一种基于信号相似度的母婴心率监测方法及系统

技术领域

本发明涉及心电监护领域，尤其涉及一种基于信号相似度的母婴心率监测方法及系统。

背景技术

通过在皮肤表面放置电极可采集人体的心电信号用于计算心率。心率监测是妊娠期重要的监护手段之一，通过监测孕妇和胎儿的心率可有效地反应孕妇和腹中胎儿的健康状况。

定位QRS波群中R峰的位置是心率监测的重要方式，将R峰设置为向上的情况下，一般以极大值的形式存在于心电信号中，因此可通过筛选极大值的方式找出监测目标的R峰用于计算心率。但目前的监测方法只专注于R峰的几个有限特征，未能对完整QRS波群的特征加以利用，而且该方法只适用于单胎的情况，未考虑到母体和多胞胎心率的监测需求。

发明内容

有鉴于此，为了解决现有心率监测方法中没有完整利用QRS波群的特征，无法同时监测母体及多胞胎的心率的问题，本发明提出一种基于信号相似度的母婴心率监测方法，所述方法包括以下步骤：

根据监测目标设定心率范围；

根据所述心率范围，构建第一层QRS波群；

基于所述第一层QRS波群，根据距离范围约束构建完整QRS波群组合；

基于所述完整QRS波群组合，根据排位规则选出最佳QRS波群组合；

根据所述最佳QRS波群组合计算心率。

在一些实施例中，还包括：

去除当前最佳QRS波群组合对应的极大值；

返回心率范围设定步骤，执行另一目标的心率监测。

通过该优选步骤，每检测出一个目标的QRS波群组合后进行去除，可以满足高精度的多目标的心率检测要求。

在一些实施例中，所述根据所述心率范围，构建第一层QRS波群这一步骤，其具体包括：

根据所述心率范围计算时间间隔；

以心电起始位开始，搜索所述时间间隔内的所有极大值点，构建第一层QRS波群。

通过该优选步骤，根据目标心率范围，选出所有可能的第一层QRS波群。

所述时间间隔的计算公式如下：

d

上式中，所述f

在一些实施例中，所述基于所述第一层QRS波群，根据距离范围约束构建完整QRS波群组合这一步骤，其具体包括：

根据心率范围构建时间区域；

以第一层QRS波群为起始点，搜索与第一层QRS波群距离在所述时间区域内的所有极大值，构建第二层QRS波群；

以前一层的QRS波群为起始点，将满足距离范围约束的所有极大值点作为新一层的QRS波群，循环直至覆盖完整的心电信号，得到完整的QRS波群组合。

通过该优选步骤，根据距离范围约束构建出所有可能的QRS波群组合。

在一些实施例中，所述基于所述完整QRS波群组合，根据排位规则选出最佳QRS波群组合这一步骤，其具体包括：

基于所述完整QRS波群组合，计算同一个QRS波群组合内的所有波形间的波形相似度，取平均值作为该QRS波群组合的组合相似度；

计算同一个QRS波群组合内相邻QRS波群间距离的方差，作为该QRS波群组合的心率稳定度；

结合所述组合相似度和所述心率稳定度，筛选最佳QRS波群组合。

通过该优选步骤，根据排位规则选出最佳QRS波群组合，作为监测对象的QRS波群。

其中，所述波形相似度的计算公式如下：

其中，r

本发明还提出了一种基于信号相似度的母婴心率监测系统，所述系统包括：

范围设定模块，用于根据监测目标设定心率范围；

第一波群构建模块，用于根据所述心率范围，构建第一层QRS波群；

完整波群构建模块，基于所述第一层QRS波群，根据距离范围约束构建完整QRS波群组合；

筛选模块，基于所述完整QRS波群组合，根据排位规则选出最佳QRS波群组合；

心率计算模块，用于根据所述最佳QRS波群组合计算心率。

基于上述方案，本发明提供了一种基于信号相似度的母婴心率监测方法及系统，能够充分利用完整QRS波群特征和心率稳定度特征，并用于心率监测，进而提高监测精度，而且该方法通过心率范围设定和QRS波群的去除，可同时满足母体心率、单胞胎心率、多胞胎心率的监测要求。

附图说明

图1是本发明一种基于信号相似度的母婴心率监测方法的步骤流程图；

图2是本发明具体实施例QRS波群组合的波形特征示意图；

图3是本发明具体实施例单个QRS波群的波形特征示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

应当理解，本申请中使用的“系统”、“装置”、“单元”和/或“模块”是用于区分不同级别的不同组件、元件、部件、部分或装配的一种方法。然而，如果其他词语可实现相同的目的，则可通过其他表达来替换该词语。

如本申请和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其它的步骤或元素。由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

在本申请实施例的描述中，“多个”是指两个或多于两个。以下术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

另外，本申请中使用了流程图用来说明根据本申请的实施例的系统所执行的操作。应当理解的是，前面或后面操作不一定按照顺序来精确地执行。相反，可以按照倒序或同时处理各个步骤。同时，也可以将其他操作添加到这些过程中，或从这些过程移除某一步或数步操作。

参照图1，为本发明提出的基于信号相似度的母婴心率监测方法的一可选示例的流程示意图，该方法可以适用于计算机设备，本实施例提出的该多目标心率监测方法可以包括但并不局限于以下步骤：

步骤S1、根据监测目标设定心率范围；

步骤S2、根据所述心率范围，构建第一层QRS波群；

步骤S3、基于所述第一层QRS波群，根据距离范围约束构建完整QRS波群组合；

步骤S4、基于所述完整QRS波群组合，根据排位规则选出最佳QRS波群组合；

步骤S5、根据所述最佳QRS波群组合计算心率；

步骤S6、去除当前最佳QRS波群组合对应的极大值；

步骤S7、返回步骤S1，执行另一目标的心率监测。

该方法仅需使用单通道的腹部心电，可同时满足母体心率、单胞胎心率、多胞胎心率的监测要求。

如要实现母婴分别心率监测，先执行流程找到母体心电的QRS波群用于计算母体心率，将找出的母体心电QRS波群对应的极大值去除后，重新执行流程找到胎心电的QRS波群用于计算胎心率。

在多胞胎场景中，在找到一个胎儿的胎心电QRS波群用于计算胎心率后，去除当前找出的胎心电QRS波群，返回最初步骤执行流程，直至所有的胎儿的胎心电QRS波群被找出用于计算胎心率。

在一些可行的实施例中，所述步骤S2，其具体包括：

S2.1、根据所述心率范围计算时间间隔；

S2.2、以心电起始位开始，搜索所述时间间隔内的所有极大值点，构建第一层QRS波群。

设定监测目标的心率f的范围为[f

d

在该实施例中，f

在一些可行的实施例中，所步骤S3，其具体包括：

S3.1、根据心率范围构建时间区域；

S3.2、以第一层QRS波群为起始点，搜索与第一层QRS波群距离在所述时间区域内的所有极大值，构建第二层QRS波群；

在构建第二层QRS波群时，针对第一层的每一个QRS波群，以该QRS波群为起始点，在时间轴往后的方向上，将与第一层QRS波群距离在[d

d

在本实施例中，对应为在[0.6,1]秒范围内。

S3.3、以前一层的QRS波群为起始点，将满足距离范围约束的所有极大值点作为新一层的QRS波群，循环直至覆盖完整的心电信号，得到完整的QRS波群组合。

使用同样的方式，在构建往后的第n层QRS波群时(n>2)，以前一层的QRS波群为起始点，将满足距离范围约束的所有极大值点作为可能的第n层的QRS波群，直到覆盖完整的腹部心电，形成完整的QRS波群组合。而目标QRS波群就存在其中的一种组合当中。如图2所示，一个QRS波群组合包含6个QRS波群。

在一些可行的实施例中，所述步骤S4，其具体包括：

S4.1、基于所述完整QRS波群组合，计算同一个QRS波群组合内的所有波形间的波形相似度，取平均值作为该QRS波群组合的组合相似度；

其中，对于所有的QRS波群组合，以QRS波群的R峰为中心，截取长度为L

在本实施例中，如图3所示，截取长度为0.2秒的信号作为该QRS波群的波形特征。对于一个具有6层QRS波群的QRS波群组合,则形成一个具有6段信号的波形组合。

对于一个n层的QRS波群组合,则形成一个具有n段信号的波形组合。两段波形(X与Y)间的波形相似度可用公式计算：

其中，γ

计算同一个QRS波群组合内的所有波形间的波形相似度，取平均值作为该QRS波群组合的组合相似度。对所有QRS波群组合的组合相似度进行降序排列，得到相应的组合相似度排名Rank1。

S4.2、计算同一个QRS波群组合内相邻QRS波群间距离的方差，作为该QRS波群组合的心率稳定度；

计算同一个QRS波群组合内相邻QRS波群间距离的方差，作为该QRS波群组合的心率稳定度。对所有QRS波群组合的心率稳定度进行升序排列，得到相应的心率稳定度排名Rank2。

S4.3、结合所述组合相似度和所述心率稳定度，筛选最佳QRS波群组合。

计算所有QRS波群组合总排名Rank：

Rank＝Rank1+Rank2

总排名Rank最靠前的QRS波群组合即为最佳QRS波群组合，用于计算监测目标的心率。

一种基于信号相似度的母婴心率监测系统，包括：

范围设定模块，用于根据监测目标设定心率范围；

第一波群构建模块，用于根据所述心率范围，构建第一层QRS波群；

完整波群构建模块，基于所述第一层QRS波群，根据距离范围约束构建完整QRS波群组合；

筛选模块，基于所述完整QRS波群组合，根据排位规则选出最佳QRS波群组合；

心率计算模块，用于根据所述最佳QRS波群组合计算心率。

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。

一种基于信号相似度的母婴心率监测装置：

至少一个处理器；

至少一个存储器，用于存储至少一个程序；

当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行，使得所述至少一个处理器实现如上所述一种基于信号相似度的母婴心率监测方法。

上述方法实施例中的内容均适用于本装置实施例中，本装置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。

一种存储介质，其中存储有处理器可执行的指令，所述处理器可执行的指令在由处理器执行时用于实现如上所述一种基于信号相似度的母婴心率监测方法。

上述方法实施例中的内容均适用于本存储介质实施例中，本存储介质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。

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申请权利要求所限定的范围内。