母胎心電信號(hào)的盲源分離研究.pdf

1、在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，母胎心電信號(hào)對(duì)胎兒健康有著深遠(yuǎn)的意義。腹部電極法采集的心電信號(hào)往往是多源混合信號(hào)，且包含強(qiáng)烈的肌膚噪聲、工頻干擾和非生物噪聲，胎兒心電在眾多強(qiáng)干擾信號(hào)下顯得十分微弱。該復(fù)雜環(huán)境下的提取算法一直困擾著許多國內(nèi)外學(xué)者，是信號(hào)處理領(lǐng)域的難點(diǎn)。因此，胎兒心電信號(hào)的提取可以作為強(qiáng)干擾環(huán)境下弱信號(hào)提取的一個(gè)典型?；讵?dú)立成分分析(IndependentComponent Analysis，ICA)的分離算法是對(duì)源信號(hào)獨(dú)立性逼近的算法

2、，受強(qiáng)干擾信號(hào)的影響小，適用于胎兒心電提取的應(yīng)用研究，ICA算法直接對(duì)接收到的觀測(cè)信號(hào)處理，擁有良好的實(shí)時(shí)性和抗干擾能力，成為各國學(xué)者研究的熱點(diǎn)。
　　生物醫(yī)學(xué)信號(hào)在統(tǒng)計(jì)上相互獨(dú)立的特點(diǎn)是本文進(jìn)行獨(dú)立分量分析的基本前提。近年來，各國學(xué)者針對(duì)ICA框架模型，提出了許多優(yōu)秀的ICA算法。母胎心電信號(hào)的特點(diǎn)要求對(duì)應(yīng)的ICA算法有較高的分離精度、抗噪性能和實(shí)時(shí)性。
　　ICA算法從理論走向應(yīng)用，其應(yīng)用領(lǐng)域也在迅速擴(kuò)展。當(dāng)前，針對(duì)胎兒

3、心電的ICA算法研究甚少，兼具高分離精度和良好抗噪性的ICA算法成為胎兒心電提取的研究熱點(diǎn)。
　　本文針對(duì)上述問題和研究背景，在前人的基礎(chǔ)上進(jìn)行了如下研究工作:
　　1.首先介紹了母胎心電信號(hào)的特點(diǎn)，心電信號(hào)的噪聲來源，母體與胎兒心電信號(hào)的強(qiáng)度關(guān)系;
　　2.介紹了ICA算法的基本模型、數(shù)學(xué)理論，論述了ICA算法中目標(biāo)函數(shù)的主要優(yōu)化思想，包括極大化估計(jì)、極小化估計(jì)和非高斯性估計(jì)。并對(duì)這些思想進(jìn)行了詳細(xì)的理論分析;

4、>　　3.針對(duì)胎兒心電信號(hào)的提取特點(diǎn)，眾多ICA算法中，重點(diǎn)選取二階累積量算法和高階累積量算法，詳細(xì)介紹了二階盲辨識(shí)算法(SOBI)和四階累積量的近似聯(lián)合對(duì)角化(JADE)算法，分析了各自算法的特點(diǎn)和算法結(jié)構(gòu)。對(duì)當(dāng)前單約束準(zhǔn)則的目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行修改，引入一種雙約束準(zhǔn)則的DC-JADE算法。該DC-JADE算法的目標(biāo)函數(shù)同時(shí)包含信息論中的極大化思想和極小化思想;
　　4.胎兒心電信號(hào)的提取實(shí)驗(yàn)時(shí)，母胎心電混合信號(hào)來源于De Moor的病

5、理心電數(shù)據(jù)庫，研究了二階盲辨識(shí)算法(SOBI)、四階累積量的近似聯(lián)合對(duì)角化(JADE)算法和DC-JADE算法對(duì)母胎心電信號(hào)的分離效果。選擇分離精度和抗噪性作為指標(biāo)進(jìn)行了討論。然后，將雙約束DC-JADE算法和SOBI算法、JADE算法進(jìn)行分離效果和抗噪性能的對(duì)比。選取典型的度量指標(biāo)，對(duì)算法的性能進(jìn)行評(píng)估。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，DC-JADE算法不僅能夠提取出清晰的胎兒心電信號(hào)，且相較于心電分離的其它算法擁有更優(yōu)秀的分離精度和抗噪性能，可作為強(qiáng)