自适应胎儿心电监护仪的研制.doc

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1、自适应胎儿心电监护仪的研制国际上常把围产期胎儿的死亡率作为反映一个国家或地区的文化教育、监护仪医疗卫生和经济水平的重要指标之一。改善胎儿监护是降低胎儿死亡率的重要措施，对保证优生优育实现计划生育基本国策有重要意义。由母亲腹部电生理信号中提取胎儿心电(FECG)信号，实现围产期胎儿监护。它比目前常用的超声多普勒胎儿监护仪的优点在于:节律清楚，绝对无损，除能提供胎心率和宫缩参量外，还能给出胎儿心电图波形，在对胎儿进行监护的同时，还能给出母亲心电(MECG)波形与心率曲线，可同时对产妇进行心电监护。因此这是很有

2、发展前景的。但是，从腹部信号中提取胎儿心电信号存在很大困难:FECG信一号很弱，比FECG强得多的MECG构成了最大障碍，它们在时域中经常重迭融合，频域中又大部重迭，整个信号的非平稳随机性又十分强烈。我们采用匹配滤波方法提取获得了成功‘1，，J。但匹配滤波法监护仪要分两步处理，第一步先消除MQRS波，第二步再从其它噪声(肌电、50Hz等)中提取出胎儿心电。自适应处理是一种更先进的方法，能较好地从强噪声中提取弱信号，能适应信号的强非平稳随机性。   五、结论   1.经过仔细的性能比较，选择了归一化前加窗格

3、形结构Ls自适应算法。它收敛快，可定点运算，速度快，数值稳定性好。   2.为满足监护要求，我们提出了改善格形Ls算法的数值稳定性的重启动方法。并研究了遗忘因子的选取规律，从而圆满地实现算法长时间运行而不使性能衰退。   3.硬件系统采用了高速度、高性能的TMS3201o系统，保证了自适应处理的精度与速度要求。   4.整个仪器能满足临床监护要求。较好地提供胎儿心电图、胎儿心率、母亲心电图、;母亲心率和宫缩的曲线。它在消除MQRS波群的同时，还能很好地消去P波和T波，并且能同时很好地抑制其它噪声。因此它就

4、有可能只作一次处理，减轻或消除第二步处理的必要性。应用自适应处理方法提取FECG，是w记row在1975年提出的。他采用的是横向结构的随机梯度法(LMs算法)，这种算法收敛速度慢，对具有强烈非平稳的腹部心电信号不能适应，影响了提取质量。国外一直没有完成实时的自适应胎儿心电监护仪的报导。我们经过8年的努力，首先从自适应处理的几种算法进行了比较、选择和改进，解决了算法的理论与应用问题。然后构造了比较先进的硬件系统，编制软件，终于完成了整个仪器的研究，并通过了鉴定。   二、自适应处理方法的比较、选择与性能改进

5、   本仪器采用自适应处理方法的目的是要消除MECG以及其它噪声。其基本概念如图l所示并简要说明如下「习:主输入为腹部信号，含有胎儿心电f“)和噪声九(t)。噪声包含MECG、肌电和50Hz等。参考信号夕(t)是由母亲胸部或宫底取得的不含FECG的MECG信号，以及其它噪声。y(t)经过自适应滤波后得到碗y(t)〕，“尽可能”使它趋近”(t)，由此使系统输出为e(t)=j(t)+儿(t)一功〔y(t)〕士f(t)这种“尽可能”在信一号处理技术上由某种准则实现。常用的是两种准则:LMS准则，即使E[“2(t

6、)〕之minLS准则，即使艺“，(t)=minLMS准则是均方误差最小，它可由随机梯度法实现。自适应滤波器的权系数1，V的迭代公式为W，不，=W，+即￡(t)Y，(t)式中灿为步长，N为滤波器的阶次。计算比较简单，但收敛速度慢，作胎儿心电处理质量不够好。LS准则是最小二乘法，即误差平方和为最小。计算比较复杂，但收敛速度快，处理质量好。为了保证质量，我们决定采用Ls准则。   实现自适应处理的系统结构有两种:一是横向结构，也叫抽头延迟线法。另一是格形结构。根据数据求和范围不同，Ls算法有不加窗法、前加窗、后

7、加窗和双加窗法。加窗方法不同，会影响自适应算法的收敛速度。如果采用复杂结构的窗有可能使算法对信号统计特性的变化自适应能力更强。但计算工作量会增大。由于需要实时运行，所以我们不采用复杂窗结构。在上述几种加窗方法中前加窗是运算复杂度和算法公式都是最简单的一种，所以我们采用前加窗。