根據(jù)母體腹部ecg記錄的胎兒心率提取的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本申請總體設(shè)及從母體腹部屯、電圖化CG)記錄來提取胎兒屯、率。其具體結(jié)合空間 濾波和基于自適應(yīng)規(guī)則的胎兒QRS檢測的使用而應(yīng)用并且將特別參考其進(jìn)行描述。然而，應(yīng) 理解，其也適用于其他使用場景并且不一定限于前述應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 屯、臟缺陷是最常見的出生缺陷之一并且是與出生缺陷有關(guān)的死亡的主要原因。每 年，大約1/125嬰兒伴隨某種形式的先天屯、臟缺陷出生。先天屯、臟缺陷起源于在屯、臟形成時(shí) 懷孕期的早期，并且其可能影響屯、臟的任何部分或功能。由于遺傳綜合征、遺傳性疾病或者 諸如感染或藥物誤用的環(huán)境因素，因而可能發(fā)生屯、臟崎形。然而，除在分娩期間外，胎兒屯、 電描記法尚未證明為用于對特定結(jié)構(gòu)缺陷進(jìn)行成像的有效工具。
[0003] 胎屯、信號的檢測和分析是胎兒健康監(jiān)測的主要成分并且具有胎兒屯、率失常、胎兒 行為狀態(tài)等等的監(jiān)測中的各種應(yīng)用，但是胎兒屯、電描記法對于更加總體的問題，例如歸因 于使廝帶窒息的特定胎位的一般缺血，是受限的。該限制的原因在于，無創(chuàng)胎兒屯、電圖 化CG)被胎兒大腦活動、肌動描記(肌肉）信號(來自母親和胎兒二者）、電信號必須穿過的不 同的介電生物媒體的運(yùn)動偽影和多個(gè)層所污染。胎兒ECG比另一干擾生物信號(母體屯、臟信 號、子宮收縮)弱得多并且常常被胎兒大腦活動、肌動描記(肌肉）信號（來自母親和胎兒二 者)和運(yùn)動偽影所污染。希望連續(xù)的胎兒屯、率(F皿)監(jiān)視器減少未診斷的胎兒缺氧，但是輸 出常常是不可靠的并且難W解釋，運(yùn)導(dǎo)致健康嬰兒的分娩的增加的剖宮產(chǎn)率。
[0004] 用于測量F皿的最準(zhǔn)確的方法是使用胎兒頭皮電極的直接胎兒屯、電圖（FECG)，其 僅可能使用在分娩中但是由于其相關(guān)聯(lián)的風(fēng)險(xiǎn)通常不使用在臨床中。無創(chuàng)性FECG監(jiān)測是通 過放置在期望的母親的腹部上的電極來測量的。在具有可忽略的風(fēng)險(xiǎn)的懷孕期的第四個(gè)月 的中間之后，可W使用該方法。然而，檢測腹部ECG信號中的FHR常常是困難的，因?yàn)槟阁wECG 中通常具有較大的幅度并且母體ECG的R峰常常與胎兒ECG的R峰交疊。使用復(fù)雜的信號處理 技術(shù)在FHR估計(jì)方面具有經(jīng)改進(jìn)的準(zhǔn)確度。仍然存在大量的改進(jìn)空間。
[0005] 現(xiàn)今，胎兒監(jiān)測基于胎兒屯、率并且不并入胎兒ECG(fECG)波形特性的特性，其是孩 子和成人二者的屯、臟評價(jià)的基石。從臨床實(shí)踐排除該最關(guān)鍵的信息源的主要原因在于，可 靠地測量巧CG的技術(shù)大部分是不可用的。因此，尚未大規(guī)模地進(jìn)行使ECG特性與新生兒結(jié)果 相關(guān)的研究。
[0006] 如所討論的母體ECG是潛在的噪聲，其污染胎兒ECG。
[0007] -般地，現(xiàn)有的ECG分析技術(shù)針對ECG信號主導(dǎo)存在于記錄通道中的噪聲的情況調(diào) 諧。在事實(shí)并非如此的情況中，例如當(dāng)使用低成本ECG設(shè)備時(shí)或者當(dāng)試圖從放置在母親上的 腹部電極記錄胎兒屯、跳時(shí)，歸因于噪聲的信號偏差可W變得與歸因于屯、臟的電活動的信號 偏差不能區(qū)分。
[000引可靠的胎兒屯、率和胎兒ECG信號的提取將使能屯、臟崎形的早期檢測中的臨床醫(yī)師 并且?guī)椭浼皶r(shí)將適當(dāng)?shù)乃幬镩_處方，或者考慮分娩期間或者出生之后的必要的預(yù)防措 施。盡管成人屯、電描記法和信號處理技術(shù)的進(jìn)步，但是胎兒ECG的分析仍然處于其初期。通 過將電極放置在分娩前(在分娩之前）的母親的腹部之上的腹部巧CG監(jiān)測的臨床潛在性已 經(jīng)受獲得可靠的fECG中的困難所影響。存在對于從母體ECG提取fECG的方法的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本申請?zhí)峁┛朔上提到的問題和其他問題的新并經(jīng)改進(jìn)的方法和系統(tǒng)。
[0010] 根據(jù)一個(gè)方面，提供了一種用于使用計(jì)算機(jī)處理器來從至少一個(gè)母體信號提取胎 兒屯、率的系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括:傳感器，共附接到患者W接收腹部ECG信號；W及記錄器和數(shù) 字轉(zhuǎn)換器，其在母體信號緩存器中記錄并數(shù)字化每個(gè)至少一個(gè)母體信號。所述系統(tǒng)還包括 識別所述母體信號緩存器中的候選峰的峰檢測器。所述系統(tǒng)的信號堆疊器將至少一個(gè)母體 信號緩存器進(jìn)行堆疊并且劃分為多個(gè)片段，每個(gè)片段包括一個(gè)候選峰并且空間濾波器識別 并且衰減母體信號緩存器的多個(gè)片段中的母體QRS信號，所述空間濾波器包括主成分分析 和正交投影中的至少一個(gè)，W產(chǎn)生原始胎兒ECG信號，所述原始胎兒ECG信號被存儲在原始 胎兒ECG緩存器中。所述系統(tǒng)還包括:胎兒QRS識別器，其用于通過主成分分析和跟隨有基于 規(guī)則的fGRS提取的峰檢測器中的至少一個(gè)來識別原始胎兒ECG緩存器中的峰；W及融合器， 其根據(jù)所識別的峰來計(jì)算和融合胎兒屯、率。
[0011] 根據(jù)另一方面，提供了一種從至少一個(gè)母體信號提取胎兒屯、率的方法。所述方法 包括在母體信號緩存器中記錄并數(shù)字化至少一個(gè)母體信號并且識別所述母體信號緩存器 中的候選峰。所述方法將所述至少一個(gè)母體信號緩存器分為多個(gè)片段，每個(gè)片段包括一個(gè) 候選峰。母體QRS信號是通過母體信號緩存器的多個(gè)片段中的空間濾波來識別和衰減的。所 述空間濾波器至少包括主成分分析或者正交投影并且產(chǎn)生原始胎兒ECG信號，所述原始胎 兒ECG信號被存儲在原始胎兒ECG緩存器中。所述原始胎兒ECG緩存器中的所述峰是通過主 成分分析或者跟隨有基于規(guī)則的巧RS提取的峰檢測器來識別的，并且所述胎兒屯、率是根據(jù) 所述峰來識別的。
[0012] 根據(jù)另一方面，提供了一種從至少一個(gè)母體信號提取胎兒屯、率的模塊。所述模塊 包括記錄器和數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其在母體信號緩存器中記錄并數(shù)字化至少一個(gè)母體信號。所述 模塊還包括處理器，其被配置為識別所述母體信號緩存器中的候選峰并且將所述至少一個(gè) 母體信號緩存器分為多個(gè)片段，每個(gè)片段包括一個(gè)候選峰。所述處理器還被配置為識別并 且利用包括主成分分析和正交投影中的至少一個(gè)的所述空間濾波器通過空間濾波來衰減 所述母體信號緩存器的所述多個(gè)片段中的母體QRS信號，其中，所述空間濾波產(chǎn)生原始胎兒 ECG信號，所述原始胎兒ECG信號被存儲在原始胎兒ECG緩存器中。然后，所述處理器通過主 成分分析和跟隨有基于規(guī)則的巧RS提取的峰檢測器中的至少一個(gè)來識別所述胎兒ECG緩存 器中的峰，并且計(jì)算機(jī)根據(jù)所識別的峰計(jì)算所述胎兒屯、率。
[0013] -個(gè)優(yōu)點(diǎn)存在于來自使用正交投影或者主成分分析的腹部ECG記錄的經(jīng)改進(jìn)的胎 兒ECG讀數(shù)。
[0014] 另一優(yōu)點(diǎn)存在于連續(xù)的胎兒屯、率監(jiān)測和讀數(shù)解釋的經(jīng)改進(jìn)的可靠性。
[001引另一優(yōu)點(diǎn)存在于諸如胎兒屯、跳檢測的低信噪比ECG中的屯、臟信號的經(jīng)改進(jìn)的識 別。
[0016]另一優(yōu)點(diǎn)存在于經(jīng)改進(jìn)的臨床工作流。
[0017] 另一優(yōu)點(diǎn)存在于經(jīng)改進(jìn)的患者護(hù)理。
[0018] 本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀和理解W下詳細(xì)說明之后，將領(lǐng)會到本發(fā)明的更進(jìn)一步的 優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0019] 本發(fā)明可W采取各種部件和各部件的布置W及各種步驟和各步驟的安排的形式。 附圖僅出于圖示優(yōu)選的實(shí)施例的目的并且不應(yīng)被解釋為對本發(fā)明的限制。
[0020] 圖1圖示了胎兒屯、率提取系統(tǒng)。
[0021] 圖2圖示了用于檢測來自腹部巧CG的胎兒屯、率的流程圖。
[0022] 圖3圖示了用于母體QRS檢測的流程圖。
[0023] 圖4圖示了示出母體QRS檢測的峰檢測和自動校正的圖3的繼續(xù)流程圖。
[0024] 圖5圖示了使用對應(yīng)于近似在母體QRS峰之前~200樣本和在母體峰之后~450樣 本的腹部ECG(AECG)數(shù)據(jù)構(gòu)建的數(shù)據(jù)矩陣。
[0025] 圖6圖示了減去了母體QRS的數(shù)據(jù)矩陣。
[0026] 圖7圖示了在應(yīng)用PCA技術(shù)時(shí)數(shù)據(jù)矩陣中的單個(gè)行的母體衰減之前和之后數(shù)據(jù)。
[0027] 圖8圖示了甚至在胎兒屯、跳與母體QRS交疊時(shí)在母體QRS的衰減之后所保存的胎兒 屯、跳。
[002引圖9圖示了示出通過PCA提取的胎兒ECG(fECG)跡線，其中利用WS角形標(biāo)記的胎 兒QRS峰。
[0029] 圖10圖示了使用正交投影技術(shù)的母體ECG的衰減，其中，母體QRS被投影出。
[0030] 圖11圖示了腹部ECG和所提取的胎兒ECG跡線，其中黑點(diǎn)表示如基于胎兒頭皮電極 所標(biāo)注的胎兒QRS位置。
[0031] 圖12示出了從胎兒ECG所獲得的胎屯、(在空間濾波之后)與從頭皮電極所獲得的胎 兒屯、率的比較。
[0032] 圖13圖示了用于確定屯、跳分配和確定性評估信息的方法的示意性表示。
[0033] 圖14圖示了基線漂移去除算法的輸入。
[0034] 圖15圖示了基線漂移去除算法的輸出。
[0035] 圖16圖示了在ECG信號的60s長段上由經(jīng)優(yōu)化的闊值例程所找到的闊值。
[0036] 圖17圖示了闊值交點(diǎn)周圍的信號片段的編譯。
[0037] 圖18圖示了在主成分分析(PCA)空間中所表示的信號片段。
[0038] 圖19圖示了基于原始ECG跡線的每個(gè)屯、跳的確定性。
[0039] 圖20圖示了通過考慮峰的數(shù)量和所得的屯、率變異性找到通道的最佳組合。
[0040] 圖21圖示了在校正之前和之后的RR間隔。
[0041 ] 圖22圖示了表示缺失屯、跳可能在何處的RR間隔。
[0042] 圖23圖示了表示在何處誤識別峰的RR間隔。
[0043] 圖24圖示了描繪針對處理被用于組合輸出W得到準(zhǔn)確的胎兒QRS位置的信號的不 同的信號或者不同的結(jié)果的融合過程的流程圖。
[0044] 圖25圖示了四個(gè)同時(shí)記錄的胎ECG信號（參見前四個(gè)繪圖）和組合的置信信號輸出 (參見底部繪圖）。
【具體實(shí)施方式】
[0045] 本申請?jiān)O(shè)及一種用于經(jīng)改進(jìn)的胎兒屯、率提取和解釋的方法。本公開受到對用于監(jiān) 測胎兒屯、率的當(dāng)前方法不可靠并且難W解釋導(dǎo)致健康嬰兒的增加的剖腹產(chǎn)的桐悉所啟發(fā)。 目前，用于測量胎兒屯、率的最準(zhǔn)確的方法是使用胎兒頭皮電極的直接胎兒屯、電圖，其由于 在日常懷孕期檢查期間其相關(guān)聯(lián)的風(fēng)險(xiǎn)而通常僅在分娩期間使用。無創(chuàng)性胎兒屯、電圖監(jiān)測 是通過放置在母親腹部上的電極來測量的，然而，由于母體ECG通常更流行，因而檢測胎兒 屯、率常常是困難的。
[0046] 本申請呈現(xiàn)了一種用于使用空間濾波來從腹部巧CG記錄提取胎兒屯、率的經(jīng)改進(jìn) 的算法，例如用于母體ECG衰減和PCA聚類的主成分分析和正交投影技術(shù)。此外，本發(fā)明利用 針對胎兒屯、率的提取的基于自適應(yīng)規(guī)則的胎兒QRS檢測。
[0047] 參考圖1，胎兒屯、率提取系統(tǒng)10從附接到患者(例如，孕婦）的傳感器12-18接收腹 部ECG信號。傳感器12-18提供信號，其由A/D轉(zhuǎn)換器數(shù)字轉(zhuǎn)換器數(shù)字化并且存儲在緩存器 22A-22D中。每個(gè)傳感器可W提供存儲在其自身相應(yīng)的緩存器中的信號。緩存器22A-22D是 存儲器24的一部分。系統(tǒng)10包括運(yùn)行存儲在指令存儲器28中的指令的計(jì)算機(jī)處理設(shè)備26 (或者"處理器"）。指令存儲器28、數(shù)據(jù)存儲器24、數(shù)字轉(zhuǎn)換器20和處理器26是通過數(shù)據(jù)總線 30來連接的。
[0048] 系統(tǒng)10可W包括一個(gè)或多個(gè)專用或通用計(jì)算設(shè)備(例如服務(wù)器計(jì)算機(jī)或膝上型計(jì) 算機(jī))和相關(guān)聯(lián)的顯示設(shè)備和用戶輸入設(shè)備(例如鍵盤和/或光標(biāo)控制設(shè)備(未示出））。存儲 器24、28可W是分離的或組合的并且可W