利用六轴传感器、声音传感器和PPG传感器辅助定位MQRS的R波位点，对MQRS的R波位点进行矫正，可以提高MQRS的R波定位的准确性，从而准确分离出MECG信号，避免FECG信号受到MECG信号的干扰而影响到胎儿心电监测结果的准确性。通过测量采集孕妇的混合母胎心电信号的监测位点的生物电阻抗，避免监测界面异常带来的胎儿心电监测结果误判。通过GPS定位传感器可以获取到孕妇的定位信息，有利于管理单位对孕妇进行管理和监控。

Description

一种胎儿心电监测方法和系统
技术领域
本发明涉及胎儿心电监测技术领域，尤其涉及一种胎儿心电监测方法和系统。
背景技术
非侵入胎儿心电(non-invasive fetal electrocardiogram，NI-FECG)设备可以通过放置在孕妇腹部的电极，采集到包含母胎心电信号和子宫肌电信号的混合电信号，并以此计算胎儿心率和宫缩，设备轻薄便携，可用于长程胎儿监护。
胎儿心电监测需要对从母体腹部采集的混合电信号中分离出母体心电信号(MECG,Maternal Electrocardiogram)、胎儿心电信号(FECG，fetal electrocardiogram)和母体子宫肌电信号(EHG，electrohysterography)，在母胎心电信号分离的过程中，首先定位母亲QRS(即MQRS)的R波，以此构建MECG模板，去除MECG之后再提取出FECG信号。但FECG的信号非常微弱，容易受到MECG信号的干扰，若MQRS的R波定位不准确，将会影响到母胎信号分离的准确性，从而严重影响到胎儿心电监测结果的准确性。因此，如何准确定位MQRS的R波，以提高母胎信号分离的准确性，从而提高胎儿心电监测结果的准确性，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明提供了一种胎儿心电监测方法和系统，用于解决现有的胎儿心电监测方法，在母胎心电信号分离的过程中，MQRS的R波定位准确度不高，难以保证母胎信号分离的准确性，导致胎儿心电监测结果可靠性不高的技术问题。
有鉴于此，本发明第一方面提供了一种胎儿心电监测方法，包括：
采集孕妇的混合母胎心电信号；
对混合母胎心电信号进行预处理，预处理包括滤波处理；
通过母胎心电分离算法对预处理后的混合母胎心电信号进行MQRS的R波检测，得到初始R波位点集合；
获取孕妇腹部上的六轴传感器和声音传感器采集到的六轴信号和声音信号，在六轴信号和声音信号中标记孕妇的运动时间段；
获取PPG传感器采集的孕妇PPG信号，通过PPG信号矫正初始R波位点集合中运动时间段的初始R波位点，得到矫正后的初始R波位点集合作为目标R波位点集合；
根据目标R波位点集合，从滤波处理后的混合母胎心电信号中分离出MQRS信号，得到除去MECG信号后的混合母胎心电信号；
对除去MECG信号后的混合母胎心电信号进行胎儿心电R波检测，得到胎儿R波波峰位置；
根据胎儿R波波峰位置计算出RR间期，根据RR间期计算胎儿瞬时心率数值，绘制出胎心率曲线。
可选地，获取PPG传感器采集的孕妇PPG信号，通过PPG信号矫正初始R波位点集合中运动时间段的初始R波位点，得到矫正后的初始R波位点集合作为目标R波位点集合，具体包括：
获取PPG传感器采集的孕妇PPG信号；
根据孕妇的运动时间段得到非运动时间段，标记非运动时间段的初始R波位点为第一R波位点；
计算第一R波位点与第一R波位点右侧相邻的PPG信号峰的时间间隔t；
将运动时间段对应的PPG信号峰向左平移时间间隔t，得到运动时间段的第二R波位点；
取所有非运动时间段的所有第一R波位点和运动时间段的所有第二R波位点的集合作为目标R波位点集合。
可选地，根据目标R波位点集合，从滤波处理后的混合母胎心电信号中分离出MQRS信号，得到除去MECG信号后的混合母胎心电信号，包括：
根据目标R波位点集合生成QRS波形；
将滤波处理后的混合母胎心电信号与QRS波形在整个时间段上线性相减，得到除去MECG信号后的混合母胎心电信号。
可选地，根据胎儿R波波峰位置计算出RR间期，根据RR间期计算胎儿瞬时心率数值，绘制出胎心率曲线，包括：
根据胎儿R波波峰位置计算出RR间期；
用60秒除以RR间期得到胎儿瞬时心率数值；
根据胎儿瞬时心率数值绘制出胎心率曲线。
可选地，根据胎儿R波波峰位置计算出RR间期，根据RR间期计算胎儿瞬时心率数值，绘制出胎心率曲线，包括：
根据胎儿R波波峰位置计算出RR间期，根据RR间期计算胎儿瞬时心率数值；
根据胎儿瞬时心率数值绘制胎心率曲线，并以预置颜色或预置颜色半透明色块的方式，在胎心率曲线上与运动时间段对应的信号段进行覆盖。
可选地，在采集到孕妇的混合母胎心电信号之后，在对混合母胎心电信号进行预处理，预处理包括滤波处理之前，还包括：
通过孕妇身上阻抗传感器获取孕妇的生物电阻抗，根据生物电阻抗判断监测界面是否良好，若否，则进行监测界面异常告警。
可选地，还包括：
通过孕妇身上的定位传感器获取孕妇的定位信息，将孕妇的定位信息发送给终端设备。
本发明第二方面提供了一种胎儿心电监测系统，包括：母胎心电监测单元、孕妇生理监测单元、控制单元、存储单元、电源控制单元、传输单元、孕妇行为监测单元和终端设备；
母胎心电监测单元、孕妇生理监测单元、孕妇行为监测单元、存储单元、电源控制单元和传输单元分别与控制单元连接，终端设备与传输单元连接；
母胎心电监测单元，用于采集孕妇的混合母胎心电信号，对母胎心电监测单元采集到的混合母胎心电信号进行预处理处理，将预处理后的混合母胎心电信号发送给控制单元，预处理包括滤波处理；
孕妇生理监测单元，用于通过PPG传感器获取孕妇腹部的PPG信号，将PPG信号发送给控制单元；
存储单元，用于对母胎心电监测单元、孕妇生理监测单元和控制单元的数据进行存储；
电源控制单元，用于为控制单元供电；
孕妇行为监测单元，用于通过孕妇腹部上的六轴传感器和声音传感器采集到的六轴信号和声音信号，将六轴信号和声音信号发送给控制单元；
控制单元，用于初始化外设的配置和工作模式，控制数据的流动方向和流动速度，获取母胎心电监测单元、孕妇生理监测单元和孕妇行为监测单元的心电监测数据，将心电监测数据打包发给传输模块，还用于通过内置的数据分析模块对心电监测数据进行处理和分析，数据分析模块具体用于：
通过母胎心电分离算法对预处理后的混合母胎心电信号进行MQRS的R波检测，得到初始R波位点集合，获取孕妇腹部上的六轴传感器和声音传感器采集到的六轴信号和声音信号，在六轴信号和声音信号中标记孕妇的运动时间段，获取PPG传感器采集的孕妇PPG信号，通过PPG信号矫正初始R波位点集合中运动时间段的初始R波位点，得到矫正后的初始R波位点集合作为目标R波位点集合，根据目标R波位点集合，从滤波处理后的混合母胎心电信号中分离出MQRS信号，得到除去MECG信号后的混合母胎心电信号，对除去MECG信号后的混合母胎心电信号进行胎儿心电R波检测，得到胎儿R波波峰位置，根据胎儿R波波峰位置计算出RR间期，根据RR间期计算胎儿瞬时心率数值，绘制出胎心率曲线；
传输单元，用于将控制单元输出的心电监测数据传输给终端设备；
终端设备具备与控制单元内置的数据分析模块相同的功能模块，用于对心电监测数据进行处理和分析。
可选地，获取PPG传感器采集的孕妇PPG信号，通过PPG信号矫正初始R波位点集合中运动时间段的初始R波位点，得到矫正后的初始R波位点集合作为目标R波位点集合，具体包括：
获取PPG传感器采集的孕妇PPG信号；
根据孕妇的运动时间段得到非运动时间段，标记非运动时间段的初始R波位点为第一R波位点；
计算第一R波位点与第一R波位点右侧相邻的PPG信号峰的时间间隔t；
将运动时间段对应的PPG信号峰向左平移时间间隔t，得到运动时间段的第二R波位点；
取所有非运动时间段的所有第一R波位点和运动时间段的所有第二R波位点的集合作为目标R波位点集合。
可选地，数据分析模块还用于：
在绘制胎心率曲线时，以预置颜色或预置颜色半透明色块的方式，在胎心率曲线上与运动时间段对应的信号段进行覆盖。
可选地，孕妇行为监测单元还包括定位传感器；
定位传感器用于获取孕妇的定位信息，将孕妇的定位信息发送给终端设备；
终端设备还用于显示孕妇的定位信息。
可选地，六轴传感器为集成三轴陀螺仪传感器功能和三轴加速计传感器功能的集成芯片；
声音传感器为SPH0655LM4H-1麦克风。
可选地，孕妇生理监测单元还包括阻抗传感器；
阻抗传感器用于采集孕妇的的生物电阻抗，将生物电阻抗发送给控制单元，使得控制单元内置的数据分析模块根据监测位点的生物电阻抗判断监测界面是否良好，在监测界面不良的情况下进行监测界面异常告警。
从以上技术方案可以看出，本发明提供的胎儿心电监测方法和系统具有以下优点：
本发明提供的胎儿心电监测方法，在对混合母胎心电信号进行MECG信号分离时，在利用母胎心电分离算法进行MQRS的R波定位的同时，利用六轴传感器、声音传感器和PPG传感器辅助定位MQRS的R波位点，对MQRS的R波位点进行矫正，可以提高MQRS的R波定位的准确性，从而准确分离出MECG信号，避免FECG信号受到MECG信号的干扰而影响到胎儿心电监测结果的准确性，解决了现有的胎儿心电监测方法，在母胎心电信号分离的过程中，MQRS的R波定位准确度不高，难以保证母胎信号分离的准确性，导致胎儿心电监测结果可靠性不高的技术问题。
同时，本发明提供的胎儿心电监测方法，利用六轴传感器和声音传感器对孕妇的运动状态进行监测，将监测结果反馈到胎心率曲线中，可以辅助用户修正胎儿心电监测结果，避免因孕妇动作而带来的胎儿心电监测结果误判。
本发明提供的胎儿心电监测方法，通过测量采集孕妇的生物电阻抗，从而进行采集电极质量检测或进行导线脱落检测，避免监测界面异常带来的胎儿心电监测结果误判。
本发明提供的胎儿心电监测方法，通过定位传感器可以获取到孕妇的定位信息，有利于管理单位对孕妇进行管理和监控。
本发明提供的胎儿心电监测方法，PPG传感器数据和生物电阻抗数据可以计算出孕妇的心率(MHR，mother heart rhythm)、呼吸率、血氧饱和度、皮电反应、水合或者脱水等生理状态，并且综合数据可同时监测孕妇的生理状态及心理状态。
本发明提供的胎儿心电监测系统，用于执行本发明提供的胎儿心电监测方法，其原理和所达到的技术效果与本发明提供的胎儿心电监测方法相同，在此不再赘述。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明中提供的胎儿心电监测方法的一个流程示意图；
图2为本发明中提供的胎儿心电监测方法的一个原理图；
图3为本发明中提供的胎儿心电监测方法的另一个流程示意图；
图4为本发明中提供的胎儿心电监测方法的另一个原理图；
图5为本发明中提供的胎儿心电监测系统的一个结构示意图；
图6为本发明中提供的胎儿心电监测系统的另一个结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为了便于理解，请参阅图1和图2，本发明中提供了一种胎儿心电监测方法的实施例，包括：
步骤101、采集孕妇的混合母胎心电信号。
需要说明的是，本发明实施例中，由放置在孕妇腹部的电极采集孕妇的混合母胎心电信号。
步骤102、对混合母胎心电信号进行预处理，预处理包括滤波处理。
需要说明的是，在采集到孕妇的混合母胎心电信号之后，对混合母胎心电信号进行滤波、放大和模数转换处理。
在一个实施例中，滤波处理包括：通过截止频率为3-80Hz的带通滤波器消除基线漂移，通过截止频率为50/60Hz陷波器滤除电源干扰，通过截止频率为7kHz的低通滤波器消除高频干扰。
在一个实施例中，步骤101和步骤102可以由包括电极和数据处理芯片的母胎心电监测单元完成，其中，步骤101由电极完成，步骤102由数据处理芯片完成，数据处理芯片可选用INA128芯片。
步骤103、通过母胎心电分离算法对预处理后的混合母胎心电信号进行MQRS的R波检测，得到初始R波位点集合。
需要说明的是，对于步骤102处理后得到的混合母胎心电信号，采用母胎心电分离算法检测MECG的R波位点，即进行MQRS的R波检测，可以得到初始R波位点集合。
步骤104、获取孕妇腹部上的六轴传感器和声音传感器采集到的六轴信号和声音信号，在六轴信号和声音信号中标记孕妇的的运动时间段。
需要说明的是，六轴传感器由一个三轴陀螺仪传感器和一个三轴加速计传感器集成在同一个芯片上，优选LSM6DSOX芯片，实时输出三轴陀螺仪传感器和三轴加速计传感器读取到的数据。声音传感器优选SPH0655LM4H-1，包括麦克风、放大器和模数转换器，通过麦克风采集孕妇的声音信号，经放大器放大处理和模数转换器模数转换处理。通过机器学习算法可对采集到的孕妇的声音进行分析，提取出声音信号中孕妇笑、咳嗽等行为的时间段，可得到：
Figure BDA0003773612400000071
其中，s1～sx为声音传感器标记的运动时间段，x为声音传感器标记的运动时间段数，S为声音传感器标记的运动时间段集合。
通过六轴姿态解算和融合算法，可以提取出六轴信号中除静止以外的其他运动时间段，得到：
Figure BDA0003773612400000081
其中，m1～my为六轴传感器标记的运动时间段，y为六轴传感器标记的运动时间段数，M为六轴传感器标记的运动时间段集合。
综合声音传感器和六轴传感器标记的运动时间段集合，取六轴信号和声音信号对应的运动时间段的并集作为运动时间段集合，即：
V＝S∪M
其中，V为运动时间段集合。
依据所标记的运动时间段，可确定非运动时间段，因而可以得出孕妇的运动时间段和非运动时间段。
步骤105、获取PPG传感器采集的孕妇PPG信号，通过PPG信号矫正初始R波位点集合中运动时间段的初始R波位点，得到矫正后的初始R波位点集合作为目标R波位点集合。
需要说明的是，PPG传感器包括PPG驱动器、光发射器、光电检测器、滤波器、信号放大器和模数转换器。其工作原理是光发射器向皮肤发射红光、红外光或绿光，光电检测器接受光线透过皮肤组织反射回的光信号，并转化为电信号，经过放大、滤波，消除环境光的干扰后转化为数字信号。本发明实施例中，光发射器由两个光发射二极管(LED)构成，包含1个红色LED和1个红外线LED，将光波照进皮肤内部。PPG驱动器使用发光二极管驱动控制两个光发射二极管。光电检测器使用光电二极管将光信号转化为电信号。信号放大器使用可编程跨阻放大器将信号进行放大。滤波器使用带通滤波器消除环境光干扰。模数转换器将模拟信号转换为数字信号。
由PPG传感器获得孕妇PPG信号后，使用PPG信号矫正初始R波位点集合中运动时间段的初始R波位点，得到矫正后的初始R波位点集合作为目标R波位点集合。具体地，根据孕妇的运动时间段得到非运动时间段，标记非运动时间段的初始R波位点为第一R波位点，获取PPG传感器采集的孕妇PPG信号后，计算第一R波位点与第一R波位点右侧相邻的PPG信号峰的时间间隔t，将运动时间段对应的PPG信号峰向左平移时间间隔t，得到运动时间段的第二R波位点，取所有非运动时间段的所有第一R波位点和运动时间段的所有第二R波位点的集合作为目标R波位点集合。
步骤106、根据目标R波位点集合，从滤波处理后的混合母胎心电信号中分离出MQRS信号，得到除去MECG信号后的混合母胎心电信号。
需要说明的是，在得非运动时间段的所有第一R波位点和运动时间段的所有第二R波位点后，综合非运动时间段的所有第一R波位点和运动时间段的所有第二R波位点，取二者的并集作为目标R波位点集合，记为R。
根据目标R波位点集合R中的R波位点，生成QRS波形，即MQRS，即可从混合母胎心电信号中分离出MQRS。具体地，将混合母胎心电信号与生成的QRS波形在整个时间段上线性相减，得到除去MECG信号后的混合母胎心电信号。
步骤107、对除去MECG信号后的混合母胎心电信号进行胎儿心电R波检测，得到胎儿R波波峰位置。
需要说明的是，在得到除去MECG信号后的混合母胎心电信号后，进行胎儿心电R波检测，即FQRS检测，得到胎儿R波波峰位置。具体地，可以通过使用小波变换模极大值方法定位胎儿心电R波，得到胎儿R波波峰位置。
步骤108、根据胎儿R波波峰位置计算出RR间期，根据RR间期计算胎儿瞬时心率数值，绘制出胎心率曲线。
需要说明的是，RR间期即单次心跳间隔时间，测量两个R波间距离,得到两次心脏跳动时间间隔称为RR间期。因此，根据胎儿R波波峰位置可计算出RR间期。用60秒除以单次心跳间隔时间求得瞬时心率数值。在整个采样时间窗口中，每个采样点按照此方法计算瞬时心率数值。最后，根据胎儿瞬时心率数值即可绘制出胎心率(FHR，fetal heart rhythm)曲线。
本发明实施例中提供的胎儿心电监测方法，在对混合母胎心电信号进行MECG信号分离时，在利用母胎心电分离算法进行MQRS的R波定位的同时，利用六轴传感器、声音传感器和PPG传感器辅助定位MQRS的R波，得到非运动时间段的第一R波位点和运动时间段的第二R波位点，以二者的并集作为最终的目标R波位点，可以提高MQRS的R波定位的准确性，从而准确分离出MECG信号，避免FECG信号受到MECG信号的干扰而影响到胎儿心电监测结果的准确性，解决了现有的胎儿心电监测方法，在母胎心电信号分离的过程中，MQRS的R波定位准确度不高，难以保证母胎信号分离的准确性，导致胎儿心电监测结果可靠性不高的技术问题。
在一个实施例中，步骤108中，在绘制胎心率曲线时，以预置颜色或预置颜色半透明色块的方式，在胎心率曲线上与运动时间段对应的信号段进行覆盖。
利用六轴传感器和声音传感器对孕妇的运动状态进行监测，将监测结果反馈到胎心率曲线中，可以辅助用户修正胎儿心电监测结果，避免因孕妇动作而带来的胎儿心电监测结果误判。
在一个实施例中，如图3和图4所示，在步骤101之后，步骤102之前，还可以执行以下步骤：
步骤1012、通过孕妇身上阻抗传感器获取孕妇的生物电阻抗，根据生物电阻抗判断监测界面是否良好，若否，则进行监测界面异常告警。
需要说明的是，通过激励电极向孕妇皮肤表面施加微小的电流/电压信号，可测量采集孕妇的混合母胎心电信号的监测位点(孕妇腹部组织表面)的生物电阻抗，根据监测位点的生物电阻抗判断监测界面是否良好，具体地，当监测位点的生物电阻抗值大于监测位点之间正常人体阻抗值(一般取100kΩ)时，判断监测界面连接不佳，则进行监测界面异常告警。也可在步骤109之后，在胎心率曲线中对应的数据段以预置颜色或预置颜色的半透明色块，例如灰色或灰色半透明色块，标记展示给用户。
本发明实施例提供的胎儿心电监测方法，通过测量采集孕妇的混合母胎心电信号的监测位点的生物电阻抗，从而进行采集电极质量检测或进行导线脱落检测，避免监测界面异常带来的胎儿心电监测结果误判。
同时，通过PPG传感器的数据可以计算出孕妇的呼吸率、心率、血氧饱和度等，通过生物电阻抗数据可以分析孕妇的皮电反应、水合、脱水状态，因此，本发明实施例中提供的胎儿心电监测方法，PPG传感器数据和生物电阻抗数据可以计算出孕妇的心率(MHR，motherheart rhythm)、呼吸率、血氧饱和度、皮电反应、水合或者脱水等生理状态，并且综合数据可同时监测孕妇的生理状态及心理状态。
在一个实施例中，还可以通过孕妇身上的定位传感器获取孕妇的定位信息，将孕妇的定位信息发送给终端设备，有利于管理单位对孕妇进行管理和监控。
为了便于理解，请参阅图5和图6，本申请中还提供了一种胎儿心电监测系统的实施例，包括：母胎心电监测单元、孕妇生理监测单元、控制单元、存储单元、电源控制单元、传输单元、孕妇行为监测单元和终端设备；
母胎心电监测单元、孕妇生理监测单元、孕妇行为监测单元、存储单元、电源控制单元和传输单元分别与控制单元连接，终端设备与传输单元连接；
母胎心电监测单元，用于采集孕妇的混合母胎心电信号，对母胎心电监测单元采集到的混合母胎心电信号进行预处理处理，将预处理后的混合母胎心电信号发送给控制单元，预处理包括滤波处理；
孕妇生理监测单元，用于通过PPG传感器获取孕妇腹部的PPG信号，将PPG信号发送给控制单元；
存储单元，用于对母胎心电监测单元、孕妇生理监测单元和控制单元的数据进行存储；
电源控制单元，用于为控制单元供电；
孕妇行为监测单元，用于通过孕妇腹部上的六轴传感器和声音传感器采集到的六轴信号和声音信号，将六轴信号和声音信号发送给控制单元；
控制单元，用于初始化外设的配置和工作模式，控制数据的流动方向和流动速度，获取母胎心电监测单元、孕妇生理监测单元和孕妇行为监测单元的心电监测数据，将心电监测数据打包发给传输模块，还用于通过内置的数据分析模块对心电监测数据进行处理和分析，数据分析模块具体用于：
通过母胎心电分离算法对预处理后的混合母胎心电信号进行MQRS的R波检测，得到初始R波位点集合，获取孕妇腹部上的六轴传感器和声音传感器采集到的六轴信号和声音信号，在六轴信号和声音信号中标记孕妇的运动时间段，获取PPG传感器采集的孕妇PPG信号，通过PPG信号矫正初始R波位点集合中运动时间段的初始R波位点，得到矫正后的初始R波位点集合作为目标R波位点集合，根据目标R波位点集合，从滤波处理后的混合母胎心电信号中分离出MQRS信号，得到除去MECG信号后的混合母胎心电信号，对除去MECG信号后的混合母胎心电信号进行胎儿心电R波检测，得到胎儿R波波峰位置，根据胎儿R波波峰位置计算出RR间期，根据RR间期计算胎儿瞬时心率数值，绘制出胎心率曲线。
传输单元，用于将控制单元输出的心电监测数据传输给终端设备；
终端设备具备与控制单元内置的数据分析模块相同的功能模块，用于对心电监测数据进行处理和分析。
需要说明的是，母胎心电监测单元在作用主要在于采集孕妇的混合母胎心电信号和对混合母胎心电信号进行预处理。具体地，由放置在孕妇腹部的电极采集孕妇的混合母胎心电信号，由滤波器、放大器以及模数转换器分别对混合母胎心电信号进行滤波、放大和模数转换处理，将模数转换后的混合母胎心电信号传输给控制单元进行分析。
具体地，通过截止频率为3-80Hz的带通滤波器消除基线漂移，通过截止频率为50/60Hz陷波器滤除电源干扰，通过截止频率为7kHz的低通滤波器消除高频干扰。
孕妇行为监测单元主要由六轴传感器和声音传感器组成，声音传感器主要包括麦克风、放大器和模数转换器。六轴传感器由一个三轴陀螺仪传感器和一个三轴加速计传感器集成在同一个芯片上，实时输出陀螺仪和加速计读取到的数据，本实施例中选用LSM6DSOX。声音传感器由驻极体麦克风将采集到的声音信号通过前置放大器进行放大100倍再经过模数转换器转化为数字信号，本实施例中选用SPH0655LM4H-1。
控制单元通过机器学习算法可对采集到的孕妇的声音进行分析，提取出声音信号中孕妇笑、咳嗽等行为的时间段，可得到：
Figure BDA0003773612400000121
其中，s1～sx为声音传感器标记的运动时间段，x为声音传感器标记的运动时间段数，S为声音传感器标记的运动时间段集合。
通过六轴姿态解算和融合算法，可以提取出六轴信号中除静止以外的其他运动时间段，得到：
Figure BDA0003773612400000131
其中，m1～my为六轴传感器标记的运动时间段，y为六轴传感器标记的运动时间段数，M为六轴传感器标记的运动时间段集合。
综合声音传感器和六轴传感器标记的运动时间段集合，取六轴信号和声音信号对应的运动时间段的并集作为运动时间段集合，即：
V＝S∪M
其中，V为运动时间段集合。
控制单元采用母胎心电分离算法检测MECG的R波位点，即进行MQRS的R波检测，可以得到初始R波位点集合。
孕妇生理监测单元的其中一个组成是PPG传感器，包括PPG驱动器、光发射器、光电检测器、滤波器、放大器以及模数转换器。其PPG监测原理是：PPG驱动器驱动控制光发射器向皮肤发射红光、红外光或绿光，光电检测器接受光线透过皮肤组织反射回的光信号，并转化为电信号，经过放大、滤波，消除环境光的干扰后转化为数字信号。本发明实施例中，光发射器由两个光发射二极管(LED)构成，包含1个红色LED和1个红外线LED，将光波照进皮肤内部。PPG驱动器使用发光二极管驱动控制两个光发射二极管。光电检测器使用光电二极管将光信号转化为电信号。信号放大器使用可编程跨阻放大器将信号进行放大。滤波器使用带通滤波器消除环境光干扰。模数转换器将模拟信号转换为数字信号。
控制单元的数据分析模块根据孕妇的运动时间段得到非运动时间段，标记非运动时间段的初始R波位点为第一R波位点，获取PPG传感器采集的孕妇PPG信号后，计算第一R波位点与第一R波位点右侧相邻的PPG信号峰的时间间隔t，将运动时间段对应的PPG信号峰向左平移时间间隔t，得到运动时间段的第二R波位点。
在得非运动时间段的所有第一R波位点和运动时间段的所有第二R波位点后，综合非运动时间段的所有第一R波位点和运动时间段的所有第二R波位点，取二者的并集作为目标R波位点集合，记为R。
根据目标R波位点集合R中的R波位点，生成QRS波形，即MQRS，即可从混合母胎心电信号中分离出MQRS。具体地，将混合母胎心电信号与生成的QRS波形在整个时间段上线性相减，得到除去MECG信号后的混合母胎心电信号。
在得到除去MECG信号后的混合母胎心电信号后，进行胎儿心电R波检测，即FQRS检测，得到胎儿R波波峰位置。具体地，可以通过使用小波变换模极大值方法定位胎儿心电R波，得到胎儿R波波峰位置。
RR间期即单次心跳间隔时间，测量两个R波间距离,得到两次心脏跳动时间间隔称为RR间期。因此，根据胎儿R波波峰位置可计算出RR间期。用60秒除以单次心跳间隔时间求得瞬时心率数值。在整个采样时间窗口中，每个采样点按照此方法计算瞬时心率数值。最后，根据胎儿瞬时心率数值即可绘制出胎心率(FHR，fetal heart rhythm)曲线。
本发明实施例中提供的胎儿心电监测系统还可以包括传输单元和终端设备；
传输单元，用于将控制单元输出的心电监测数据传输给终端设备；
终端设备具备与控制单元内置的数据分析模块相同的功能模块，用于对心电监测数据进行处理和分析。
终端设备可以是手机、平板、电脑等。
传输单元主要是将控制单元采集到的母胎心电监测单元、孕妇生理监测单元和孕妇行为监测单元的心电监测数据传输到终端设备上，传输方式可以是WIFI或蓝牙。可选用CC2540蓝牙芯片。终端设备具备与控制单元内置的数据分析模块相同的功能模块，用于对心电监测数据进行处理和分析。终端设备的心电监测数据处理分析方式与控制单元内置的数据分析模块的心电监测数据处理分析方式相同，在此不再进行赘述。
本发明实施例中提供的胎儿心电监测系统，在对混合母胎心电信号进行MECG信号分离时，在利用母胎心电分离算法进行MQRS的R波定位的同时，利用六轴传感器、声音传感器和PPG传感器辅助定位MQRS的R波，得到非运动时间段的第一R波位点和运动时间段的第二R波位点，以二者的并集作为最终的目标R波位点，可以提高MQRS的R波定位的准确性，从而准确分离出MECG信号，避免FECG信号受到MECG信号的干扰而影响到胎儿心电监测结果的准确性，解决了现有的胎儿心电监测方法，在母胎心电信号分离的过程中，MQRS的R波定位准确度不高，难以保证母胎信号分离的准确性，导致胎儿心电监测结果可靠性不高的技术问题。
本发明实施例中提供的胎儿心电监测系统中，数据分析模块还用于：
在绘制胎心率曲线时，以预置颜色或预置颜色半透明色块的方式，在胎心率曲线上与运动时间段对应的信号段进行覆盖。
控制单元在绘制胎心率曲线时，以预置颜色或预置颜色半透明色块的方式，如红色或红色半透明色块，在胎心率曲线上与运动时间段对应的信号段进行覆盖，以展示给用户。利用六轴传感器和声音传感器对孕妇的运动状态进行监测，将监测结果反馈到胎心率曲线中，可以辅助用户修正胎儿心电监测结果，避免因孕妇动作而带来的胎儿心电监测结果误判。
孕妇生理监测单元还可以包括阻抗传感器，阻抗传感器用于生物电阻抗测试。通过激励电极向孕妇皮肤表面施加微小的电流/电压信号，阻抗传感器可测量采集孕妇的混合母胎心电信号的监测位点(孕妇腹部组织表面)的生物电阻抗，控制单元根据监测位点的生物电阻抗判断监测界面是否良好，具体地，当监测位点的生物电阻抗值大于监测位点之间正常人体阻抗值(一般取100kΩ)时，判断监测界面连接不佳，则进行监测界面异常告警。也可在胎心率曲线中对应的数据段以预置颜色或预置颜色的半透明色块，例如灰色或灰色半透明色块，标记展示给用户。
本发明实施例提供的胎儿心电监测系统，通过测量采集孕妇的混合母胎心电信号的监测位点的生物电阻抗，从而进行采集电极质量检测或进行导线脱落检测，避免监测界面异常带来的胎儿心电监测结果误判。
同时，通过PPG传感器的数据可以计算出孕妇的呼吸率、心率、血氧饱和度等，通过阻抗传感器的生物电阻抗数据可以分析孕妇的皮电反应、水合、脱水状态，因此，本发明实施例中提供的胎儿心电监测方法，PPG传感器数据和生物电阻抗数据可以计算出孕妇的心率(MHR，mother heart rhythm)、呼吸率、血氧饱和度、皮电反应、水合或者脱水等生理状态，并且综合数据可同时监测孕妇的生理状态及心理状态。
在一个实施例中，孕妇行为监测单元还可以包括定位传感器，通过孕妇身上的定位传感器获取孕妇的定位信息，将孕妇的定位信息发送给终端设备，有利于管理单位对孕妇进行管理和监控。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (12)

1.一种胎儿心电监测方法，其特征在于，包括：
采集孕妇的混合母胎心电信号；
对混合母胎心电信号进行预处理，预处理包括滤波处理；
通过母胎心电分离算法对预处理后的混合母胎心电信号进行MQRS的R波检测，得到初始R波位点集合；
获取孕妇腹部上的六轴传感器和声音传感器采集到的六轴信号和声音信号，在六轴信号和声音信号中标记孕妇的运动时间段；
获取PPG传感器采集的孕妇PPG信号，通过PPG信号矫正初始R波位点集合中运动时间段的初始R波位点，得到矫正后的初始R波位点集合作为目标R波位点集合；
根据目标R波位点集合，从滤波处理后的混合母胎心电信号中分离出MQRS信号，得到除去MECG信号后的混合母胎心电信号；
对除去MECG信号后的混合母胎心电信号进行胎儿心电R波检测，得到胎儿R波波峰位置；
根据胎儿R波波峰位置计算出RR间期，根据RR间期计算胎儿瞬时心率数值，绘制出胎心率曲线。
2.根据权利要求1所述的胎儿心电监测方法，其特征在于，获取PPG传感器采集的孕妇PPG信号，通过PPG信号矫正初始R波位点集合中运动时间段的初始R波位点，得到矫正后的初始R波位点集合作为目标R波位点集合，具体包括：
获取PPG传感器采集的孕妇PPG信号；
根据孕妇的运动时间段得到非运动时间段，标记非运动时间段的初始R波位点为第一R波位点；
计算第一R波位点与第一R波位点右侧相邻的PPG信号峰的时间间隔t；
将运动时间段对应的PPG信号峰向左平移时间间隔t，得到运动时间段的第二R波位点；
取所有非运动时间段的所有第一R波位点和运动时间段的所有第二R波位点的集合作为目标R波位点集合。
3.根据权利要求1所述的胎儿心电监测方法，其特征在于，根据目标R波位点集合，从滤波处理后的混合母胎心电信号中分离出MQRS信号，得到除去MECG信号后的混合母胎心电信号，包括：
根据目标R波位点集合生成QRS波形；
将滤波处理后的混合母胎心电信号与QRS波形在整个时间段上线性相减，得到除去MECG信号后的混合母胎心电信号。
4.根据权利要求1所述的胎儿心电监测方法，其特征在于，根据胎儿R波波峰位置计算出RR间期，根据RR间期计算胎儿瞬时心率数值，绘制出胎心率曲线，包括：
根据胎儿R波波峰位置计算出RR间期；
用60秒除以RR间期得到胎儿瞬时心率数值；
根据胎儿瞬时心率数值绘制出胎心率曲线。
5.根据权利要求1所述的胎儿心电监测方法，其特征在于，根据胎儿R波波峰位置计算出RR间期，根据RR间期计算胎儿瞬时心率数值，绘制出胎心率曲线，包括：
根据胎儿R波波峰位置计算出RR间期，根据RR间期计算胎儿瞬时心率数值；
根据胎儿瞬时心率数值绘制胎心率曲线，并以预置颜色或预置颜色半透明色块的方式，在胎心率曲线上与运动时间段对应的信号段进行覆盖。
6.根据权利要求1所述的胎儿心电监测方法，其特征在于，在采集到孕妇的混合母胎心电信号之后，在对混合母胎心电信号进行预处理，预处理包括滤波处理之前，还包括：
通过孕妇身上阻抗传感器获取孕妇的生物电阻抗，根据生物电阻抗判断监测界面是否良好，若否，则进行监测界面异常告警。
7.根据权利要求1所述的胎儿心电监测方法，其特征在于，还包括：
通过孕妇身上的定位传感器获取孕妇的定位信息，将孕妇的定位信息发送给终端设备。
8.一种胎儿心电监测系统，其特征在于，包括：母胎心电监测单元、孕妇生理监测单元、控制单元、存储单元、电源控制单元、传输单元、孕妇行为监测单元和终端设备；
母胎心电监测单元、孕妇生理监测单元、孕妇行为监测单元、存储单元、电源控制单元和传输单元分别与控制单元连接，终端设备与传输单元连接；
母胎心电监测单元，用于采集孕妇的混合母胎心电信号，对母胎心电监测单元采集到的混合母胎心电信号进行预处理处理，将预处理后的混合母胎心电信号发送给控制单元，预处理包括滤波处理；
孕妇生理监测单元，用于通过PPG传感器获取孕妇腹部的PPG信号，将PPG信号发送给控制单元；
存储单元，用于对母胎心电监测单元、孕妇生理监测单元和控制单元的数据进行存储；
电源控制单元，用于为控制单元供电；
孕妇行为监测单元，用于通过孕妇腹部上的六轴传感器和声音传感器采集到的六轴信号和声音信号，将六轴信号和声音信号发送给控制单元；
控制单元，用于初始化外设的配置和工作模式，控制数据的流动方向和流动速度，获取母胎心电监测单元、孕妇生理监测单元和孕妇行为监测单元的心电监测数据，将心电监测数据打包发给传输模块，还用于通过内置的数据分析模块对心电监测数据进行处理和分析，数据分析模块具体用于：
通过母胎心电分离算法对预处理后的混合母胎心电信号进行MQRS的R波检测，得到初始R波位点集合，获取孕妇腹部上的六轴传感器和声音传感器采集到的六轴信号和声音信号，在六轴信号和声音信号中标记孕妇的运动时间段，获取PPG传感器采集的孕妇PPG信号，通过PPG信号矫正初始R波位点集合中运动时间段的初始R波位点，得到矫正后的初始R波位点集合作为目标R波位点集合，根据目标R波位点集合，从滤波处理后的混合母胎心电信号中分离出MQRS信号，得到除去MECG信号后的混合母胎心电信号，对除去MECG信号后的混合母胎心电信号进行胎儿心电R波检测，得到胎儿R波波峰位置，根据胎儿R波波峰位置计算出RR间期，根据RR间期计算胎儿瞬时心率数值，绘制出胎心率曲线；
传输单元，用于将控制单元输出的心电监测数据传输给终端设备；
终端设备具备与控制单元内置的数据分析模块相同的功能模块，用于对心电监测数据进行处理和分析。
9.根据权利要求8所述的胎儿心电监测系统，其特征在于，获取PPG传感器采集的孕妇PPG信号，通过PPG信号矫正初始R波位点集合中运动时间段的初始R波位点，得到矫正后的初始R波位点集合作为目标R波位点集合，具体包括：
获取PPG传感器采集的孕妇PPG信号；
根据孕妇的运动时间段得到非运动时间段，标记非运动时间段的初始R波位点为第一R波位点；
计算第一R波位点与第一R波位点右侧相邻的PPG信号峰的时间间隔t；
将运动时间段对应的PPG信号峰向左平移时间间隔t，得到运动时间段的第二R波位点；
取所有非运动时间段的所有第一R波位点和运动时间段的所有第二R波位点的集合作为目标R波位点集合。
10.根据权利要求8或9所述的胎儿心电监测系统，其特征在于，数据分析模块还用于：
在绘制胎心率曲线时，以预置颜色或预置颜色半透明色块的方式，在胎心率曲线上与运动时间段对应的信号段进行覆盖。
11.根据权利要求8所述的胎儿心电监测系统，其特征在于，孕妇行为监测单元还包括定位传感器；
定位传感器用于获取孕妇的定位信息，将孕妇的定位信息发送给终端设备；
终端设备还用于显示孕妇的定位信息。
12.根据权利要求8所述的胎儿心电监测系统，其特征在于，孕妇生理监测单元还包括阻抗传感器；
阻抗传感器用于采集孕妇的的生物电阻抗，将生物电阻抗发送给控制单元，使得控制单元内置的数据分析模块根据监测位点的生物电阻抗判断监测界面是否良好，在监测界面不良的情况下进行监测界面异常告警。
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