基于独立分量分析方法的胎儿心电提取的分析

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1、重庆人学硕士学位论文算法的性能影响较大，使得算法容易陷入局部极优值，而使提取出的胎儿心电信号中混有一些母体心电。遗传算法是一种全局寻优方法，不容易陷入局部极优值，因此我们提出一种基于独立分量分析方法和遗传算法的新的胎儿心电提取方法。由于遗传算法有可能在最优解附近提前收敛，因此为了加强算法的寻优能力，本文将遗传算法寻优和基于峭度的快速固定点算法(FaStICA)的迭代核寻优相结合，以保证算法尽量收敛到全局最优解。仿真实验结果表明，本文方法收敛精度比较高，提取出的FECG效果很好，基本不混有母体心电。并且本文方法

2、可以实现按峭度有序地提取出各个信号，且适合超高斯信号和亚高斯信号混合的情况。③小波包去噪技术由于提取出的胎儿心电中还混有一些噪声，如工频干扰及基线漂移等。本文采用小波包技术对胎儿心电进行去噪。1．4本论文的结构安排全文共分为五章内容。第一章介绍了本课题研究的背景和意义、国内外研究现状、本课题所作的工作以及本论文的结构安排；第二章首先介绍了胎儿心电信号的基础知识，然后介绍了ICA的数学模型和原理，及其相关理论基础，归纳了ICA的判据及优化算法，而且深入研究了几种常用的ICA方法，并把它们分别应用到模拟数据和真实

3、临床数据中胎儿心电提取的实验中，进行对比研究。本章还详细介绍了产生模拟心电的PatrickE．Mcsh删33】提出的心电模型。第三章对遗传算法进行了介绍，并提出一种基于独立分量分析和遗传算法的新的胎儿心电提取方法。第四章是本文方法提取胎儿心电信号的仿真实验。第五章对本文的研究工作做出总结，并提出了本文的不足和需要改善的地方。42相关基础理论知识2．1胎儿心电信号基础知识胎儿心电图(fetalelectrocardio酉锄，FECG)是反映胎儿心脏电生理活动的一项客观指标，反映了胎儿在孕期中的生长和健康状况【3

4、41。胎儿心电信号的采集与处理以及实现胎儿监护，对围产期的医学研究和临床应用，提高围产医学质量均具有重要意义【l引。在非侵入方式下，通过若干个电极获得准确而可靠的FECG是一件非常重要的工作。腹部电极记录的信号是胎儿心电图信号和母体心电图信号以及各种干扰噪声的混合信号，例如母体肌动电流(MEMG)信号干扰、电源干扰、电极以及其他各种电气设备的热噪声干扰等【3扪。所以，利用布置在孕妇身体上的电极来分离胎儿和母体的心电图信号可以看作是一个盲信号处理问题。2．1．1胎儿心电图的基本特征胎儿心电图是一种非侵入性的检查

5、手段，通过置电极于孕妇体表，记录胎儿心脏每一心动周期活动发生的电位变化及其在心脏的传导过程，应用特定的胎儿心电图机(fetalelectroc莉io蓼aph)记录而得。胎儿心电图可以反映胎儿心脏的瞬间微小变化，使及早诊断妊娠期及分娩期的胎儿宫内缺氧及先天性心脏病成为可能，是围生期胎儿监护的一种有效手段。胎儿心电图包括P波、P．R间期、QRS波群、ST段及T波。胎儿心电图与一般的心电图波形相似，图2．1为来自文献[33】的一个正常人的心电图，通过它，可以大体了解胎儿心电图的波形组成。①P波：直接法能测出，间接法

6、测不到P波。P波是胎儿右、左心房除极的波形，前半由右心房产生，后半由左心房产生。胎儿P波在妊娠17周以后逐渐增宽。临产后P波振幅降低，时限稍有缩短。②P．R间期：直接法能测出。P．R间期是指胎儿心房除极开始至心室开始除极之间的时间。随妊娠进展逐渐延长，临产后逐渐缩短，宫缩时更明显。③QRs波群：直接法及间接法均能测出。QRs波群是心室肌除极波形的总称。胎儿QRS波群时限随妊娠进展逐渐增宽，即胎儿心脏有减慢的趋势，振幅以妊娠37周至4l周较高。正常胎儿心电图中的QRS时限为0．02s至0．05s，若超过O．05

7、s则为异常。有资料报道，于分娩期胎儿QRS时限可达O．07s。④ST段：直接法和部分间接法能测出。代表心室除极结束至复极开始的一段时间。ST段是指自QRs波群终点至T波的起点间的电位线，正常ST段为等电位。分娩初期偶有ST段异常者，在宫缩时和在其后短时间内ST段降低，分娩后期ST段明显升高。重庆人学硕十学位论文⑤T波：直接法可测出。T波是心室除极的波形，是指ST段后出现的振幅较低而时限较长的波形。T波方向通常与QRS波群的主波方向一致，方向相反者很少见。图2．1常规心电图的波形Fig．2．1Routineel

8、ecnDcardiogram、)lraVefom2．1．2胎儿心电信号的噪声分析母体腹部电极记录到的信号是一个混合信号，其中胎儿心电信号非常微弱，被淹没在母体心电及基线漂移、肌电干扰(母亲活动、肉紧张而引起)和工频干扰等各种背景噪声中。这对我们分析处理胎儿心电非常不利，因此应该采取相应的措施将它们滤除。下面分别简单介绍一下这几种噪声D'36】：①工频干扰由50Hz及其谐波分量组成，它的幅度很大，可达