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胎儿心电P波、ST段对诊断胎儿心房肥大、缺氧或脐带缠绕等症状具有重要的临床意义。由于母体腹壁采集的胎儿心电信号信噪比极低，且胎儿心电信号与母体心电信号、电极噪声等多类干扰存在频率交叠，导致从母体腹壁提取完整的胎儿心电信号十分困难，严重制约了胎儿心电信号的临床应用。
现有的分离方法未能充分利用胎儿心电信号与各类干扰噪声的时域、频域、空域、尺度及统计特征的先验信息，难以完整提取胎儿心电P波、ST段等重要特征波形。在国家自然科学基金项目“基于简单导联的胎儿心电完整提取方法及应用研究”资助下，本文研究胎儿心电与母体心电的时间-尺度域特征差异，提出母体心电信号多尺度动态建模与估计方法，解决胎儿心电信号与母体心电信号时频重叠的分离问题;利用胎儿心电信号与电极脉冲噪声的空间位置差异以及胎儿心电动态变化的统计规律性，提出胎儿心电信号的周期平稳盲分离方法，从空间-统计域分离胎儿心电与电极脉冲噪声。在此基础上提出胎儿心电信号多域联合分离系统，逐级分离胎儿心电信号频带内的基线漂移、工频干扰、母体心电干扰、电极噪声与肌电噪声，实现胎儿心电信号的完整提取。主要工作与贡献如下:
(1)将随机系统建模与估计理论应用于母体心电信号的鲁棒动态估计
母体心电信号是胎儿心电信号的最大干扰，首先分离母体心电干扰可大幅提高胎儿心电信号的信噪比，有利于进一步分离其它噪声。利用母体心电时频域的先验知识建立心电信号随机动力学模型，胎儿心电与其它干扰建模为观测噪声，从随机系统状态估计理论出发，研究母体心电信号的动态估计方法。针对母体心电波形非平稳与脉冲噪声干扰问题，提出一种基于强跟踪滤波理论的母体心电信号动态估计方法，实现脉冲噪声背景下母体心电信号波形的自适应鲁棒估计。
(2)提出心电信号多尺度动态建模与估计方法，从时间-尺度域分离母体心电干扰
母体心电QRS波群与胎儿心电完全重叠时，基于扩展Kalman滤波框架的母体心电估计方法不能有效分离母体心电与胎儿心电。在心电信号动态估计方法基础上，利用胎儿心电与母体心电在尺度域的特征差异，将随机系统状态估计理论与小波分析理论相结合，构造母体心电信号多尺度动态空间模型，建立母体心电信号的多尺度随机建模与估计框架，将母体心电单尺度动态估计扩展到多尺度动态估计，在时间-尺度域实现母体心电干扰的可靠分离，解决单尺度估计面临的母体心电过分离问题。
(3)提出心电信号周期平稳成分分析方法，从空间-统计域分离电极脉冲噪声
各通道胎儿心电信号密切相关，而不同位置的电极噪声相关性很弱。电极脉冲噪声与胎儿心电R波时域波形相似、频谱重叠，难以在时频域将二者分离。根据胎儿心电与电极噪声空间位置上的差异，从多通道空间滤波的基本思想出发，针对独立分量分析框架下全肓分离存在通道与幅度的不确定性问题，充分利用胎儿心电信号统计特征的准周期性，提出心电信号周期平稳成分分析方法，将胎儿心电信号从多通道全盲处理扩展到多通道半盲处理，在空间-统计域实现胎儿心电与电极脉冲噪声的有效分离，解决全盲分离结果的模糊性问题。
(4)建立胎儿心电信号多域联合分离框架，逐级分离各类干扰噪声
将心电信号多尺度动态估计与周期平稳盲分离方法相给合，首先对各通道母体心电干扰进行多尺度动态抑制，再进行多通道胎儿心电信号的周期平稳半盲分离，在抑制各通道脉冲噪声的同时，保留胎儿心电信号通道与幅度的生理意义。在此基础上，增加预处理与后处理两个部分，从时频域抑制基线漂移、工频干扰与肌电噪声，从而实现强干扰噪声背景下微弱胎儿心电信号的可靠提取。
本文提出的胎儿心电信号多域联合分离系统的核心算法计算复杂度低，其中母体心电多尺度动态估计可递推实现，而周期平稳成分分析中广义Rayleigh商求解的矩阵束维数与体表心电采集通道数相同，与时间无关。这就为研制开发适用于远程、家用的便携式胎儿心电监护仪奠定坚实的理论与技术基础。将随机系统建模与估计同周期平稳盲分离相结合的胎儿心电信号多域联合分离框架，可广泛应用于胎儿心音信号、胎儿心动信号以及成人脉搏信号、心室晚电位等统计特征拟周期的微弱心脏生理信号检测领域。