基于非线性估计与盲源分离的胎儿心电信号提取方法

作     者：刘茜 

作者单位：重庆大学 

学位级别：硕士

导师姓名：蒲秀娟

授予年度：2016年

学科分类：0711[理学-系统科学] 1002[医学-临床医学] 07[理学] 08[工学] 100211[医学-妇产科学] 080401[工学-精密仪器及机械] 0804[工学-仪器科学与技术] 080402[工学-测试计量技术及仪器] 10[医学] 

主      题：胎儿心电 v-支持向量机 时频盲源分离 最小二乘支持向量机 Fast ICA 

摘      要：胎儿心电信号能体现胎儿的心脏活动,是能够提供胎儿健康信息的有效指标。对围产儿进行心电监测能够及时掌握其发育信息,及早发现异常,降低胎儿发病率,具有良好的应用前景。然而在现阶段,胎儿心电的提取准确率低、实现难度大,因此其在临床上的应用颇为有限。近年来学界广泛采用两种方法提取胎儿心电,一种是非线性估计方法,这种方法由于仅利用采集得到的一路或者少数几路信号来提取,未能将电极所采得的信号的全部信息充分利用;而另一种是盲源分离方法,然而这种方法通常建立在线性瞬时混合模型之上,没有考虑实际情况中母体心电和胎儿心电的非线性传输以及二者的非线性混合特性。本论文综合考虑了上述情况,在将非线性估计和盲源分离这两类方法有效结合的基础上,探索出了更符合胎儿心电特点、更适合实际应用且性能良好的胎儿心电提取方法。本论文首先研究结合多路v-支持向量回归机与时频盲源分离的胎儿心电提取方法。该方法首先对混合信号进行非线性估计,将母体胸部信号作为v-支持向量回归机的输入信号,将各路腹壁信号作为v-支持向量回归机的目标信号,分别估计各路混合信号中的母体心电成分;然后将各路信号中的母体心电成分去除,即可得到每一路混合信号中的含噪胎儿心电;再对所有含噪胎儿心电利用时频盲源分离进行处理,最终提取得到胎儿心电信号。本论文还研究了结合最小二乘支持向量机与快速独立分量分析的胎儿心电提取方法。该方法与前一种方法的提取步骤类似,不同之处在于,该方法考虑到各路腹壁信号之间的关联性,将各路腹壁信号作为一个整体进行处理。首先利用最小二乘支持向量机对所有腹壁信号进行处理,估计出母体心电成分。然后再将估计得到的母体心电成分从每一路腹壁信号中去除,得到含噪胎儿心电,再利用快速独立分量分析方法提取出胎儿心电信号。实验结果表明,在本论文中所研究的两种方法,均可以有效提取出清晰、完整的胎儿心电;且这两种胎儿心电提取方法相较于传统的非线性估计和盲源分离方法,在提取效果上都有明显提高。其中应用结合了最小二乘支持向量机与快速独立分量分析的胎儿心电提取方法提取得到的胎儿心电信号具有最高的信噪比指标。