一种自适应增强胎心音的方法与流程

1.本发明属于胎心率监测技术领域，具体涉及一种自适应增强胎心音的方法。


背景技术：

2.孕妇在怀孕一段时间后，在使用胎心仪测量胎儿心率(胎心率)时，一般是先把超声探头放置在肚子上，通过胎心音判断是否找到合适的测量位置，然后再进行胎心率的测量。如果胎心音不清晰，容易给使用者误导，认为当前的测量位置不是理想的测量位置，然后移到另外的位置进行测量。但是在下面6种情况时，使用者较难找到认为合适的测量位置：(1)孕妇的孕期较短，通过超声探头拾取的胎心信号比较微弱；(2)使用者操作不当，超声探头没有对准胎儿的心脏位置，超声探头拾取的胎心信号比较微弱；(3)使用者操作不当，导电膏涂抹不均匀或导电膏量不足，超声探头拾取的胎心信号不充分，采集到的胎心信号强度比较微弱；(4)使用者操作不当，在转换测量位置时移动探头过快，超声探头拾取的胎心信号不充分，采集到的胎心信号强度比较微弱；(5)胎心仪设备问题，超声探头或超声探头与胎心仪主机的连接线或胎心仪主机机壳存在破损，引入使用环境中的电磁干扰，通过超声探头拾取到的信号除了胎心信号外，还有其他的中高频电磁干扰；(6)胎心仪使用环境周边存在较多正在使用中的电器设备，这些设备的电磁干扰通过超声探头引入。这种由于超声探头拾取到的胎心信号弱，或者存在其他干扰源时，会导致胎心音音量小，或者声音吵杂，对使用者造成困扰。
3.为了保证胎心仪的正常使用，在胎心信号较弱和存在干扰时，需要对胎心音进行增强，便于帮助找到准确的测量位置。但是在现有的胎心仪设备中，基本是简单的通过声音放大器对超声探头拾取到的信号进行放大，在放大胎心信号的同时，也对超声探头拾取到的噪声进行了放大，导致胎心音不清晰，或被淹没在各种吵杂的杂音当中，给使用者造成不便。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种自适应增强胎心音的方法，克服在胎心信号微弱，或存在干扰时，通过对有效的胎心信号进行增强，对非胎心信号进行衰减，达到自适应增强胎心音。
5.本发明是通过以下技术方案实现的：
6.一种自适应增强胎心音的方法，包括如下步骤：
7.(1)通过超声探头拾取胎儿的胎心信号；
8.(2)通过信号处理技术，滤除胎心信号中的部分低频和中高频干扰，得到用于计算幅度的基础信号；
9.(3)采用时间窗的方式，计算时间窗内基础信号的最大幅度与最小幅度，根据最大幅度与最小幅度计算幅度差，作为时间窗内基础信号的幅度；
10.(4)根据时间窗内的幅度，对幅度进行分级，同时对每个等级的幅度设定增益；
11.(5)按照每个等级设定的增益，对每个等级的幅度进行放大或缩小，实现胎心音增强；
12.(6)通过信号处理技术，提取基础信号的包络信号，用于检测包络峰；
13.(7)基于包络信号检测信号峰，计算信号峰的峰峰间隔；
14.(8)基于信号峰的峰峰间隔，计算信号峰的规律性，根据信号峰的规律性建立信号峰模板；
15.(9)模板建立后，后续每检测到一个信号峰，根据信号峰与信号峰模板的差异，更新信号峰模板；
16.(10)根据信号峰模板，对步骤(4)的幅度分级和每个等级增益进行调整，优化胎心音增强效果。
17.进一步地，步骤(3)中所述的时间窗采用固定时间窗或滑动时间窗的方式，如果采用滑动时间窗的方式，每次滑动的时间间隔可以自动设定或手动设定，如果采用自动设定，支持每次设定的时间间隔可以是相同的或不同的。
18.进一步地，步骤(4)中所述的对幅度进行分级，分级的级数为固定或不固定的，可以采用自动分级或采用手动分级的方式；还可以采用自动分级和手动分级两种方式同时执行，自动分级的结果作为推荐，可以选择接受推荐或不接受推荐，如果接受，采用自动分级方式，如果不接受，采用手动分级方式；每个等级的幅度增益可以相同，也可以不相同，可以部分相同，也可以全部不相同，可以将全部基础信号放大(全部增益大于1)，也可以将全部基础信号缩小(全部增益小于1)，或可以部分基础信号放大，部分基础信号缩小。
19.进一步地，步骤(6)中所述的包络信号提取，可以通过希尔伯特变换或峰值检测再进行线性拟合的方式实现。
20.进一步地，步骤(8)中所述的计算信号峰的规律性，计算峰峰间隔的差异，如果峰峰间隔差异小，在设定的第一阈值范围内，认为有规律性，否则认为没有规律性；如果峰峰间隔差异较大，超过设定的第一阈值，但是小于设定的第二阈值(第一阈值小于第二阈值)，同时相近的信号峰幅度差异较小，在设定的阈值范围内，认为有规律性，否则认为没有规律性。
21.进一步地，步骤(8)中所述的建立信号峰模板，可以采用将规律性的信号峰通过平均的方法得到，计算时，可以将全部规律性的信号峰求取算术平均，也可以按照幅度大小排序，只取中间部分的信号峰求取算术平均，作为信号峰模板；建立信号峰模板，可以采用将规律性的信号峰按照幅度大小排序，取中间的信号峰作为信号峰模板。
22.进一步地，步骤(9)中所述的更新信号峰模板，计算信号峰与信号峰模板的差异，采用的特征可以是信号峰幅度/信号峰宽度/信号峰面积/信号峰斜率等，并且对特征设定差异第一接受阈值与第二接受阈值(第一接受阈值小于第二接受阈值)，可以设定信号峰模板更新的敏感度，根据不同的敏感度设定不同的更新条件：在更新敏感度设定为低时，要求全部特征的差异必须小于第一接受阈值；在更新敏感度设定为中时，要求部分或全部特征的差异部分小于第一接受阈值，部分或全部特征的差异部分小于第二接受阈值，其中需要满足第一阈值的特征与需要满足第二阈值的特征，可以自动设定，也可以手动设定；在更新敏感度设定为高时，要求全部特征的差异小于第二接受阈值；满足设定敏感度的条件，采用信号峰更新信号峰模板，否则不采用信号峰更新信号峰模板。
23.进一步地，步骤(9)中所述的更新信号峰模板，计算信号峰与信号峰模板的相关系数，如果相关系数高于预设的阈值，采用信号峰更新信号峰模板，否则不采用信号峰更新信号峰模板。
24.进一步地，步骤(10)中所述的采用信号峰模板对幅度分级和每级增益进行调整，由于信号峰模板是基于规律性的信号峰得来，更能代表胎心信号中的胎儿心脏搏动部分的信号，而这部分信号是胎心音的主要部分，所以如果基础信号的最大幅度对应的包络信号不为信号峰，或者为信号峰，但是没有用于计算或更新信号峰模板，采用与信号峰模板差异最小的信号峰对应的基础信号幅度，重复上述步骤(4)和步骤(5)，增强胎心音。
25.进一步地，步骤(10)中所述的采用信号峰模板对幅度分级和每级增益进行调整，如果信号峰模板计算失败，则不对幅度分级和每级增益进行调整。
26.本发明相比现有技术具有以下优点：
27.孕妇或医护人员在使用胎心仪测量时，在操作不当时容易导致胎心音声音小，或被其他杂音掩盖，本发明采用超声探头拾取胎儿的胎心信号，然后对胎心信号进行处理，然后通过喇叭将胎心音输出的方法可以有效增强胎心音，主要通过以下方法：(1)按照胎心信号幅度分等级，每个等级有不同或相同的幅度增益；(2)通过检测到规律的胎心信号峰，建立胎心信号峰模板，对模板信号进行增强，对非模板信号进行衰减，实现胎心信号有效时声音增强，无效时声音降低，可以突出胎儿心脏搏动的声音，但是压制超声探头引入的其他杂音。
具体实施方式
28.为了对本发明做更进一步的解释，下面结合下述具体实施例进行阐述。
29.实施例1：
30.超声探头拾取到信号后，先通过滤波滤除信号中的部分低频和中高频干扰，再进行胎心声音增强，主要包括以下步骤：
31.(1)采用固定时间窗的方式，计算基础信号的幅度，获得时间窗内最大幅度值与最小幅度值；
32.(2)按照自动方式增强胎心音，将胎心信号按照幅度大小分成高中低3级(例如将最大幅度认为是100，最低幅度认为是0，将高于80的幅度认为是高，50～80期间的幅度认为是中，低于50的认为是低)；
33.(3)对3个等级设置a1/a2/a3
34.3个幅度增益，其中a1》a2》1》a3，即高等级和中等级的信号会被放大，但是低等级的信号会被缩小；
35.(4)提取基础信号的包络线，用于检测信号峰；
36.(5)根据信号峰得到峰峰间期，同时得到信号峰的幅度/宽度/斜率/面积等特征信息；
37.(6)计算相邻信号峰的幅度/宽度/斜率/面积等特征的差异信息，根据各特征预设定的接受阈值，筛选出在接受阈值范围内的特征所对应的信号峰，采用这部分信号峰通过平均的方式计算出信号峰模板；
38.(7)判断基础信号的最大幅度是否出现在包络信号中，与信号峰模板差异最小的
信号峰中，如果是，保持胎心信号分为3级，保持按照a1/a2/a3
39.3个幅度增益对信号进行放大(或缩小)；如果不是，说明将部分干扰分到了高等级中，这部分干扰信号应该进行衰减，获取与信号峰模板差异最小的信号峰所对应的基础信号幅度(假设为90)，将之前的高等级拆分为两个等级，得到4个等级：90～100是伪高级，对应的幅度增益为a0，将a0设置为小于1，80～90是高级，对应的幅度增益仍为a1，50～80是中级，对应的幅度增益仍为a2，低于50的认为是低，对应的幅度增益仍为a3。

技术特征：
1.一种自适应增强胎心音的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)通过超声探头拾取胎儿的胎心信号；(2)通过信号处理技术，滤除胎心信号中的部分低频和中高频干扰，得到用于计算幅度的基础信号；(3)采用时间窗的方式，计算时间窗内基础信号的最大幅度与最小幅度，根据最大幅度与最小幅度计算幅度差，作为时间窗内基础信号的幅度；(4)根据时间窗内的幅度，对幅度进行分级，同时对每个等级的幅度设定增益；(5)按照每个等级设定的增益，对每个等级的幅度进行放大或缩小，实现胎心音增强；(6)通过信号处理技术，提取基础信号的包络信号，用于检测包络峰；(7)基于包络信号检测信号峰，计算信号峰的峰峰间隔；(8)基于信号峰的峰峰间隔，计算信号峰的规律性，根据信号峰的规律性建立信号峰模板；(9)模板建立后，后续每检测到一个信号峰，根据信号峰与信号峰模板的差异，更新信号峰模板；(10)根据信号峰模板，对步骤(4)的幅度分级和每个等级增益进行调整，优化胎心音增强效果。2.根据权利要求1所述一种自适应增强胎心音的方法，其特征在于，步骤(3)中所述的时间窗采用固定时间窗或滑动时间窗的方式，如果采用滑动时间窗的方式，每次滑动的时间间隔可以自动设定或手动设定，如果采用自动设定，支持每次设定的时间间隔可以是相同的或不同的。3.根据权利要求1所述一种自适应增强胎心音的方法，其特征在于，步骤(4)中所述的对幅度进行分级，分级的级数为固定或不固定的，可以采用自动分级或采用手动分级的方式；还可以采用自动分级和手动分级两种方式同时执行，自动分级的结果作为推荐，可以选择接受推荐或不接受推荐，如果接受，采用自动分级方式，如果不接受，采用手动分级方式；每个等级的幅度增益可以相同，也可以不相同，可以部分相同，也可以全部不相同，可以将全部基础信号放大，也可以将全部基础信号缩小，或可以部分基础信号放大，部分基础信号缩小。4.根据权利要求1所述一种自适应增强胎心音的方法，其特征在于，步骤(6)中所述的包络信号提取，可以通过希尔伯特变换或峰值检测再进行线性拟合的方式实现。5.根据权利要求1所述一种自适应增强胎心音的方法，其特征在于，步骤(8)中所述的计算信号峰的规律性，计算峰峰间隔的差异，如果峰峰间隔差异小，在设定的第一阈值范围内，认为有规律性，否则认为没有规律性；如果峰峰间隔差异较大，超过设定的第一阈值，但是小于设定的第二阈值，同时相近的信号峰幅度差异较小，在设定的阈值范围内，认为有规律性，否则认为没有规律性。6.根据权利要求1所述一种自适应增强胎心音的方法，其特征在于，步骤(8)中所述的建立信号峰模板，可以采用将规律性的信号峰通过平均的方法得到，计算时，可以将全部规律性的信号峰求取算术平均，也可以按照幅度大小排序，只取中间部分的信号峰求取算术平均，作为信号峰模板；建立信号峰模板，可以采用将规律性的信号峰按照幅度大小排序，取中间的信号峰作为信号峰模板。
7.根据权利要求1所述一种自适应增强胎心音的方法，其特征在于，步骤(9)中所述的更新信号峰模板，计算信号峰与信号峰模板的差异，采用的特征可以是信号峰幅度/信号峰宽度/信号峰面积/信号峰斜率等，并且对特征设定差异第一接受阈值与第二接受阈值，可以设定信号峰模板更新的敏感度，根据不同的敏感度设定不同的更新条件：在更新敏感度设定为低时，要求全部特征的差异必须小于第一接受阈值；在更新敏感度设定为中时，要求部分或全部特征的差异部分小于第一接受阈值，部分或全部特征的差异部分小于第二接受阈值，其中需要满足第一阈值的特征与需要满足第二阈值的特征，可以自动设定，也可以手动设定；在更新敏感度设定为高时，要求全部特征的差异小于第二接受阈值；满足设定敏感度的条件，采用信号峰更新信号峰模板，否则不采用信号峰更新信号峰模板。8.根据权利要求1所述一种自适应增强胎心音的方法，其特征在于，步骤(9)中所述的更新信号峰模板，计算信号峰与信号峰模板的相关系数，如果相关系数高于预设的阈值，采用信号峰更新信号峰模板，否则不采用信号峰更新信号峰模板。9.根据权利要求1所述一种自适应增强胎心音的方法，其特征在于，步骤(10)中所述的采用信号峰模板对幅度分级和每级增益进行调整，由于信号峰模板是基于规律性的信号峰得来，更能代表胎心信号中的胎儿心脏搏动部分的信号，而这部分信号是胎心音的主要部分，所以如果基础信号的最大幅度对应的包络信号不为信号峰，或者为信号峰，但是没有用于计算或更新信号峰模板，采用与信号峰模板差异最小的信号峰对应的基础信号幅度，重复上述步骤(4)和步骤(5)，增强胎心音。10.根据权利要求1所述一种自适应增强胎心音的方法，其特征在于，步骤(10)中所述的采用信号峰模板对幅度分级和每级增益进行调整，如果信号峰模板计算失败，则不对幅度分级和每级增益进行调整。

技术总结
本发明公开了一种自适应增强胎心音的方法，属于胎心率监测技术领域，孕妇或医护人员在使用胎心仪测量时，在操作不当时容易导致胎心音声音小，或被其他杂音掩盖，通过本发明，可以有效增强胎心音，主要通过以下方法：(1)按照胎心信号幅度分等级，每个等级有不同或相同的幅度增益；(2)通过检测到规律的胎心信号峰，建立胎心信号峰模板，对模板信号进行增强，对非模板信号进行衰减，实现胎心信号有效时声音增强，无效时声音降低，可以突出胎儿心脏搏动的声音，但是压制超声探头引入的其他杂音。但是压制超声探头引入的其他杂音。


技术研发人员：张利
受保护的技术使用者：湖南艾瑞特生物医疗科技有限公司
技术研发日：2023.04.11
技术公布日：2023/8/4