一種胎動自動識別方法及其裝置的製作方法

2023-10-11 02:28:54 3

專利名稱：一種胎動自動識別方法及其裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及生物醫學信號處理領域，具體的說是涉及一種胎動自動識別方法以及 實現該方法的裝置。
背景技術：
胎動是胎兒安危的重要指標，一般從孕觀周開始，胎動檢測就具有了臨床意義。 胎動正常表示著胎兒宮內良好，胎動的減少或消失是胎兒缺氧或死亡的標誌，胎動急劇提 示胎兒急性缺氧並可能會死亡。在妊高徵、過期妊娠、胎兒IUGR等高危妊娠時，在胎盤功能 影響胎心率之前即可引起胎動減少，一般胎動消失到胎心消失可長達12-48小時。而妊娠 期間，伴隨著胎動發生的胎心加速是胎兒健康的表現，尤其在第一產程中，伴隨胎動的加速 的出現是胎兒儲備良好的重要指標之一。基於超聲都卜勒技術的測量方法是目前常用的胎動檢測手段，超聲探頭髮射的具 有一定頻率的超聲波束，經過母體腹壁遇到胎兒的運動部位後，形成反射波束，此波束被超 聲探頭接收，形成Doppler頻移信號，通過算法識別出胎動信號，得到胎動的個數以及持續 時間。而實際的Doppler頻移信號除了包含胎動信息外，還包括胎兒心跳、母體呼吸以 及母體運動等信息。胎動信號與胎心信號以及其他噪聲信號比較，具有頻率低、非周期性、 幅度高的特點。而不同孕婦，胎動信號的強度不同，並且在監護過程中，胎心位置改變也會 引起信號強度變化，現有的胎動識別方法中閾值不可調，會造成信號強度變化後無法檢測 出胎動或無胎動誤檢為胎動的情況。目前在臨床實時檢測中最常用的是閾值檢測法，對信號進行簡單的濾波後，進行 閾值判斷。信號中超過閾值則認為是胎動。但這種方法中閾值多為臨床經驗值，在臨床應 用中無法根據不同孕婦的信號特點來調節，造成無法準確的檢測出胎動信息。國內已經公 開一篇關於胎動算法的專利，專利號為CN101194826A，該專利中採用的方法是小波變化與 BP神經網絡，這種方法計算的數據量較大，不能滿足實時檢測的要求。而國外相關檢測算法 多基於互相關以及位移檢測等理論，這些方法計算過程複雜，不適合臨床應用。

發明內容
本發明的目的是為了克服現有的胎動識別方法可調性差，提出的一種自動識別胎 動的方法，其採用自動閾值調節算法，有效檢測出胎動的次數以及單次胎動的持續時間。為了實現上述目的，本發明採用以下的技術方案1、一種胎動自動識別方法，其特徵在於包括以下步驟A、對包括胎動信號的所有信號進行數據採集；B、將採集後的信號進行濾波預處理，分離出胎動信號；C、根據胎動信號的特點對信號進行實時分析，得到對應的實時閾值；D、根據得到的閾值對分離出的胎動信號進行識別，得到胎動的次數以及持續時間。所述的數據採集是將超聲探頭接收到的Doppler頻移信號經過硬體濾波處理 後分成胎動信號和胎心信號；並對這兩路信號進行採樣，得到胎動信號m(n)和胎心信號 h(n)。步驟B中的分離胎動信號是採用差分濾波器對胎動信號m(n)進行處理，得到序列 D(η)；並對序列D(n)採用積分濾波器進行處理，得到序列M(η)。步驟C當中還包括a、當所述胎心信號h(n)質量良好即符合倍頻關係時，抽取此時所述序列M(n)中 的相應部分，得到新序列Ml (η)，並對Ml (η)進行閾值分析。仏對機⑷加和求平均值，以平均值為參考得到該段時間內信號的基線值B(i)；C、重複步驟a、b，連續計算多次基線值B(i)，對其進行加權平均得到新的基線值 B ；d、以B為閾值對Ml (η)進行分析，統計大於閾值的數據個數M ；如果M > Ni，則認為閾值過低，增大基線值B(i)，重複步驟c、d，重新計算加權平 均值，直到M滿足使超過基線值B的噪聲信號能量等於A ；如果M Ni，則認為閾值過低，調節基線值重新求加權平均值，再重新對Ml (η)進行判斷；直到使 超過基線值B的噪聲信號能量等於A ；如果超過閾值的數據< Ni，則認為閾值過高，調節基 線值，重新計算加權平均值，再對Ml (η)進行判斷，直到使超過基線值B的噪聲信號能量小 於A ；選取滿足上述條件的加權平均值作為胎動識別的閾值。胎動識別模塊主要負責採用閾值分析模塊得到的閾值，對預處理後的信號進行胎 動識別，得到胎動的次數及每次胎動的持續時間；如果連續超過閾值的數據的個數大於N 則認為是一次胎動，如果連續低於閾值的數據的個數小於Μ，則認為是同一次胎動；通過計 算胎動開始及結束時的定時器的數值可以得到單次胎動的持續時間。採用上述方案，可以有效地濾除胎心跳、母體呼吸等噪聲，提取胎動信息；自動閾 值調節算法，可以針對不同孕婦進行閾值調節，並且可以隨監護過程中信號強度變化進行 閾值調節，避免了固定閾值引起的有胎動檢測不到或誤檢的情況；可以準確得識別出胎動 信息，計算出監護過程中胎動的次數以及單次胎動的持續時間。


圖1是胎動自動識別方法的流程圖2是自動閾值調節算法的流程圖3是採集的胎動信號示意圖4為信號平滑差分處理後的效果圖5為信號移動積分處理後的效果圖6為胎心信號符合倍頻時的處理後的胎動信號；
圖7為通過閾值分析後得到的自動調節的閾值效果圖
圖8為用計算出來的閾值進行胎動識別的效果圖9為本發明胎動自動識別裝置的控制框圖。
具體實施例方式下面結合附圖及具體實施例對本發明做進一步的詳細說明如圖1的一種胎動自動識別方法，主要是處理超聲Doppler頻移信號中的胎動信 號，超聲探頭接收到Doppler頻移信號中包括胎心信號以及胎動信號，還有母體呼吸、母體 運動等噪聲信號，經過前期硬體處理濾波處理後得到胎動信號及胎心信號；其主要包括以 下步驟Α、對需要處理的信號進行數據採集；B、將採集後的信號採用數字濾波的方法進行預處理，分離出胎動信號；C、根據胎動信號的特點對信號進行實時分析，得到對應的實時閾值；D、根據得到的閾值對分離出的胎動信號進行識別，得到胎動的次數以及持續時 間。本發明中超聲探頭接收到的Doppler頻移信號經過硬體濾波處理後分為兩路信 號，一路為胎動信號，一路為胎心信號。對這兩路信號進行採樣，得到胎動信號m(n)及胎心 信號h(n)。如圖3和圖4、圖5，對採集後的胎動信號m(n)進行預處理。採用數字濾波的方法，
6分離出胎動信號。其具體方法是，第一步採用差分濾波器對胎動信號m(n)進行處理，得到序列 D (η)。第二步採用積分濾波器對序列D(η)進行處理得到新的序列Μ(η)。如圖2，根據胎動信號的特點對信號進行分析，得到閾值；並根據信號強度的變化 實時更改閾值，從而實現閾值的自動調節，其由以下幾個步驟完成；a、胎心信號為Doppler頻移信號，當胎心信號質量良好時，即胎心信號符合倍頻 關係，一般沒有胎動，抽取此時序列M (η)中的相應部分，得到新序列Ml (η)，並對Ml (η)進行 閾值分析。仏對機⑷加和求平均值，以平均值為參考得到該段時間內信號的基線值B (1)；C、重複步a、b，連續計算多次，基線值B (i)，對其進行加權平均得到新的基線值B;d、以B為閾值對Ml (η)進行分析，統計大於閾值的數據個數M ；如果M > Ni，則認為閾值過低，增大基線值B(i)，重複步驟c、d，重新計算加權平 均值，直到M滿足使超過基線值B的噪聲信號能量等於A ；如果M Ni，則認為閾值過低，增大基線值B(i)，重複步驟c、d，重新計算加權平 均值，直到M滿足使超過基線值B的噪聲信號能量等於A。如果M < Nl，說明閾值過高，減小基線值增大基線值B⑴，重複步驟c、d，重新計 算加權平均值，直到M滿足使超過基線值B的噪聲信號能量小於A。Nl和A均為臨床實驗 值；滿足上述條件的基線值B作為胎動識別的閾值T。重複上述步驟C，求得新的閾值T⑴，修改胎動識別閾值為新閾值T⑴，並於上次 計算的閾值T(i-1)進行比較，如果T(i)大，則說明基線值改變，修改胎動識別閾值為新閾 值T (i)，否則保持不變。如圖7，在tl、t2信號的強度改變了，相應計算得到的閾值也隨之改變。對得到的閾值T對B過程中分離出的胎動信號進行識別，得到胎動的個數以及持續時間。其實現方式是根據閾值T對步驟B處理後得到的序列M(n)進行分析。計算連續 大於閾值的數據個數Li，如果Ll大於N，則認為有胎動，且胎動開始，記錄此時定時器的數 值Cl。如果有胎動開始計算連續低於閾值的數據個數L2，如果L2小於M,則認為同一次 胎動，反之，則認為本次胎動結束，記錄此時的定時器的數值C2 ；C2與Cl的差值即為本次胎 動的持續時間。圖8為採用計算得到的閾值處理後的效果圖；超過閾值的數據個數和Ml大於N， 本次胎動開始。低於閾值的數據個數和M2、M3都小於M,認為是同一次胎動，直到M4大於 M，本次胎動結束。如圖9所示的一種自動識別胎動信息的裝置主要包括信號採集模塊、預處理模 塊、閾值分析模塊、胎動識別模塊以及顯示列印模塊；其中信號採集模塊將採集到的信號輸 出至預處理模塊處理，並經閾值分析模塊進行閾值分析；再輸送到胎動識別模塊進行識別 後顯示或列印。首先信號採集模塊中的超聲探頭接收到的Doppler頻移信號經過硬體濾波處理 後分為兩路信號，其中一路為胎動信號，一路為胎心信號，並通過信號採集模塊進行採集得 到這兩路信號。信號採集後進入預處理模塊，預處理模塊包括差分處理單元與積分處理單元，主 要用於對採集信號的去噪與預濾波，得到胎動信號m(n)及胎心信號h(n)。胎動信號m(n)及胎心信號h(n)進入閾值分析模塊，閾值分析模塊分為胎心質量 分析單元、閾值計算單元以及閾值質量判斷單元。每隔一定時間通過胎心質量分析單元對 胎心信號進行質量分析。如果質量良好，將相應的預處理後的胎動信號輸入閾值計算單元 進行基線值計算。求取此段胎動信號Ml (η)的加和平均值為參考得到基線值，連續計算多 次時間的基線值，求加權平均值。在閾值質量判斷單元以此平均值為閾值對胎心信號質量 良好時的胎動信號進行分析。如果超過閾值的數據個數大於W，則認為閾值過低，調節基線 值重新求加權平均值，再重新對Ml (η)進行判斷。直到M滿足使超過基線值B的噪聲信號 能量等於Α。如果超過閾值的數據小於Ni，則認為閾值過高，調節基線值，重新計算加權平 均值，再對Ml (η)進行判斷。直到M滿足使超過基線值B的噪聲信號能量小於Α。選取滿足 上述條件的加權平均值作為胎動識別的閾值。胎動識別模塊主要負責採用閾值分析模塊得到的閾值，並對預處理後的信號進行 胎動識別，得到胎動的次數及每次胎動的持續時間。如果連續超過閾值的數據的個數大於 N則認為是一次胎動，如果連續低於閾值的數據的個數小於Μ,則認為是同一次胎動。通過 計算胎動開始及結束時的定時器的數值可以得到單次胎動的持續時間；得到胎動的次數及 單次胎動的持續時間就送入顯示列印模塊，對胎動次數及持續時間進行記錄或顯示。以上內容是結合具體的優選實施方式對本發明所作的進一步詳細說明，不能認定 本發明的具體實施只局限於這些說明。對於本發明所屬技術領域的普通技術人員來說，在 不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬於本發明的 保護範圍。
權利要求
1.一種胎動自動識別方法，其特徵在於包括以下步驟A、對包括胎動信號的所有信號進行數據採集；B、將採集後的信號進行濾波預處理，分離出胎動信號；C、根據胎動信號的特點對信號進行實時分析，得到對應的實時閾值；D、根據得到的閾值對分離出的胎動信號進行識別，得到胎動的次數以及持續時間。
2.根據權利要求1所述的胎動自動識別方法，其特徵在於所述的數據採集是將超聲 探頭接收到的Doppler頻移信號經過硬體濾波處理後分成胎動信號和胎心信號；並對這兩 路信號進行採樣，得到胎動信號m(n)和胎心信號h(n)。
3.根據權利要求2所述的胎動自動識別方法，其特徵在於步驟B中的分離胎動信號 是採用差分濾波器對胎動信號m(n)進行處理，得到序列D(n)；並對序列D(n)採用積分濾 波器進行處理，得到序列M(η)。
4.根據權利要求3所述的胎動自動識別方法，其特徵在於步驟C當中還包括a、當所述胎心信號h(n)質量良好即符合倍頻關係時，抽取此時所述序列M(n)中的相 應部分，得到新序列Ml (η)，並對Ml (η)進行閾值分析；bjiMl(n)加和求平均值，以平均值為參考得到該段時間內信號的基線值B (i)；c、重複步驟a、b，連續計算多次基線值B(i)，對其進行加權平均得到新的基線值B ；d、以B為閾值對Ml(η)進行分析，統計大於閾值的數據個數M ；如果M > Ni，則認為閾值過低，增大基線值B (i)，重複步驟c、d，重新計算加權平均值， 直到M滿足使超過基線值B的噪聲信號能量等於A ；如果M < Nl，說明閾值過高，減小基線值B (i)，重複步驟c、d，重新計算加權平均值；直 到M滿足使超過基線值B的噪聲信號能量小於A ；m和A均為臨床經驗值；滿足上述條件的 基線值B即為閾值T ；e、重複步驟a、b、c、d、得到新的閾值T(i)，比較T(i-l)與T(i)的大小，如果T(i)大， 則認為基線值改變，更改閾值為新的閾值T (i)，否則保持不變。
5.根據權利要求1所述的胎動自動識別方法，其特徵在於步驟D還包括以下步驟根據閾值T對步驟B處理後得到的序列M(n)進行處理；計算連續大於閾值的數據個數Li，如果Ll大於N，則認為有胎動，且胎動開始，記錄此時定時器的數值Cl ；如果有胎動開始計算連續低於閾值的數據個數L2，如果L2小於M,則認為為同一次胎 動，反之，則認為本次胎動結束，記錄此時的定時器的數值C2 ；C2與Cl的差值即為本次胎動 的持續時間，其中N和M均為臨床經驗值。
6.一種自動識別胎動信息的裝置，其特徵在於該裝置主要包括信號採集模塊、預處 理模塊、閾值分析模塊、胎動識別模塊以及顯示列印模塊；信號採集模塊將採集到的信號輸 出至預處理模塊處理，並經閾值分析模塊進行閾值分析；再輸送到胎動識別模塊進行識別 後顯示或列印。
7.根據權利要求6所述的自動識別胎動信息的裝置，其特徵在於所述的信號採集模 塊包括一超聲探頭，其接收超聲探頭採集到的Doppler頻移信號濾波處理後分為兩路信 號，其中一路為胎動信號，另一路為胎心信號。
8.根據權利要求6所述的自動識別胎動信息的裝置，其特徵在於所述的預處理模塊 包括差分處理單元與積分處理單元，其用於信號的去噪與預濾波，得到胎動信號m(n)及胎心信號h(n)。
9.根據權利要求6所述的自動識別胎動信息的裝置，其特徵在於閾值分析模塊分為 胎心倍頻分析單元、閾值計算單元以及閾值質量判斷單元；每隔一定時間通過胎心倍頻分 析單元對胎心信號進行倍頻分析；如果符合倍頻，將相應的預處理後的胎動信號輸入閾值 計算單元進行基線值計算；求取此段胎動信號Ml (η)的加和平均值為參考得到基線值；連 續計算多次時間的基線值，求加權平均值；閾值質量判斷單元以此平均值為閾值對胎心信 號滿足倍頻時的胎動信號進行分析；如果超過閾值的數據個數> Ni，則認為閾值過低，調 節基線值重新求加權平均值，再重新對Ml (η)進行判斷；直到使超過基線值B的噪聲信號能 量等於A ；如果超過閾值的數據< Ni，則認為閾值過高，調節基線值，重新計算加權平均值， 再對Ml (η)進行判斷，直到使超過基線值B的噪聲信號能量小於A ；選取滿足上述條件的加 權平均值作為胎動識別的閾值。
10.根據權利要求6所述的自動識別胎動信息的裝置，其特徵在於胎動識別模塊主要 負責採用閾值分析模塊得到的閾值，對預處理後的信號進行胎動識別，得到胎動的次數及 每次胎動的持續時間；如果連續超過閾值的數據的個數大於N則認為是一次胎動，如果連 續低於閾值的數據的個數小於Μ，則認為是同一次胎動；通過計算胎動開始及結束時的定 時器的數值可以得到單次胎動的持續時間。
全文摘要
本發明公開了一種胎動自動識別方法及其裝置，包括以下幾個步驟，對包括胎動信號的所有信號進行數據採集；將採集後的信號進行濾波預處理，分離出胎動信號；根據胎動信號的特點對信號進行實時分析，得到對應的實時閾值；根據得到的閾值對分離出的胎動信號進行識別，得到胎動的次數以及持續時間；採用上述方案可以有效地濾除胎心跳、母體呼吸等噪聲，提取胎動信息；自動閾值調節算法，可以針對不同孕婦進行閾值調節，並且可以隨監護過程中信號強度變化進行閾值調節，避免了固定閾值引起的有胎動檢測不到或誤檢的情況；可以準確得識別出胎動信息，計算出監護過程中胎動的次數以及單次胎動的持續時間。
文檔編號A61B5/00GK102090883SQ20101061974
公開日2011年6月15日 申請日期2010年12月30日 優先權日2010年12月30日
發明者劉冰, 孫豔, 陳吳筍, 陳德偉 申請人:深圳市理邦精密儀器股份有限公司