基于短时傅里叶变换的胎心率检测算法与实现

【摘要】当前胎儿心率电子监护系统广泛应用于临床,是保障产妇和胎儿安全的常用手段。传统的胎儿心率电子监护系统大都采用自相关算法计算胎儿瞬时心率。然而,由于胎儿位于母体腹部内,胎儿心音信号常常受到来自母体、传感器以及外界环境等所造成的干扰,使得胎儿心音信号很容易淹没在这些噪声中。此外,母亲的活动和胎儿在宫内的活动都会导致胎儿心音信号的幅度出现较大波动,传统自相关算法难以准确测量胎儿的瞬时心率,针对这种现象,本文提出了一种基于短时傅里叶变换的胎心音瞬时心率检测新方法并结合超声多普勒传感器、嵌入式ARM芯片、PC机,设计实现了基于短时傅里叶变换的胎心率检测系统。本文所做的主要工作有：(1)详细介绍了短时傅里叶变换的基本理论。傅里叶变换的基本思想是利用一个随时间滑动的分析窗对非平稳信号进行加窗截断处理,将非平稳信号分解成一系列近似平稳的短时信号,最后利用傅里叶变换理论分析各短时平稳信号的频谱。(2)提出了一种基于短时傅里叶变换的胎心音瞬时心率检测新方法,该方法的基本思想是：首先,对胎心音进行短时傅里叶变换,其次从二维时频图中提取出胎心音特征模板并与目标图像进行归一化互相关匹配,接着绘制出互相关曲线,最后根据互相关曲线中的相邻峰值点时间间隔,计算出胎儿的瞬时心率。仿真实验表明,该算法的识别准确率比传统算法高5%。(3)设计实现了基于短时傅里叶变换的胎心率检测算法的胎心率检测系统。首先,利用超声多普勒探头采集胎儿心音信号,前端模拟电路对采集得到的信号进行放大、滤波预处理后送入AD模数转换模块。其次,AD模数转换模块将模拟信号转换成数字信号后送入系统控制模块进行数据封装。系统控制模块除实现封装数据功能外,还负责整个系统运行的协调控制任务,并将封装好的数据通过串口通信模块传递给PC机数据处理模块。最后,PC机数据处理模块利用VC++6.0软件完成胎心音信号的软件滤波、时频分析并计算胎儿瞬时心率,最终将实时的胎心音信号和瞬时心率显示在屏幕上。
【作者】冯爱玲；
【导师】何昭水；
【作者基本信息】广东工业大学，模式识别与智能系统，2014，硕士
【关键词】胎心率；短时傅里叶；归一化；VC++；

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