超声多普勒胎儿心率检测算法研究

论文摘要

胎儿心率是一项表征胎儿健康状况的重要参数,已经成为围产期胎儿常规检查的一种必不可少的手段。超声多普勒方式由于其安全、卫生、无创等特点已经成为采集胎心信号的主要手段,但是由于母体血液流动、呼吸、心跳等因素对胎心信号带来的干扰,使从复杂的母体中采集胎心信号,准确的对带有噪声干扰的胎心信号进行预处理以及胎儿心率检测成为一大难题,这也是本文研究的主要内容。在超声多普勒胎心信号预处理方面,本文在研究了小波、小波包变换软硬阈值函数法对胎心信号预处理的基础上,分析了其二者的原理及其存在的问题,从熵的角度深入研究了超声多普勒胎心信号的特点,提出了基于最大熵原理的小波包混合节点阈值法的胎心信号的预处理算法,并且针对传统硬阈值函数与软阈值函数存在的问题,提出了一种新阈值函数。通过仿真验证了本文的方法对胎心信号预处理取得了较好的效果。在胎儿心率检测方面,本文分析研究了常用的自相关算法检测胎儿心率的原理与存在的问题,在研究核函数相关知识的基础上,提出了广义核相关算法,并且对寻找广义核相关系数第一主峰的问题,提出了改进的峰值检测算法。仿真证明本文的方法可以准确的检测出胎儿心率。在胎心监护系统设计方面,设计了胎心监护系统的模拟前端处理部分、数字处理部分和监护系统软件部分,主要包括超声波发射与接收电路、同步解调电路、带通滤波电路、放大电路、包络检波电路、音频处理电路、基于DSP的数字处理部分和在DSP上实现的监护系统软件,实现了对胎心率的准确检测。同时,从系统的角度,对本文设计的模拟前端处理部分、数字处理部分、胎心信号预处理算法、胎儿心率检测算法进行了综合测试。最后,对本文的研究工作进行了总结,并且对胎儿心率检测算法的研究进行了展望。本文的研究得到2009年美国德州仪器公司(TI)创新基金支持。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的研究背景及意义
• 1.2 国内外胎心监护发展历程
• 1.3 超声多普勒胎儿心率检测算法研究现状
• 1.4 论文的研究内容及组织结构
• 第2章 胎儿心率检测基础理论
• 2.1 超声多普勒效应基本原理
• 2.2 超声波换能器的基本原理
• 2.3 小波变换基础
• 2.3.1 连续小波变换
• 2.3.2 离散小波变换
• 2.3.3 小波变换的多分辨分析
• 2.3.4 小波变换的重构
• 2.4 小波包变换的基本原理
• 2.5 本章小结
• 第3章 胎心信号预处理算法的研究
• 3.1 超声多普勒胎心信号特点
• 3.2 小波变换法
• 3.2.1 小波变换法对胎心信号预处理的原理
• 3.2.2 小波变换法对胎心信号预处理的步骤
• 3.3 小波包变换法
• 3.3.1 小波包变换对胎心信号预处理的原理
• 3.3.2 小波包变换法对胎心信号预处理的步骤
• 3.4 基于最大熵原理的小波包混合节点阈值法
• 3.4.1 小波包基函数的选取
• 3.4.2 分解层数的确定
• 3.4.3 基于最大熵的小波包混合节点阈值的计算
• 3.4.4 新阂值函数
• 3.5 算法仿真及结果分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 胎儿心率检测算法的研究
• 4.1 自相关算法
• 4.1.1 自相关函数的定义
• 4.1.2 自相关法检测胎儿心率
• 4.2 广义核相关法和改进的峰值检测算法
• 4.2.1 广义自相关
• 4.2.2 多项式核函数
• 4.2.3 广义核相关
• 4.2.4 改进的峰值检测算法
• 4.2.5 胎儿心率检测
• 4.3 算法仿真与结果分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 胎心监护系统设计
• 5.1 胎心监护系统总体设计
• 5.2 模拟前端处理部分设计
• 5.2.1 超声波发射和接收电路
• 5.2.2 同步解调电路
• 5.2.3 变换电路
• 5.2.4 带通滤波和放大电路
• 5.2.5 包络检波电路和低通滤波电路
• 5.2.6 音频电路
• 5.3 数字处理部分设计
• 5.3.1 最小系统模块设计
• 5.3.2 存储模块设计
• 5.3.3 人机交互模块设计
• 5.3.4 USB和RTC模块设计
• 5.4 监护系统软件设计
• 5.4.1 底层驱动和接口程序设计与实现
• 5.4.2 胎心信号预处理算法的设计与实现
• 5.4.3 胎心率检测算法的设计与实现
• 5.5 胎心监护系统测试
• 5.5.1 胎儿心脏模拟器介绍
• 5.5.2 系统测试
• 5.6 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 本文工作总结
• 6.2 未来工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者攻读硕士学位期间发表的论文、专利及参与项目情况