一种基于信号质量预估的胎心监护电极配置方法及系统

1.本发明涉及胎心电监护领域，尤其涉及一种基于信号质量预估的胎心监护电极配置方法及系统。


背景技术：

2.胎心电可通过在孕妇的腹部和背部放置电极的方式进行采集，这种无创的胎心电监护是妊娠期重要的胎心监护手段之一，采集的心电信号可有效地反映腹中胎儿的健康状况。
3.为了采集到高质量的心电信号，有必要对信号采集区域进行选择，优化胎心监护电极配置。心电信号的波形受信号采集区域的影响，电极放置的位置不同，采集得到的心电波形也存在差异，而且，胎儿在腹中存在胎动现象，等等这些因素都会影响最终得到的心电波形。当前的解决思路大体分为两种，一是同时放置尽可能多的信号采集电极，然后从中挑选出可用的信号；二是通过临床经验，在前期检测出高质量信号的固定几个区域放置电极，以此提高信号采集的效率。前一种方法能够保证优质信号的采集，但是需要的硬件成本高，而且操作起来并不方便。后一种方法虽然降低了硬件成本，但是难以适应多种胎位带来的心电变化。
4.因此，难以在临床操作过程中根据一个“普适”的固定电极配置方法来指导胎心电信号采集。


技术实现要素：

5.为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种基于信号质量预估的胎心监护电极配置方法及系统，能够得到最优电极配置方案。
6.本发明所采用的第一技术方案是：一种基于信号质量预估的胎心监护电极配置方法，包括以下步骤：
7.对信号采集区域进行划分和编号，得到信号采集子区域集；
8.随机选取信号采集子区域集内的部分子区域并获得对应的心电信号；
9.基于分类器根据心电信号对信号采集子区域集进行信号质量预估，得到信号质量置信度；
10.根据信号质量置信度调整电极位置，得到电极配置结果。
11.进一步，所述信号采集区域集为带有编号的信号采集子区域的集合，信号采集子区域规格相同且规则排列。
12.进一步，所述基于分类器根据心电信号对信号采集区域进行信号质量预估，得到信号质量置信度这一步骤，具体包括：
13.获取多组信号采集子区域集心电信号作为训练集；
14.基于经验值对训练集进行筛选，得到最佳心电信号-信号采集子区域；
15.对最佳心电信号-信号采集子区域赋予置信度，得到训练集的置信度作为待训练
分类器的输出目标标签；
16.将训练集和训练集的置信度输入至待训练分类器进行迭代训练，得到分类器；
17.基于分类器根据心电信号对信号采集子区域集进行信号质量预估，得到信号质量置信度。
18.进一步，所述信号质量预估包括在接触噪声干扰和胎心电成分信噪比干扰情况下对信号质量的预估。
19.进一步，所述根据信号质量置信度调整电极位置，得到电极配置结果这一步骤，具体包括：
20.对信号质量置信度进行归一化处理，得到归一化后的置信度；
21.根据归一化后的置信度调整电极位置，得到电极配置结果。
22.本发明所采用的第二技术方案是：一种基于信号质量预估的胎心监护电极配置系统，包括：
23.划分模块，用于对信号采集区域进行划分和编号，得到信号采集子区域集；
24.选取模块，用于随机选取信号采集子区域集内的部分子区域并获得对应的心电信号；
25.预估模块，基于分类器根据心电信号对信号采集子区域集进行信号质量预估，得到信号质量置信度；
26.调整模块，用于根据信号质量置信度调整电极位置，得到电极配置结果。
27.本发明方法及系统的有益效果是：本发明首先通过对信号采集区域进行划分和编号，得到信号采集子区域集，由于编号可以清楚直观有序的知道信号质量较好的采集子区域；其次基于分类器根据随机获取得到的心电信号对信号采集子区域集进行信号质量预估，得到信号质量置信度，消除了难以适应多种胎位带来的心电变化；最后对信号质量置信度进行归一化处理，使得信号质量置信度的结果更加直观，方便选取出最优电极位置，从而提高了心电信号采集效率。
附图说明
28.图1是本发明一种基于信号质量预估的胎心监护电极配置方法的步骤流程图；
29.图2是本发明一种基于信号质量预估的胎心监护电极配置的结构框图；
30.图3是本发明具体实施例一种基于信号质量预估的胎心监护电极配置方法的步骤流程图；
31.图4是本发明具体实施例信号采集子区域集的示意图；
32.图5是本发明具体实施例预估前采集的心电信号示意图；
33.图6是本发明具体实施例预估后在高置信度区域采集的心电信号示意图。
具体实施方式
34.下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。对于以下实施例中的步骤编号，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序不做任何限定，实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。
35.参照图1和图3，本发明提供了一种基于信号质量预估的胎心监护电极配置方法，
该方法包括以下步骤：
36.s1、对信号采集区域进行划分和编号，得到信号采集子区域集；
37.具体的，如图4所示，将信号采集区域划分为规格相同且规则排列43个信号采集子区域，其中腹部31个，背部12个，每个信号采集子区域可视为一个可选的信号采集点。
38.s2、随机选取信号采集子区域集内的部分子区域并获得对应的心电信号；
39.具体的，从常规数据库中随机选取信号采集子区域集内的部分子区域并获得对应的心电信号，还可以在刚开始即第一次放置电极时，信号采集的区域可通过随机方式选取，也可通过经验选取；在第一次放置电极时，信号采集电极的数目至少为一个，为了保证有心电信号提供预估依据；此实施例优选的选取信号采集子区域为在5和6区域各放置一个心电信号采集电极，从而得到5和6区域采集的2路心电信号。
40.s3、基于分类器根据心电信号对信号采集子区域集进行信号质量预估，得到信号质量置信度；
41.其中，此实施例优选的分类器包括但不限于卷积神经网络等具有分类功能的分类器。
42.s3.1、训练分类器；
43.具体的，此实施例提供了一种引入专家经验的分类器训练方法，从常规数据库中获取同一孕妇同一时间信号采集区域的全部心电信号，然后让临床胎心监护专家从这些信号中挑出最佳心电信号-信号采集子区域，根据最佳心电信号-信号采集子区域的排名赋予置信度，其余信号采集子区域的置信度为0，从而得到训练集的置信度并将其作为待训练分类器的输出目标标签，以此在常规数据库中获取足量的心电信号进行分类器的迭代训练，让分类器学习到从当前区域到目标区域的映射关系，得到分类器。
44.此外，心电信号的获取还可以通过同时在信号采集子区域集中放置信号采集电极，同时采集所有区域的心电信号，从而得到同一孕妇同一时间信号采集区域的全部心电信号。
45.s3.2、基于分类器根据心电信号对信号采集子区域集进行信号质量预估，得到信号质量置信度。
46.具体的，将从5和6区域采集到的信号作为分类器的输入，对43个心电采集子区域信号质量状况进行预估并输出对各区域的置信度。
47.其中，信号质量预估的依据不仅仅考虑信号受接触噪声等噪声干扰的情况，还考虑到信号中胎心电成分的信噪比。具体的，在同等噪声水平下，胎心电成分信噪比高的信号将被赋予更高的信号质量置信度；在同等胎心电成分信噪比水平下，噪声干扰少的将被赋予更高的信号质量置信度。
48.s4、根据信号质量置信度调整电极位置，得到电极配置结果。
49.具体的，置信度越高，则信号质量越好，相反，置信度越低，则信号质量越低，越不可能采集到理想的心电信号。
50.s4.1、对信号质量置信度进行归一化处理，得到归一化后的置信度；
51.具体的，归一化后的置信度的计算公式如下：
52.53.上式中，j为编号为j的信号采集子区域，j＝1,2,...,n，xj为j信号采集子区域的信号质量置信度，yj为j信号采集子区域的信号质量置信度归一化值，n为信号采集子区域个数，此实施例中共有43个信号采集子区域，故n＝43。
54.归一化后所有信号采集子区域的信号质量置信度的和为1。
55.s4.2、根据归一化后的置信度调整电极位置，得到电极配置结果。
56.具体的，43个信号采集子区域的归一化后的置信度如下表：
[0057][0058]
由上表可知，信号质量较好的信号采集子区域从高到低的排序依次为12、25、26、19、23。所以可根据上表的归一化后的置信度，选择排名靠前的一个或多个区域进行信号采集，从而优化胎心监护电极配置。例如对于需要采集3路心电信号时，可在区域12，25，26放置电极。在预估前，如图5所示，从区域5采集的信号中胎心电成分信噪比较低，难以满足胎心监护的需求。预估后，如图6所示，根据上述排名结果，从区域12采集到的信号中具有较大强度的胎心电信号，可以为进一步的胎心监护提供支持。
[0059]
进一步作为本方法优选实施例，还包括实时自动进行心电信号的选取和根据选取的心电信号对信号采集子区域集进行预估，当因胎动等原因造成所选区域信号质量变化时，使用者可根据显示的全域信号质量置信度结果，调整电极配置位置，实时地优化电极配置。
[0060]
如图2所示，一种基于信号质量预估的胎心监护电极配置系统，包括：
[0061]
划分模块，用于对信号采集区域进行划分和编号，得到信号采集子区域集；
[0062]
选取模块，用于随机选取信号采集子区域集内的部分子区域并获得对应的心电信号；
[0063]
预估模块，基于分类器根据心电信号对信号采集子区域集进行信号质量预估，得到信号质量置信度；
[0064]
调整模块，用于根据信号质量置信度调整电极位置，得到电极配置结果。
[0065]
上述方法实施例中的内容均适用于本系统实施例中，本系统实施例所具体实现的功能与上述方法实施例相同，并且达到的有益效果与上述方法实施例所达到的有益效果也相同。
[0066]
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替
换，这些等同的变形或替换均包含在本技术权利要求所限定的范围内。