母胎心電信號的盲源分離研究.pdf

1、在生物醫(yī)學領(lǐng)域，母胎心電信號對胎兒健康有著深遠的意義。腹部電極法采集的心電信號往往是多源混合信號，且包含強烈的肌膚噪聲、工頻干擾和非生物噪聲，胎兒心電在眾多強干擾信號下顯得十分微弱。該復(fù)雜環(huán)境下的提取算法一直困擾著許多國內(nèi)外學者，是信號處理領(lǐng)域的難點。因此，胎兒心電信號的提取可以作為強干擾環(huán)境下弱信號提取的一個典型?；讵毩⒊煞址治?IndependentComponent Analysis，ICA)的分離算法是對源信號獨立性逼近的算法

2、，受強干擾信號的影響小，適用于胎兒心電提取的應(yīng)用研究，ICA算法直接對接收到的觀測信號處理，擁有良好的實時性和抗干擾能力，成為各國學者研究的熱點。
　　生物醫(yī)學信號在統(tǒng)計上相互獨立的特點是本文進行獨立分量分析的基本前提。近年來，各國學者針對ICA框架模型，提出了許多優(yōu)秀的ICA算法。母胎心電信號的特點要求對應(yīng)的ICA算法有較高的分離精度、抗噪性能和實時性。
　　ICA算法從理論走向應(yīng)用，其應(yīng)用領(lǐng)域也在迅速擴展。當前，針對胎兒

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。
　　本文針對上述問題和研究背景，在前人的基礎(chǔ)上進行了如下研究工作:
　　1.首先介紹了母胎心電信號的特點，心電信號的噪聲來源，母體與胎兒心電信號的強度關(guān)系;
　　2.介紹了ICA算法的基本模型、數(shù)學理論，論述了ICA算法中目標函數(shù)的主要優(yōu)化思想，包括極大化估計、極小化估計和非高斯性估計。并對這些思想進行了詳細的理論分析;

4、>　　3.針對胎兒心電信號的提取特點，眾多ICA算法中，重點選取二階累積量算法和高階累積量算法，詳細介紹了二階盲辨識算法(SOBI)和四階累積量的近似聯(lián)合對角化(JADE)算法，分析了各自算法的特點和算法結(jié)構(gòu)。對當前單約束準則的目標函數(shù)進行修改，引入一種雙約束準則的DC-JADE算法。該DC-JADE算法的目標函數(shù)同時包含信息論中的極大化思想和極小化思想;
　　4.胎兒心電信號的提取實驗時，母胎心電混合信號來源于De Moor的病

5、理心電數(shù)據(jù)庫，研究了二階盲辨識算法(SOBI)、四階累積量的近似聯(lián)合對角化(JADE)算法和DC-JADE算法對母胎心電信號的分離效果。選擇分離精度和抗噪性作為指標進行了討論。然后，將雙約束DC-JADE算法和SOBI算法、JADE算法進行分離效果和抗噪性能的對比。選取典型的度量指標，對算法的性能進行評估。實驗結(jié)果表明，DC-JADE算法不僅能夠提取出清晰的胎兒心電信號，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