一種胎心音分離方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及信號(hào)處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種胎心音分離方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 懷孕期間的胎兒檢測(cè)時(shí)母嬰保健的重要過(guò)程。進(jìn)行長(zhǎng)期有效監(jiān)控的胎兒檢測(cè)，可 以幫助產(chǎn)科醫(yī)生確定胎兒的健康，盡可能早診斷，早治療。要實(shí)現(xiàn)胎兒監(jiān)護(hù)，先要取得反映 胎兒健康狀況的信號(hào)。通常有兩種，即心音和心電信號(hào)。（1)胎兒心音信號(hào)（Fetal heart sound)。心音是心肌舒縮和瓣膜啟閉時(shí)振動(dòng)所產(chǎn)生的聲信號(hào)，反映了心臟活動(dòng)的狀態(tài)。根 據(jù)相鄰兩個(gè)第一心音或第二心音的時(shí)間間隔，即可算出胎心率。（2)胎兒心電信號(hào)（Fetal Electrocardiogram, FECG)。心電信號(hào)是心臟節(jié)律性活動(dòng)的原發(fā)性信號(hào)。
[0003] 目前對(duì)檢測(cè)胎兒健康的技術(shù)很大程度上市依靠超音波影像，但是這種技術(shù)不能提 供長(zhǎng)期的對(duì)胎兒疾病的預(yù)測(cè)。胎兒心音的提取可以通過(guò)在母體腹部放置一個(gè)敏感的傳感器 來(lái)實(shí)現(xiàn)，然而由于母體內(nèi)羊水和母體組織的聲波阻尼，我們所能聽(tīng)到的聲音能量非常低。所 以，該信號(hào)常常受到來(lái)自母體、外界環(huán)境以及傳感器自身所造成的噪聲干擾。又加上胎兒心 音的能量低，頻譜范圍廣泛（20-150HZ)，使得提取胎兒心音變得很困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足之處，本發(fā)明的目的在于提供一種胎心音分離方法，通 過(guò)相空間重構(gòu)技術(shù)和盲信號(hào)處理技術(shù)將胎兒心音信號(hào)的提取出來(lái)，完成了對(duì)孕婦肚中胎兒 心音的提取與處理，得到了比較純凈的胎音信號(hào)，為懷孕期間的胎兒檢測(cè)與監(jiān)護(hù)提供了一 種新的方式。
[0005] 本發(fā)明的目的通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
[0006] -種胎心音分離方法，其方法步驟如下：
[0007] A.胎心音信號(hào)X進(jìn)行相空間重構(gòu)，將胎心音信號(hào)X的一維信號(hào)拓展到m維；
[0008] B.對(duì)拓展的m維行向量進(jìn)行獨(dú)立成分分析；
[0009] C.選取胎心音信號(hào)X中頻率在60-180HZ范圍內(nèi)貢獻(xiàn)率最大的獨(dú)立成分，該獨(dú)立成 分為胎心音信號(hào)Xi ;
[0010] D.對(duì)選取的獨(dú)立成分胎心音信號(hào)xi進(jìn)行映射回相空間重構(gòu)得到純凈胎心音信號(hào) χ' ；
[0011] E.對(duì)得到的胎心音信號(hào)進(jìn)行進(jìn)一步的處理，該處理包括計(jì)算胎心率處理。
[0012] 本發(fā)明優(yōu)選步驟A的技術(shù)方案是：步驟A具體包括以下步驟：
[0013] Al.對(duì)胎心音信號(hào)X分別由互信息法和算法計(jì)算出胎心音的延遲時(shí)間τ和嵌入維 數(shù)m ;
[0014] A2.由選定延遲時(shí)間τ和嵌入維數(shù)m得到重構(gòu)的相空間
將一 維信號(hào)拓展到m維。
[0015] 本發(fā)明優(yōu)選步驟B的技術(shù)方案是：步驟B具體包括以下步驟：
[0016] BI.將步驟A中拓展的m維行向量組成一個(gè)m維矩陣MixedS ;
[0017] B2.對(duì)MixedS進(jìn)行中心化，使它的均值為0 ;
[0018] B3.對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行白化，MixedS - MixedS_white,記為 Z ;
[0019] B4.在此應(yīng)用中，獨(dú)立元個(gè)數(shù)等于變量個(gè)數(shù)m，并設(shè)置最大迭代次數(shù)；
[0020] B5.選擇一個(gè)初始權(quán)矢量Wp ;
[0021] B6.令 Wp= E{Zg(WpTZ)}_E{g' (WpTZ)}W，g 為選擇的非線性函數(shù)；
[0024] B9.若Wp不收斂的話，返回B6 ;
[0025] B10.令p = p+1,如果p小于等于m，返回B5。
[0026] 本發(fā)明優(yōu)選步驟C的技術(shù)方案是：步驟C具體包括以下步驟：
[0027] Cl.計(jì)算步驟B中m個(gè)獨(dú)立成分在頻率為60-180HZ內(nèi)的能量貢獻(xiàn)率；
[0028] C2.貢獻(xiàn)率最大的即為胎心音信號(hào)xi。
[0029] 本發(fā)明優(yōu)選步驟D的技術(shù)方案是：步驟D具體包括以下步驟：
[0030] DL由Zi = Au*xi將xi映射回相空間；式中xi為胎心音信號(hào)；Au為混合矩陣中 與其相應(yīng)的列，Zi為與其相應(yīng)的相空間。
[0031] D2.最后胎音信號(hào)根據(jù)式
重建，得到純凈胎心音;式中 Zi1S相空間Zi中的第i個(gè)行向量。
[0032] 本發(fā)明優(yōu)選步驟E的技術(shù)方案是：步驟E具體包括以下步驟：
[0033] EL提取第一心音、第二心音包絡(luò)；
[0034] E2.計(jì)算出胎心率。
[0035] 本發(fā)明較現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)及有益效果：
[0036] 本發(fā)明通過(guò)對(duì)采集的胎心音信號(hào)進(jìn)行相空間重構(gòu)，將一維的信號(hào)拓展到多維，達(dá) 到混疊信號(hào)的數(shù)目不少于源信號(hào)數(shù)目的條件，然后通過(guò)ICA (獨(dú)立成分分析）盲源分離方法 估計(jì)得到源信號(hào)。對(duì)提取到的比較純凈的胎音信號(hào)做進(jìn)一步的分析，就能為懷孕期間的胎 兒檢測(cè)與監(jiān)護(hù)提供一種新的方式。
【附圖說(shuō)明】
[0037] 圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0038] 下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)說(shuō)明：
[0039] 實(shí)施例一
[0040] 如圖1所示，一種胎心音分離方法，包括以下步驟：
[0041] 第一步.胎心音信號(hào)相空間重構(gòu)；
[0042] Al.分別由互信息法和Cao算法計(jì)算出胎心音的延遲時(shí)間τ和嵌入維數(shù)m ;
[0043] A2.由選定嵌入維數(shù)m和延遲時(shí)間τ得到重構(gòu)的相空間
將一維信號(hào) 拓展到多維，即m維。
[0044] 第二步.對(duì)拓展的m維行向量進(jìn)行獨(dú)立成分分析；
[0045] BI.將步驟一中拓展的多維行向量組成一個(gè)多維矩陣MixedS ;
[0046] B2.對(duì)MixedS進(jìn)行中心化，使它的均值為0 ;
[0047] B3.對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行白化，MixedS - MixedS_white,記為 Z ;
[0048] B4.在此應(yīng)用中，獨(dú)立元個(gè)數(shù)等于變量個(gè)數(shù)m，并設(shè)置最大迭代次數(shù)；
[0049] B5.選擇一個(gè)初始權(quán)矢量（隨機(jī)的）Wp ;
[0050] B6.令 Wp= E{Zg(WpTZ)}-E{g' (WpTZ)}W，g 為選擇的非線性函數(shù)；
[0053] B9.假如Wp不收斂的話，返回B6 ;
[0054] B10.令p = p+1,如果p小于等于m，返回B5。
[0055] 第三步.胎心音信號(hào)獨(dú)立成分的選??；
[0056] Cl.計(jì)算步驟二中m個(gè)獨(dú)立成分在頻率為60-80HZ以及140-180HZ內(nèi)的能量貢獻(xiàn) 率；
[0057] C2.貢獻(xiàn)率最大的即為胎心音信號(hào)xi。
[0058] 第四步.對(duì)步驟三中的xi進(jìn)行重構(gòu)得到胎心音信號(hào)；
[0059] DL由Zi = Au*xi將xi映射回相空間；式中xi為胎心音信號(hào)（I Xn的行向量）； Au為混合矩陣中與其相應(yīng)的列（dXl的列向量），Zi為與其相應(yīng)的相空間（dXn的矩陣）。
[0060] D2.最后胎音信號(hào)根