Выделение частоты сердечных сокращений плода из материнской абдоминальной экг

1. Система (10) для выделения частоты сердечных сокращений плода из по меньшей мере одного материнского сигнала с помощью процессора (26) компьютера, причем система выполнена с возможностью
принимать сигналы абдоминальной ЭКГ с датчиков (12-18), прикрепленных к пациентке;
записывать и оцифровывать (20) каждый из по меньшей мере одного материнского сигнала в буфере (22A-22D) материнских сигналов и
выполнять команды, хранящиеся в памяти (28) команд, и включает
пиковый детектор (40) для идентификации потенциальных пиков в буфере материнских сигналов;
устройство (42) сбора сигналов, выполненное с возможностью собирать в стек и разбивать по меньшей мере один буфер материнских сигналов на множество отрезков, каждый из которых включает один потенциальный пик;
пространственный фильтр (44) для идентификации и подавления сигнала материнского QRS-комплекса на множестве отрезков в буфере материнских сигналов, при этом пространственный фильтр выполнен с возможностью применения по меньшей мере метода главных компонент или метода ортогональной проекции для вырабатывания необработанного сигнала ЭКГ плода, который сохраняется в буфер необработанных ЭКГ плода;
идентификатор (46) QRS-комплекса плода для идентификации пиков в буфере необработанных ЭКГ плода с помощью по меньшей мере метода главных компонент или пикового детектора с последующим выделением QRS-комплекса плода на основе правил; и
устройство (48) объединения для подсчета и объединения частоты сердечных сокращений плода из идентифицированных пиков.
2. Система по п. 1, в которой пиковый детектор для идентификации потенциальных пиков выполнен с возможностью
идентификации множества локальных максимумов,
опционального устранения локальных максимумов, имеющих производную ниже порогового значения, и
опциональной проверки частоты потенциальных пиков на физиологическую достоверность в качестве материнской частоты сердечных сокращений.
3. Система по п. 1, в которой оцифрованный материнский сигнал предварительно обработан (S206) с помощью по меньшей мере одного из следующих процессов
фильтрации посредством полосового фильтра (S204) по меньшей мере одного материнского сигнала в диапазоне 2-50 Гц;
разделения материнского сигнала на сегменты длительностью 0,5 с (S208), исключения линейных трендов (S210), и соединения сегментов с исключенными трендами (S212); и
ранжирования по меньшей мере одного первого материнского сигнала и по меньшей мере одного второго материнского сигнала в убывающим порядке на основании спектральной плотности мощности преобразования Фурье, в порядке убывания мощности преобразования Гильберта и в порядке возрастания среднеквадратичного отклонения.
4. Система по любому из пп. 1-3, в которой потенциальные пики подвергнуты автокоррекции (S222) путем выбора из множества материнских сигналов, включающего по меньшей мере один первый материнский сигнал и по меньшей мере один второй материнский сигнал, каналов, имеющих потенциальные пики (S223), которые являются физиологически приемлемыми в качестве материнской частоты сердечных сокращений, и идентификации из выбранных каналов канала с наивысшим рангом, при этом в системе дополнительно обеспечена возможность
использования потенциальных пиков канала с наивысшим рангом в качестве потенциальных пиков в случае, если по меньшей мере один канал является физиологически приемлемым;
а в случае, если ни один из каналов не является физиологически приемлемым,
разбивания (S224) каждого из множества каналов на сегменты;
автоматического обнаружения второго множества (S228) потенциальных пиков в сегментах;
конкактенации сегментов (S232) и
использования второго множества потенциальных пиков в качестве потенциальных пиков (S234).
5. Система по п. 1, в которой пространственный фильтр включает метод главных компонент (S106), идентификацию и подавление материнского QRS-комплекса, включающие в себя
сбор отрезков (S104);
подсчет средней величины отрезков и опциональный расчет одной, двух или трех следующих главных компонент;
идентификацию средней величины отрезков в качестве главной материнской компоненты и опциональную идентификацию одной, двух или трех следующих главных компонент в качестве других материнских компонент;
подавление главной материнской компоненты и опциональное подавление других материнских компонент.
6. Система по п. 1, в которой пространственный фильтр включает ортогональную проекцию (S106), а идентификация и подавление материнского QRS-комплекса включают в себя
повторение следующего до тех пор, пока максимальная амплитуда множества отрезков не станет меньше фонового значения:
извлечение нормированного вектора максимального вектора в отрезках и
проецирование нормированного вектора с вычитанием из отрезков с помощью ортогонализации.
7. Система по п. 1, в которой обеспечена идентификациия пиков в необработанной ЭКГ плода с помощью метода главных компонент, причем идентификация включает
расчет множества пороговых значений от нуля до максимального значения необработанной ЭКГ плода (S306);
установление для каждого из множества пороговых значений множества пересечений пороговых значений, количества множеств пересечения пороговых значений, множества интервалов между парами смежных пороговых значений множества пересечений пороговых значений, частоту пересечений пороговых значений и среднеквадратичного отклонения множества интервалов;
исключение пороговых значений, соответствующих физиологически неправдоподобной частоте пересечений пороговых значений;
выбор порогового значения на основании среднеквадратичных отклонений посредством выбора низкого среднеквадратичного отклонения, а в случае если по меньшей мере два значения из множества пороговых значений имеют одинаковые среднеквадратичные отклонения, то выбор низкого порогового значения из указанных по меньшей мере двух пороговых значений;
для каждого пересечения порогового значения, соответствующего выбранному пороговому значению, построение окна вокруг пересечения порогового значения с формированием множества окон;
применение метода главных компонент (S308) для множества окон с целью идентификации по меньшей мере первой главной компоненты и, опционально, дополнительной главной компоненты;
размещение множества окон в пространстве метода главных компонент, кластеризацию множества окон в пространстве метода главных компонент и сравнение множества кластеров на основании количества пересечений порогового значения в кластере, средней величины интервала между пересечениями порогового значения и среднеквадратичного отклонения интервалов между смежными пересечениями порогового значения в кластере с целью выбора наиболее вероятного кластера (S310);
присвоение показателя (S312) достоверности каждому пересечению порогового значения в наиболее вероятном кластере, причем доверительный интервал зависит от того, насколько окно, соответствующее пересечению порогового значения, находится далеко от центра наиболее вероятного кластера в пространстве метода главных компонент;
опциональный выбор в качестве сокращений сердца плода множества пересечений порогового значения, имеющих высокие показатели достоверности;
опциональное сравнение множества кластеров путем оценки физиологической достоверности пересечения порогового значения как сердечного сокращения;
опциональную обработку необработанной ЭКГ плода для исключения отклонения линии отсчета (S302) из необработанной ЭКГ плода.
8. Система по п. 1, в которой идентификация пиков в необработанной ЭКГ плода включает использование пикового детектора и последующим выделением QRS-комплекса плода на основе правил, причем идентификация включает
идентификацию пиков и кардиоинтервала RR с помощью пикового детектора;
идентификацию в качестве пропущенного пика (132) соседней пары пиков, которые разделены интервалом, большим, чем кардиоинтервал RR, умноженный на коэффициент пропущенного пика, лежащий в пределах от 1,1 до 1,9;
ввод сердечного сокращения между указанной соседней парой пиков;
идентификацию наборов из трех пиков, включающих первый, второй и третий пики, в которых первый и второй пики разделены интервалом, равным RR, умноженному на величину альфа, а второй и третий пики разделены интервалом, равным RR, умноженному на величину два минус альфа, где альфа лежит в пределах от 0,7 до 0,95 или от 1,05 до 1,3;
перемещение второго из трех идентифицированных пиков так, чтобы интервалы между первым и вторым пиками и между вторым и третьим пиками были равны RR.
9. Способ (фиг. 2) выделения частоты сердечных сокращений плода из по меньшей мере одного материнского сигнала, включающий
запись и оцифровку каждого из по меньшей мере одного материнского сигнала в буфер материнских сигналов (S202);
идентификацию потенциальных пиков (S102) в буфере материнских сигналов;
разделение по меньшей мере одного буфера материнских сигналов на множество отрезков, каждый из которых включает один потенциальный пик;
идентификацию и подавление с помощью пространственной фильтрации сигнала материнского QRS-комплекса на множестве отрезков в буфере материнских сигналов, причем пространственный фильтр (S106) включает по меньшей мере метод главных компонент или ортогональную проекцию, а посредством пространственной фильтрации получают сигнал необработанной ЭКГ плода, который сохраняют в буфере необработанных ЭКГ плода;
идентификацию пиков в буфере необработанных ЭКГ плода с помощью по меньшей мере метода главных компонент или пикового детектора с последующим выделением QRS-комплекса плода на основе правил (S108); и
подсчет частоты сердечных сокращений плода из идентифицированных пиков (S110).
10. Способ по п. 9, в котором идентификация потенциальных пиков включает:
идентификацию множества локальных максимумов, опциональное устранение локальных максимумов, имеющих производную ниже порогового значения, и опциональную проверку соответствия частоты потенциальных пиков на физиологическую достоверность в качестве материнской частоты сердечных сокращений.
11. Способ по п. 9, в котором после оцифровки по меньшей мере одного материнского сигнала он проходит предварительную обработку (S206) с помощью по меньшей мере одного из следующих процессов:
фильтрации полосовым фильтром (S204) по меньшей мере одного материнского сигнала в диапазоне 2-50 Гц;
разбиения материнского сигнала на сегменты длиной 0,5 с, исключения линейных трендов и конкатенации сегментов с исключенными трендами (S208); и
ранжирования по меньшей мере одного первого материнского сигнала и по меньшей мере одного второго материнского сигнала в убывающим порядке на основании спектральной плотности мощности преобразования Фурье, в порядке убывания мощности преобразования Гильберта и в порядке возрастания (S214) среднеквадратичного отклонения.
12. Способ по любому из пп. 9-11, в котором потенциальные пики подвергают автокоррекции (S220) путем выбора из множества материнских сигналов, включающего указанный по меньшей мере один первый материнский сигнал и указанный по меньшей мере один второй материнский сигнал, каналов, имеющих потенциальные пики, которые являются физиологически приемлемыми в качестве материнской частоты сердечных сокращений, с идентификацией из выбранных каналов канала с наивысшим рангом, при этом способ дополнительно включает
использование потенциальных пиков канала с навысшим рангом в качестве потенциальных пиков в случае, если по меньшей мере один канал является физиологически приемлемым;
а в случае, если ни один из каналов не является физиологически приемлемым (S223),
разбиение каждого множества каналов на сегменты (S224);
автоматическое обнаружение второго множества потенциальных пиков в сегментах (S228);
конкатенацию сегментов и
использование второго множества потенциальных пиков в качестве потенциальных пиков.
13. Способ по п. 9, в котором пространственная фильтрация включает метод главных компонент (S106), идентификацию и подавление материнского QRS-комплекса, включающие
сбор отрезков (S104);
расчет средней величины отрезков и опциональный расчет одной, двух или трех следующих главных компонент;
идентификацию средней величины отрезков в качестве главной материнской компоненты и опциональную идентификацию указанных одной, двух или трех следующих главных компонент в качестве других материнских компонент;
подавление главной материнской компоненты и опциональное подавление других материнских компонент.
14. Способ по п. 9, в котором пространственная фильтрация включает ортогональную проекцию (S106), идентификацию и подавление материнского QRS-комплекса, включающие
повторение следующего до тех пор, пока максимальная амплитуда множества отрезков не станет меньше фонового значения:
извлечение нормированного вектора из максимального вектора в отрезках и
проецирование нормированного вектора с вычитанием из отрезков с помощью ортогонализации.
15. Способ по п. 9, в котором пики в необработанной ЭКГ плода идентифицируют с помощью метода главных компонент, причем идентификация включает
расчет (S306) множества пороговых значений в необработанной ЭКГ плода от нуля до максимального значения;
установление для каждого множества пороговых значений множества пересечений пороговых значений, количества множеств пересечений пороговых значений, множества интервалов между парами смежных пороговых значений из множества пересечений пороговых значений, частоты пересечений пороговых значений и среднеквадратичного отклонения множества интервалов;
исключение пороговых значений, соответствующих физиологически неправдоподобной частоте пересечений пороговых значений;
выбор порогового значения на основании среднеквадратичных отклонений посредством выбора низкого среднеквадратичного отклонения, а в случае, если по меньшей мере два значения из множества пороговых значений имеют одинаковые среднеквадратичные отклонения, то выбор низкого порогового значения из по меньшей мере двух пороговых значений;
для каждого пересечения порогового значения, соответствующего выбранному пороговому значению, построение окна вокруг пересечения порогового значения с формированием множества окон;
применение метода главных компонент для множества окон с целью идентификации по меньшей мере первой главной компоненты и, опционально, дополнительной главной компоненты;
размещение множества окон в пространстве метода главных компонент, кластеризацию множества окон в пространстве метода главных компонент и сравнение множества кластеров на основании количества пересечений порогового значения в кластере, средней величины интервала между пересеченими порогового значения и среднеквадратичного отклонения интервалов между смежными пересечениями порогового значения в кластере с целью выбора наиболее вероятного кластера (S312);
присвоение показателя достоверности (S312) каждому пересечению порогового значения в наиболее вероятном кластере, причем доверительный интервал зависит от того, насколько окно, соответствующее пересечению порогового значения, находится далеко от центра наиболее вероятного кластера в пространстве метода главных компонент;
опциональный выбор в качестве сердечных сокращений плода множества пересечений порогового значения, имеющих высокие показатели достоверности;
опциональное сравнение множества кластеров путем оценки физиологической достоверности пересечения порогового значения как сердечного сокращения;
опциональную обработку необработанной ЭКГ плода для исключения отклонения линии отсчета (S304) из необработанной ЭКГ плода.
16. Способ по п. 9, в котором идентификация пиков в необработанной ЭКГ плода включает использование пикового детектора с последующим выделением QRS-комплекса плода на основе правил, причем идентификация включает
идентификацию пиков и кардиоинтервала RR с помощью пикового детектора;
идентификацию в качестве пропущенного пика (132) соседней пары пиков, которые разделены интервалом, большим, чем кардиоинтервал RR, умноженный на коэффициент пропущенного пика, лежащий в пределах от 1,1 до 1,9;
ввод сердечного сокращения между указанной соседней парой пиков;
идентификацию наборов из трех пиков, включающих первый, второй и третий пики, в которых первый и второй пики разделены интервалом, равным RR, умноженному на величину альфа, а второй и третий пики разделены интервалом, равным RR, умноженному на величину два минус альфа, где альфа лежит в пределах от 0,7 до 0,95 или от 1,05 до 1,3;
перемещение второго из трех идентифицированных пиков так, чтобы интервалы между первым и вторым пиками и между вторым и третьим пиками были равны RR.
17. Способ по п. 9, в котором по меньшей мере один материнский сигнал включает по меньшей мере один первый и один второй материнский сигналы, обработанные согласно способу по п. 1 для создания по меньшей мере первого и второго буфера необработанных ЭКГ плода, при этом идентификация пиков в буфере сигналов первой и второй необработанных ЭКГ плода с помощью пикового детектора с последующим выделением QRS-комплекса плода на основе правил включает
присвоение коэффициента каждому из по меньшей мере одного сигнала необработанной ЭКГ плода;
присвоение значения 0, +1 или -1 каждому из коэффициентов, умножение каждого сигнала на соответствующий коэффициент и суммирование каналов для получения суммарного канала, повторение присвоения значений и суммирования для всех комбинаций коэффициентов и исключение комбинации всех нулевых коэффициентов с целью получения множества суммарных каналов;
идентификацию пиков в множестве суммарных каналов с помощью пикового детектора; и
ранжирование множества суммарных каналов по наибольшему количеству пиков и наименьшему среднеквадратичному отклонению и выбор наилучшей комбинации из множества суммарных каналов на основании наибольшего количества пиков и наименьшего среднеквадратичного отклонения.
18. Способ по п. 9, в котором обрабатывают множество необработанных ЭКГ плода для установления множества наборов вероятных пиков, причем способ дополнительно включает
присвоение достоверности каждому пику (S404);
суммирование достоверностей пиков (S406), которые перекрываются во времени от разных необработанных ЭКГ плода;
выбор множества пиков в качестве фактических сердечных сокращений плода на основании суммированных достоверностей (S408); и
подсчет частоты сердечных сокращений плода из фактических сердечных сокращений плода (S410).
19. Энергонезависимый машиночитаемый носитель информации с записанной на нем программой, управляющей одним или несколькими процессорами для выполнения способа по любому из пп. 9-18.
20. Модуль для выделения частоты сердечных сокращений плода из по меньшей мере одного материнского сигнала, содержащий
процессор (26), выполненный с возможностью:
идентицировать потенциальные пики в буфере (22A-22D) материнских сигналов;
разбивать по меньшей мере один буфер материнских сигналов на множество отрезков, каждый из которых включает один потенциальный пик;
идентицировать и подавлять с помощью пространственной фильтрации сигнал материнского QRS-комплекса на множестве отрезков буфера материнских сигналов, причем пространственный фильтр включает по меньшей мере метод главных компонент или ортогональную проекцию, и вырабатывать посредством пространственной фильтрации сигнал необработанной ЭКГ плода, сохраняемый в буфере необработанной ЭКГ плода; и
идентицировать пики в буфере необработанной ЭКГ плода с помощью по меньшей мере метода главных компонент или пикового детектора с последующим выделением QRS-комплекса плода на основе правил;
записывающее устройство и аналого-цифровой преобразователь (20), выполненные с возможностью записи и оцифровывания по меньшей мере одного материнского сигнала в буфере материнских сигналов; и
вычислительное устройство для подсчета частоты сердечных сокращений плода из идентифицированных пиков.