基于简单导联的完整胎儿心电提取方法及应用研究

胎儿心电图已成为认知和了解胎儿心脏活动及早期发现胎儿疾病的重要手段，当前胎儿心电检测方法中，直接法波形清晰但只适用于临产时，且易感染；间接法虽无创但不能提取P波、T波。P波、T波对诊断胎儿心房肥大、缺氧或脐带缠绕等症状有重要意义，不能早期提取完整的胎儿心电已严重制约了胎儿监护水平。本项目从移动环境下的电波传播理论出发，研究胎儿心电随胎儿在母体不同位置传递的衰减特性，揭示胎儿在母体不同位置FECG与MECG传输和传递规律，建立从CECG中提取FECG的相关理论和方法，探索胎儿心电信号的简单导联无创获取和分离方法。主要包括:具有大动态范围智能增益调节的简单导联前级电路；母体胸导心电与腹壁混和信号的关系；基于信道侦听技术的胎儿心电智能提取算法；胎儿心电波形与胎心异常的关系。为实现在无创方式下用简单导联提取满足临床应用的胎儿心电，推进早期胎儿心电信号研究及孕妇的远程监护奠定理论和技术基础。

本项目围绕简单导联方式下胎儿心电信号的完整提取而展开，针对胎儿心电信号与基线漂移、工频干扰、母体心电干扰、电极脉冲噪声及肌电噪声等干扰信号在时域、频域大部重叠的问题，充分研究胎儿心电信号与各类干扰噪声在时域、频域、空域、尺度及统计域的基本特征，提出了一个新的胎儿心电信号多域联合分离方法，在不丢失腹壁胎儿心电信号通道与幅度的生理意义情况下，实现强干扰噪声背景下胎儿心电信号的可靠分离。项目完成的主要研究工作有：(1)从随机系统建模与估计理论出发，研究腹壁混合心电中母体心电信号的动态估计方法，提出一种新的基于强跟踪滤波理论的母体心电信号动态估计方法，解决母体心电信号自身波形的非平稳以及外部脉冲噪声导致的野值干扰问题；(2)建立母体心电信号的多尺度随机建模与估计理论框架，从母体心电时域动态估计扩展到时间-尺度域动态估计，解决母体心电信号QRS波群与胎儿心电信号完全重叠情况下母体心电干扰的有效分离问题，为研究干扰噪声背景下成人心电信号波形估计、特征提取提供了一个统一的多尺度定量分析方法。(3)建立心电信号的周期平稳成分分析框架，从胎儿心电空间-统计域的全盲分离扩展到空间-统计域的半盲分离，解决独立分量分析框架下全盲分离存在通道与幅度的模糊性问题；(4)将随机系统多尺度建模与估计方法同周期平稳盲分离方法相结合，建立胎儿心电信号多域联合分离系统框架，在同步采集的腹壁胎儿心电信号与头皮胎儿信号上进行对比测试，可有效分离出清晰的胎儿心电PQRST波；(5)研究简单导联方式下胎儿心电信号采集与分离方案，设计开发了三通道便携式胎儿心电无线采集软硬件系统，该系统可实现孕妇自然状态下的胎儿心电信号采集，不影响孕妇的正常活动；(6)开发了三通道胎儿心电无创提取软件系统，该系统同步提供胎儿瞬时心率、母体瞬时心率与胎儿心电逐搏波形；(7)开发了基于B/S模式的三通道远程家用胎儿心电监护系统，导联配置简单，软件界面好，孕妇可自行操作；(8)申请国家发明专利4项，发表相关学术论文21 篇。