基于小波变换和独立分量分析的胎儿心电信号处理方法研究

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随着现代医学技术的发展,胎儿在子宫内的发育情况和健康状况越来越受人们的关注,而胎儿心电信号则可以准确地反映这些重要信息,但是由于胎儿心电信号幅度小,混有幅度大、分布广的噪声干扰,包括以母体心电信号为主的噪声干扰、工频干扰、基线漂移、人体呼吸和肌电干扰,给产前诊断带来极大的困难,如何获取准确的胎儿心电信号是目前医学领域的难点和热点。  本文介绍胎儿心电信号的相关背景知识以及常用的处理方法,通过实验分析和结果对比,提出了一种基于小波变换和独立分量分析的胎儿心电信号处理方法,主要工作分为以下几个方面:  第一,提出了基于小波变换的心电信号分离方法,主要内容为:  (1)介绍心电信号预处理方法:设计梳状滤波器,用来消除工频干扰和基线漂移;设计低通滤波器,用来消除频率大于200Hz的白噪声。  (2)提出小波变换分离心电信号实现方法:将滤波之后的心电信号进行多尺度小波变换得到细节系数和近似系数,然后在细节系数上运用峰值检测函数定位母体心电信号,其余置零,再进行小波重构得到含有噪声的母体心电信号,最后将滤波之后的心电信号减去含有噪声的母体心电信号得到含有噪声的胎儿心电信号。  (3)提出了心电信号分离的改进方法,包括心电峰值检测方法、心电降噪方法、重合心电信号分离方法。  第二,提出基于独立分量分析的胎儿心电信号处理方法:将多路含有噪声的胎儿心电信号作为输入信号,然后进行去均值和白化操作,再应用FastICA算法进行迭代直到满足收敛条件。计算相关系数,取相关系数最大的一路心电信号作为胎儿心电信号。  第三,进行仿真测试和结果分析,包括模拟心电信号测试、MIT-BIT心电数据库心电信号测试、医院临床心电信号测试,并与其他胎儿心电信号处理方法进行对比,分析实验结果得出相关结论。实验结果表明:该方法能够准确地提取胎儿心电信号,而且在信噪比较低的条件下具有较好的提取效果和较高的准确率,为产前诊断提供极大价值的医学信息。此外,运用该方法在不同来源的心电信号中进行实验与应用分析,证明此方法的临床实用性与可行性。
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