对采集的多通道胎心电信号的通道数进行扩展的一种方法

摘要

提出了一种基于计算机程序对采集的多通道胎儿心电信号的通道数进行扩展的方法，其特征是，包括如下步骤：(1)读入从孕妇体表原始采集的各通道胎儿心电信号，设共为N通道；(2)使读入的N通道胎心电信号两两组合——共出现N(N-1)/2种组合，使每种组合的两通道信号求差派生出1个通道的胎心电信号，原N通道胎心电信号与新派生的N(N-1)/2个通道的胎心电信号一起构成了N(N+1)/2个通道的胎心电信号，以供挑选出比原N通道信号信噪比更高的胎心电信号或进行进一步的降噪、提纯处理。

说明书

技术领域

本申请涉及基于计算机程序对采集的多通道胎心电信号的通道数进行扩展的一种方法。 此处的计算机可以是嵌入式专用计算机，也可以是通用计算机。扩展的目的是为了能捕捉到 信噪比更高的胎儿心电。

在孕妇体表安放电极采集的胎儿心电信号，实际上除胎心电外，还有母体心电、肌电及 其他干扰等。为了叙述的方便，本申请把其中的母体心电、肌电及其他干扰看成胎儿心电的 背景噪声。

背景技术

胎儿心脏收缩和舒张产生的动作电位，通过生物电流的产生，会在孕妇体表出现相应的 电位分布，体表任何两点会有一个电压(电位差)。在孕妇体表放置4个电极，其中1个为参 考地电极、1个为抑制共模干扰的无关电极，则可采集2路对参考地的胎儿心电信号，即通 道数是2；推而广之，在孕妇体表放置N个电极(N大于等于4)，则可采集N-2路对参考地的 胎儿心电信号，即通道数是N-2。

目前，存在采集多通道胎儿心电信号的设备，如河南华南医电科技有限公司的产品 GY-EXPL使用6个电极获取4路导联信号，即采集通道数为4；复旦大学研制的基于S3C2410 的无线胎儿心电监护仪采用4个电极获取2路导联信号，即采集通道数为2。欧洲的NEMO 胎心电采集系统，共10个电极，采集8路导联信号，即采集通道数为8。孕妇体表放置的电 极数越多，采集的胎心电信号物理通道数越多，则越容易捕捉到高质量的胎儿心电信号。但 是，由于使用方便性和容量方面的制约因素，胎心电设备实际采集的胎心电信号物理通道数 不可能太多。

标准12导心电图机检测成人心电图的做法值得借鉴。按照其标准，测量时在成人体表安 放10个电极，分别为——右上肢电极VR，左上肢电极VL，右腿电极RL，左腿电极VF，6个 胸部电极C1、C2、C3、C4、C5、C6；基于这些电极可得到成人的12导联心电信号——I、 II、III、aVR、aVL、aVF、V1、V2、V3、V4、V5、V6。若用各电极的编号代表其相应电极所在 体表部位的电位值，标准12导联信号的定义为：(1)标准肢体导联——导联I＝VL-VR，导联 II＝VF-VR，导联III＝VF-VL；(2)加压肢体导联——aVR＝VR-(VL+VF)/2，aVL＝VL-(VR+VF)/2， aVF＝VF-(VL+VR)/2；(3)胸导联——胸导Vi＝Ci-(VR+VL+VF)/3，i＝1，…，6。这里，实际上， 标准12导心电图机只采集8路心电信号，即模拟通路只有8路，包括2路标准肢体导联信号 和6路胸导联信号，另外4路信号是由采集的8路信号按一定公式由计算机程序算出来的， 是派生的。假如原始采集的8路信号分别是——I，II，V1，V2，V3，V4，V5，V6，则其他4 个导联信号是按表1计算出的。

表1：标准12导心电图机的一种通道数扩展方法

  III   aVR   aVL   aVF   II-I   -(I+II)/2   I-II/2   II-I/2

标准12导心电图机按标准检测成人心电图时，有4个导联或者说4个通道信号不是采集 的，而实际是计算机程序扩展出来的。目前，从孕妇体表采集的多通道胎儿心电信号如何基 于计算机程序扩展其通道数，尚未见报道。

参考文献：

[1]河南华南医电科技有限公司，胎儿心电图机，2006年5月，中国实用新型专利：Z1200520111843.5

[2]陆尧胜，梁毓厚：用于监测母体子宫收缩活动和控制分娩进程的方法和装置，中国发明专利，申请号：03113712.1

[3]王家达，刘祖望：基于S3C2410的无线胎儿心电监护仪的设计，中国医疗器械杂志，2007年31卷第7期。

发明内容

发明目的。

提出一种对采集的多通道胎儿心电信号的通道数进行扩展的方法，旨在大幅度增加通道 数，以便能捕捉到信噪比更高的胎儿心电。

技术方案。

本发明一种基于计算机程序对采集的多通道胎儿心电信号的通道数进行扩展的方法，其 特征是，包括如下步骤：(1)读入从孕妇体表原始采集的各通道胎儿心电信号，设共为N通道； (2)使读入的N通道胎心电信号两两组合——共出现N(N-1)/2种组合，使每种组合的两通道 信号求差派生出1个通道的胎心电信号，原N通道胎心电信号与新派生的N(N-1)/2个通道的胎 心电信号一起构成了N(N+1)/2个通道的胎心电信号，以供挑选出比原N通道信号信噪比更高的 胎心电信号或进行进一步的降噪、提纯处理。方案流程图见附图1。

以上扩展通道数的方案不是发明人随意提出，而是在利用一些规律的基础上提出的。这 些规律包括：(1)每一组采集的欲求差的两通道孕妇体表胎心电信号，设为A和B，它们分 别对应孕妇体表两测试点对参考地的电压信号，它们求差的结果信号(A-B)是两体表测试点间 的电压信号，具有明确的物理意义；(2)每一组欲求差的两通道胎儿心电信号A和B，虽然 它们都源于心脏搏动的动作电位，但传递路径不同、它们的相位肯定有所差异，因此，它们 的差信号的胎儿心电成分有可能大于A或B中的胎儿心电成分，见附图2所示；(3)A和B 中的母体心电成分，在求差中可能因为它们相位差小而得到一个小的成分，而胎儿心电成分 可能因为它们的相位差大而得到一个大的成分，而使差信号(A-B)提高了胎儿心电信噪比；(4) 两两求差派生出很多通道的信号，分别对应体表很多两点间的物理电压，因此，在更大范围 内必然捕捉到信噪比更高的体表胎心电信号。

有益效果。

目前，尚未见有关于对采集的多通道胎儿心电信号通道数进行扩展的文献报道。

标准12导心电图，有10个电极，采集的心电信号物理通道数为8，按标准基于计算机程 序扩增的通道数为4，扩增了50％的通道数，扩展后共出现了12个通道的信号，称为12导联 信号。标准12导心电图设备扩展通道对于成人心电检测的作用，已经为世人所公认。

若将标准12导心电图机的电极放置孕妇体表测量胎儿心电信号，并按本发明的扩展方案， 则采集的8个通道的物理信号，两两求差扩展后，通道数将扩增28个，扩增了350％的通道 数，扩展后的总通道数达到36个。无疑，与标准12导信号的扩展方法相比，本方案具有更 强的扩展性。

自从1906年人们第一次将电极置于孕妇体表检测记录胎儿心电信号，已有100余年的历 史，但是，由于个体的差异、胎位胎心位的差异，如何从孕妇腹壁稳定地检测记录到高质量 的胎儿心电信号，一直以来是困惑人们的一个问题。按本发明方案进行通道数扩展，相当于 进行了比原体表检测点数要多得多的点的信号的检测，因此，可最大限度地捕捉到体表的信 噪比高的胎儿心电信号或为进一步的胎心电提纯处理奠定更好的基础。

附图5是发明人在医院用标准12导心电图机将10个电极置于孕妇腹壁而采集的8个通 道的信号；附图5中，除II导联信号显示有较小的胎心电分量外，其他通道信号都只能看到 母体心电成分。附图6信号显示的是附图5中的V2、V4、V6导联信号及它们的两路求差信 号(V2-V4)和(V2-V6)；从V2、V4、V6导联信号中，只看到母体心电成分，看不到胎儿 心电成分，但从它们的差信号(V2-V4)和(V2-V6)中，可以发现明显的胎儿心电成分，见 箭头所指。从附图6，本发明方案的有效性，可见一斑。

附图说明

图1，对采集的多通道胎儿心电信号通道数进行扩展的方法流程图。

图2，两通道信号求差增强胎儿心电的原理示意图。

图3，实施例中测试电极的具体布置示意图。

图4，实施例中测试电极的具体布置实景图。

图5，实施例中标准12导心电图机采集记录的8通道腹壁心电信号。

图6，实施例中两两采集信号求差结果示例图。

具体实施方式(实施例)

在医院对某一孕妇用日本光电标准12导心电图机——ECG-1350P将电极置于腹壁测了一 组数据，电极的布置见图3和图4所示；图3为孕妇仰卧下的电极布置图，其中VR置于耻骨联 合上方腹壁、VL置于宫底上方腹壁、VF置于右侧腹壁。采集数据为mfer格式，包含8个通道 的信号数据；可从心电图机将数据下载至电脑。

本方案对采集的8个通道信号扩展通道数的步骤为：(1)读入原始采集的各通道胎儿心电 信号数据，共为8通道，见附图5所示；(2)8通道胎心电信号两两组合，共出现8(8-1)/2＝28 种组合，每种组合两信号求差派生出1个通道胎心电信号，原8通道胎心电信号与新派生的28 通道信号一起构成8(8+1)/2＝36个通道的信号，以供挑选出比原8通道信号信噪比更高的胎心 电信号或进行进一步的降噪、提纯处理。附图6为采集的原通道V2、V4、V6信号及它们的两通 道求差结果信号(V2-V4)和(V2-V6)。