胎儿心率提取基于小波变换以防止在子宫内胎儿窘迫

文摘

为了提高的有效提取胎儿心率和防止子宫内胎儿窘迫,胎儿心率特征提取的研究基于小波变换提出了防止在子宫内胎儿窘迫。本文采用一种胎儿心率检测方法基于二进制小波变换系数的最大值。多普勒胎儿心脏的方法是模拟信号从诊所获得。与原曲线相比,转换后的曲线大致可以看到原始信号的变化规律和确定信号的峰值点,但是由于大峰值点的干扰,对计算机处理的影响也是巨大的。转换后的信号的周期性大大地增强,使其更容易处理计算。共有300名孕妇足月胎儿心脏监测从2018年1月到2020年1月被选为研究对象,分为观察组和对照组。观察组包括100例胎儿心脏异常监控,和对照组由200名患者与正常胎儿心脏监测。子宫收缩,胎儿心率都被记录下来,和胎儿窘迫发生率,剖腹产,新生儿窒息,羊水和排泄物污染被观察到。胎儿窘迫的发病率,剖腹产,新生儿窒息,和羊水粪染观察组明显高于对照组。胎儿心脏监测能够准确地判断在孕妇和胎儿的情况及时诊断胎儿心率异常,有一个更好的对围产期婴儿的预后的影响,可以降低死亡率。 It can effectively solve the problems existing in the autocorrelation algorithm and extract the fetal heart rate more accurately. It is an effective improved scheme of fetal heart rate extraction. It is very helpful in preventing fetal distress in utero.

1。介绍

宫内窘迫是常见的在临床实践中,这常常危及胎儿的生命,如果不及时治疗。电子监测在临床的广泛应用在过去的20年中,胎儿心脏的变化基准利率,基准利率的变化,和周期性的胎儿心率曲线通过监控记录描述,可作为预测或判断胎儿宫内状况的基础(1]。胎儿心率模式与缺氧有关包括晚期减速,减少基线短期可变性,延长减速,正弦图,和基线心率变化(2]。胎儿心率的方法提取基于小波变换进行了研究。它可以有效地解决问题的自相关算法和更准确地提取胎儿心率。它是一种有效的改善方案,胎儿心率提取。目前,与胎儿心率的快速发展和完善电子监控技术,胎儿心率电子监控技术的应用在中国一直很受欢迎,这是目前最常用的和最敏感的方法,监测胎儿在母体内的条件。这项技术的广泛应用已经成为重要手段在中国提高围产期保健水平。很难从腹部表面ECG信号中提取胎儿心电信号。主要原因是胎儿心电信号本身是一个非常微弱的信号,通常等噪声干扰的母体心电信号和水下EMG干扰;特别是母体心电信号幅度大于胎儿心电信号的振幅。此外,胎儿心电图和孕产妇心电图在时域和频域重叠。 The location of the fetal heart is difficult to determine, and the electrical conductivity from the fetus to the abdomen frequently changes during pregnancy. These characteristics make it very difficult to collect and observe fetal ECG signals, and it is difficult to extract clear and stable FECG by conventional methods. Independent component analysis (ICA) is a new technique of Blind Source Separation which has developed in recent years. This method is to find a linear coordinate system and make the generated signals statistically independent of each other as much as possible. Therefore, under certain conditions, the hidden independent source signals can be separated only by observing the signals. ICA technology has been applied to the extraction of fetal electrocardiogram and has achieved certain success. However, traditional ICA methods mostly use gradient method or Newton iteration method to optimize the separation matrix, which is easy to fall into the local optimal value, which affects the separation ability of ICA and cannot guarantee the orderly separation of signals. Intrauterine distress during delivery can lead to perinatal death, neonatal asphyxia, and permanent neurological dysfunction due to intracranial hypoxia. In order to avoid and timely detect fetal distress in utero and improve the quality of the population in China, fetal electronic monitor has been widely used. A normal baseline fetal heart rate can rule out the presence of fetal hypoxia [3]。胎儿心率异常,甚至某些类型的胎儿心率地图,可以高度怀疑胎儿风险但并不总是显示胎儿血氧不足的存在。胎儿心率的模式与缺氧有关迟到减速,减少基线短期可变性,延长减速,正弦和基线心率的变化。胎儿心率的变化是最明显的在子宫、胎儿窘迫的临床表现,也为临床诊断的主要基地之一。产前胎儿心脏监测方法,以确保胎儿的健康。该方法广泛应用于临床医学具有很高的准确性是用于胎儿窘迫。Warmerdam等人开始听胎儿心脏与孕妇的腹壁上的耳朵4]。Kuberan介绍了胎儿心率的听诊器听诊(5]。直到抢劫等人报道了电子监控技术的首次胎儿心率监测胎儿心率(进入了一个新的时代6]。目前,胎儿监测市场上有或多或少的断丝,失真,加倍减半,和其他问题。胎儿心率变化很大时,计算结果不及时甚至准确7]。因此,胎儿心率的方法提取基于小波变换进行了研究。它可以有效地解决存在的问题自相关算法和提取胎儿心率更准确地说,这是一个有效的改善方案,胎儿心率萃取(8]。研究现状的基础上,本文基于小波变换的胎儿心率的提取方法,可以有效地解决自相关算法中存在的问题;更准确的提取胎儿心率心率是一种有效改善胎儿心率的提取。预防胎儿窘迫的是很有帮助的9]。

2。方法

2.1。多普勒原理

当源和接收器的位置相对于彼此在均匀介质,由接收机接收到的声波的频率将会改变。声源朝着接收者时,声波的频率增加,当声源移动接收机,声波的频率降低(10]。当声源不动和对象正朝着声源与速度 ,如果声源不断发出超声波的频率 ,的超声波频率转换从物体反射回来,并满足以下关系:

如果声音梁的运动的方向是不一致的对象和夹角 ,然后只配装的有效数量( )V的声速的方向。当声源和对象都在运动,它显示在公式(2)和(3)。 在哪里多普勒频移。接收到的超声波频移反映了胎儿的心跳。因为胎儿心脏的跳动是周期性的,频移信号也具有一定的周期性。通过处理的频移信号,胎儿心率可以计算,提取胎儿心率的基本原理利用超声多普勒技术(11]。

2.2。小波变换

如果函数 满足 ;它被称为基本小波,小波函数获得的基本小波通过翻译和伸展,见以下方程:

小波变换定义的函数与有限的能源所示以下方程:

在使用中,需要离散小波函数,和二进制离散小波变换通常采用。对应的二进制离散小波变换如下所示公式:

小波变换具有两个属性:(1)线性时移不变性;(2)信号不连续的遗传性在不同分辨率下的小波变换,也就是说,如果信号或其导数不连续或急剧改变一些地方,然后的绝对值subsignal通过小波分解将也有局部极大值。因此,脓肿,在小尺度小波系数最大收敛是用来检测信号的周期性12]。

2.3。提取小波变换

胎儿心率的原则满足的条件: ,的顺利实函数,如果记录,小波函数被定义为方程所示(7)和(8):

然后,对于一个真正的函数 ,小波变换方程所示(9)和(10)。

它可以从函数的基本性质,函数的一阶导数的极值点对应的二阶导数为零,这也是函数的拐点。一阶导数的最大绝对值对应突变,所以的最大振幅对应的突变点 ,的零点对应的拐点 。如果小波变换没有模量最大的罚款规模,然后函数是各向异性在任何领域13]。从的角度来看胎儿心脏多普勒回波的生成过程,胎儿心脏多普勒信号呈现周期性变化由于胎儿心脏的收缩,并将受到母亲的心脏和血液流动的影响。当发送的多普勒信号探测器遇到心脏的跳动,会产生一个周期性的频移的区别。当多普勒信号的方向运动与心脏运动的方向是一致的,频移信号将达到峰值点。因此,检测到回波信号的峰值点的信号通过使用一个适当的比例因子和小波变换。两个峰值点之间的时间间隔是胎儿心脏的跳动周期,周期的导数是胎儿心跳频率要求摘要(14]。

2.4。小波变换提取胎儿心率的过程

胎儿心率的主要过程基于小波变换提取方法包括前置过滤、平均、小波变换和检测的小波变换模极大值在不同尺度。前置过滤的目的是消除随机点之间的小波动 信号,尽可能保持原始信号的趋势;如果胎儿运动不能被删除,它应该被用于检测胎儿运动,可以分析了胎儿心率检测。由于各种原因,超声多普勒信号是时变的信号振幅。为了测量信号的强度,平均水平为基础。与此同时,为了使信号幅度反映最直接的变化尽可能动态指数加权平均的方法使用如下公式所示:

类型:新修订的平均;是旧的平均值;和是新的样本点。这种治疗使样品有更多的体重的平均值。 是遗忘的因素。假设平均时间T是之后,n样品,目前T+n;然后的重量在更改 。遗忘因子决定了平均速度变化的信号。较小的米是,它变化越快,米通常是2的整数次幂。通过实验,米= 8是适当的。为了检测信号的周期性,应该选择一个平滑函数的一阶导数作为小波函数。在这里,二次样条函数本文选择;它是光滑函数的一阶导数 。小波函数的傅里叶变换和平滑函数所示公式(12)和(13),分别。

相应的滤波器的传递函数方程所示(14)和(15):

构造小波消失的距离,和它的傅里叶变换是见以下方程:

所需的滤波器系数的公式可以获得传递函数,如表所示1。

二次样条小波作为基本小波,采用快速算法进行离散二进制小波变换的输入窗口的信号,见以下方程:

从理论上讲,有必要计算各尺度小波变换,但随着规模的增加,计算量也会增加。胎儿心脏的频率信号的范围主要集中在1.2 -15赫兹,和输入的频率中心设置 ,所需的输出中心频率 ,规模J最大的整数接近 ,采样频率 在胎儿心率检测,选择 ,然后输出通带 包括所有胎儿心跳频率信息。因此,最大的规模 多分辨率分析可以确定。经过多次实验,证明了只有三个尺度下的小波变换的功能我= 4,5、6可以检测到。尺度参数是6时,当地所有的山峰之间相邻的零交叉检测到的信号是积极的最大值,以及相邻峰之间的间隔可以计算胎儿心率计算。

2.5。基本信息

共有300名足月孕妇与胎儿心脏监测从2018年1月到2020年1月妇产科学系的选择。孕妇的年龄跨度从18岁至37年,平均28.9年,妊娠36 - 43周,平均40.1周。孕妇的身体状况:300孕妇骨盆群龙无首的不对称和盆腔异常,没有内科和外科手术的并发症或相关并发症,胎儿都单胎头位置。胎儿心率监测:所有上述孕妇从32周,期间曾经/ 2周在36周之前,36周后一周/次。其中,100例有异常的胎儿心率监测,200例正常胎儿心率监测。基本数据如表所示2。

其中,100例胎儿心脏异常监测作为观察组,另200例孕妇与正常胎儿心脏监测作为对照组。电子胎儿心脏监测器是用于监控后,孕妇常规测量血压和脉搏。监测之前,孕妇应该吃适当没有药物,和室内环境应安静。医生监视胎儿心脏时,超声波探头监测胎儿心跳的声音放在最大的地方,和子宫收缩传感器感应紧张与3水平放置在子宫下手指,胎儿心率是记录。在监测过程中,孕妇应该躺在她的身边或仰卧位排空膀胱后,和医生应该修复带孕妇的腹壁。监测的速度通常是3 /分钟,和监测时间约为20分钟。监测期间,如果胎儿运动不明显或者没有胎儿的运动,它可以继续为20分钟根据监测和生物钟的周期,和胎儿运动应该正确记录。胎儿窘迫的发生率、新生儿窒息在剖腹产,观察和羊水粪污染。为了了解胎儿的储备能力,胎儿收缩和胎儿心率应该观察和记录。在缺乏外部负荷刺激和收缩,这是一个无压力的测试。 If the fetal heart rate accelerates more than 15/min and the fetus moves at least 3 times during the 20 minutes of fetal heart rate monitoring, it is considered as reactive fetal movement. If the fetal heart rate accelerates less than 15/min and the fetal movement is less than 3 times during the 40 min of fetal heart rate monitoring, or if the fetal heart rate does not accelerate during the fetal movement, it is considered as nonreactive fetal movement. The uterine stress test monitors the load changes of the placenta during transient hypoxia during uterine contraction and records the changes of fetal heart rate at the same time. This is the uterine stress test, and its judgment criteria are as follows: in the case of no obvious variation deceleration or late deceleration, those suggesting good placental function are negative [15]。一半的收缩与晚期减速或三宫缩每10分钟是积极的。如果有明显的变异减速或间歇性减速,这是判定为可疑阳性。胎儿窘迫的发病率,剖腹产,新生儿窒息,和排泄物污染的观察组100例患者明显高于对照组的200名患者,差异具有统计学意义(< 0.01),如表所示3。

3所示。结果和分析

胎儿心脏监测的主要方法之一来检查胎儿在子宫内生存,它主要是通过观察的振幅和频率预测胎儿健康基线胎儿心率的变化,胎儿胎儿运动后心率的变化,和胎儿心率的持续时间16]。早期胎儿心率的变化可以反映子宫内的胎儿缺氧和氧气供应:生理加速胎儿心率可以反映胎儿运动中枢神经系统兴奋。如果胎儿缺氧,响应中央抑制减弱造成的一个反应迟钝的类型。通过扩展监测时间,积极的利率可以减少,胎儿在子宫内的异常情况可以及时发现,并方便采取适当的措施来终止妊娠早期,胎儿窒息率和新生儿死亡率减少到最大程度(17]。胎儿心脏监测现在产前筛查的主要监测方法和胎儿宫内异常。胎儿心脏监测器可以显示实时胎儿心率的变化。这持续的监控提供了一种动态方法,临床观察胎儿心脏的工作。根据相关数据,大多数胎儿都伴随着胎儿在胎儿心率加速运动的现象,这反映了胎儿在子宫内处于良好状态。如果胎儿心率没有胎儿时加速移动,它表明,胎儿宫内窘迫的前兆,但是在短时间内胎儿宫内窘迫的可能性并不大。这项研究表明,胎儿窘迫的发病率,新生儿窒息,和剖腹产在正常胎儿心脏监测组明显低于胎儿心脏异常监测组,差异具有统计学意义(< 0.01)。显示胎儿缺氧时,体内的血液供应也改变为确保心脏的血液供应,除了心脏和脑血管扩张血液变化,确保心脏的血液供应和其他心脏的扩张和收缩脑血管,肠道蠕动加快,胎儿和肛门包括羊水粪便。

通过仿真多普勒胎儿心脏从诊所获得信号,转换后的曲线与原曲线进行比较。尽管原始信号大致可以被人类的眼睛,可以识别信号的峰值点,它有一个很大的影响计算机处理由于大峰值点的干扰。转换后的信号的周期性大大地增强,使其更容易执行计算相关处理(18]。因此,这种方法可以解决胎儿心率曲线断裂的问题,失真,和不准确的检测。计算后的周期信号小波变换后,胎儿心率曲线如图1可以获得。在分析和比较实际的胎儿心率的原始数据,它可以完全满足设计要求。此外,通过多个实际样品的处理信号,获得的胎儿心率符合正常生理价值,和实验结果证明了算法的有效性(19]。这是显示在图1。

数据采集和处理方法的胎儿心率检测方法是基于二进制小波变换。根据仿真结果,胎儿心率的提取小波变换具有以下优点:胎儿心率检测更准确,解决了问题的胎儿心率曲线畸变和不准确的检测在过去。两倍的现象,不会出现减半20.]。小波变换被用来提取心率和小波变换的准确性。使用高斯函数的实验中,发现二进制小波的实验效果是最好的,但有一个限制更好的小波以及如何构造小波函数,所以当前的基于二进制小波变换的方法是有限的,并且需要进一步的研究和实验。

4所示。结论

提出了一种二进制小波变换模极大值的心率检测方法,该方法具体由临床心脏多普勒信号模拟,而转换后的原始信号曲线和原始曲线而用人眼可以看到变化规律和大致确定信号的峰值,但因为它的高峰扰动,它也会影响计算机的处理。转换后的信号的周期性大大地增强,而且更容易处理的计算。共有300名孕妇足月胎儿心脏监测从2018年1月到2020年1月被选为研究对象,分为观察组和对照组。观察组由100年异常胎儿心脏监测患者和对照组由200名患者与正常胎儿心脏监测。子宫收缩,胎儿心率都被记录下来,和胎儿窘迫发生率,剖腹产,新生儿窒息,羊水和排泄物污染被观察到。胎儿窘迫的发病率,剖腹产,新生儿窒息,羊水粪染色观察组明显高于对照组。胎儿心率监测能够准确地判断孕妇胎儿的状况;与此同时,它可以诊断胎儿心率异常,可以改善围产儿的预后儿童和降低死亡率。胎儿心脏监测的目的是了解胎儿在子宫内缺氧,提供正确的帮助来提高胎儿相关疾病的诊断。它提供了一个可靠的依据临床医师了解胎儿在子宫内缺氧,及时采取纠正措施。 Because the change of position can compress the umbilical cord at any time, and amniotic fluid effusion after membrane rupture and fetal decline almost all have effects on the umbilical cord, the degree is different. At this time, fetal heart monitoring results will be affected and cannot choose cesarean section too early. Therefore, the results of fetal heart monitoring should be comprehensively analyzed in the future to improve the accuracy of fetal intrauterine conditions and postnatal prediction.

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

引用

1. c·g·h·道黄懿慧Lu Cheng和x c .太阳”研究胃癌早期检测的基于离散小波变换特征提取的傅立叶变换红外光谱结合概率神经网络,”光谱学,26卷,不。3、155 - 165年,2015页。视图:谷歌学术搜索
2. y . j . y . j . Kim公园,香港,和h Shin”计划的床上运动的影响子宫收缩,胎儿心率模式和孕产妇的心理生理症状高危孕妇住院,”航空杂志上rvore,28卷,不。2、309 - 312年,2015页。视图:谷歌学术搜索
3. z赵、杨,和y . Liu”特征提取方法在故障诊断中的应用基于multi-wavelet系数,”Zhendong前Yu Zhenduan /杂志的振动、测量和诊断,35卷,不。2、276 - 280年,2015页。视图:谷歌学术搜索
4. g . j . j . Warmerdam r . Vullings Laar j·o·e·h·v . et al .,“利用子宫活动改善胎儿心率变异性分析检测窒息在劳动期间,“生理测量,37卷,不。3、387 - 400年,2016页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
5. a . Kuberan k . Jain, r . Bagga和j . k . Makkar医生”的影响脊髓高压bupivacaine-fentanyl或高压bupivacaine子宫语气和劳动妇女的胎儿心率:一项随机对照研究,“产科麻醉消化,39卷,不。2、104 - 105年,2019页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
6. c .掠夺p·伯恩斯,j .贝尼托·m . Ca O和m . g . Frasch”的急性和慢性影响胎儿手术和迷走神经对心率变异性(hrv)去神经,”生殖科学,23卷,2016年。视图:谷歌学术搜索
7. p, h .元,陈和x, y . Wang“抽油机故障分析方法基于小波变换的时频图和cnn,“国际工程的核心期刊》第六卷,没有。1,第188 - 182页,2020。视图:谷歌学术搜索
8. x Shi, f .周赵,l . Liu和z,“结构基于时频特征提取人类和汽车的声音,“专业雷达、声纳、导航,9卷,不。9日,第1259 - 1251页,2015年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
9. 胎儿心电图p Sutha和诉Jayanthi”,使用自适应降噪提取和分析和小波变换技术,”医疗系统杂志,42卷,不。1,2018。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
10. b . Hurezeanu d . Taralunga r . Strungaru i l . Gussi和通用Ungureanu“健壮的胎儿心跳检测采用平稳小波变换,“UPB科学通报,系列C:电气工程,卷77,不。4、273 - 284年,2015页。视图:谷歌学术搜索
11. c·d·h·a·弗雷x Liu林奇et al .,”一个efetal心率特点与新生儿脑病:病例对照研究,“产科麻醉消化,39卷,不。3、157 - 158年,2019页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
12. m·k·斯泰尔斯·d·克利夫顿:r·格拉布j·n·沃森和p·s·艾迪生,“基于小波检测分析的心量率高依赖的心电图特征”年报的无创性心电学,9卷,不。4、316 - 322年,2015页。视图:谷歌学术搜索
13. e·林德,美国福勒,大肠Gravani, k .美女“心率,努力,和语音特征在自行车运动强度水平,”国际运动科学杂志:会议论文集,9卷,不。6、2018。视图:谷歌学术搜索
14. m . k .斋月r .记者Fasih Itani想知道,g . r . s .赫贝d·a·德尔,”母亲及胎儿心率追踪期间劳动的特点:一个前瞻性研究,“Neonatal-Perinatal医学杂志》,12卷,不。1,第410 - 405页,2019。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
15. 大肠Marchiori、大肠Niforatos和l . Preto”分析用户的心率数据和自我报告的认知理解有效的虚拟现实的特点,“信息技术和旅游,18卷,不。4、1、2018页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
16. t . Tambuyzer f . Guiza e . Boonen p . Meersseman和g . Meyfroidt“心率时间序列特征在危重患者,早期发现感染”杂志的临床监测和计算没有,卷。31日。2、1 - 9,2016页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
17. 答:狐狸,“胎儿心率监测,”在胎儿和新生儿医学研讨会,20卷,不。11日,第148 - 144页,2015年。视图:谷歌学术搜索
18. 答:创新艺人经纪公司,b, b部,“确定致病机制的结构性困境在印度的总统府,”工程失效分析卷,95年,第331 - 312页,2019年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
19. 即Lakhno”,胎儿非侵入性心电描记法有助于更好的诊断胎儿窘迫:先兆子痫患者间的横向研究,“医学年报学院新加坡,44卷,不。11日,第523 - 519页,2015年。视图:谷歌学术搜索
20. m·m·格林-罗兹曼,k .智利的a . l . Kratovil j·e·琼斯和p·p·迈耶,“抑郁,焦虑,和perinatal-specific创伤后压力极低出生体重婴儿的母亲在新生儿重症监护病房,“发育和行为儿科学杂志》上,36卷,不。5,362 - 370年,2015页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索

版权

版权©2021 Mengni朱镕基和刘力平。这是一个开放的分布式下文章知识共享归属许可,它允许无限制的使用、分配和复制在任何媒介,提供最初的工作是正确引用。