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胎儿心电信号研究背景意义及现状

1研究背景及意义

2研究现状

1研究背景及意义

随着现代医学技术的发展,通过测量胎儿早期的心电信号(ECG)可以对评估

胎儿的健康状况提供重要依据。实时方便地测量胎儿早期的心电信号具有重要的

临床意义。胎儿监护是现代产科中一项重要的监护措施，对胎儿进行定期的监护

可以获取腹中胎儿的一些基本生理参数，从而分析胎儿的健康状况，预防某些疾

病，避免胎儿在腹中或产程中的意外死亡。

目前常用的胎儿监护仪有三种：超声多普勒胎儿监护仪、胎儿心音监护仪和

胎儿心电监护仪。其中超声多普勒胎儿监护仪应用最广，超声多普勒胎儿监护仪

是一种利用超声波的物理特性，向孕妇发射并接受其回音信号，从而帮助诊断胎

儿是否发育异常的仪器，然而目前对于利用超声多普勒原理提取胎儿心电信号对

胎儿本身的健康影响还未知，而且利用超声探头来获取胎心率易受胎动和母体宫

缩运动的干扰，精确度不高。胎儿心音监护仪大多采用贝尔式听诊原理，其只能

听到胎儿的声音，包括胎儿的心跳，蹬脚及打嗝声，但对胎儿的健康状况的评

判并不能给出有用的信息。因此，目前临床上广泛使用胎儿心电监护仪。胎儿心

电监护采用非侵入性方法经孕妇腹壁测定胎儿心电图，由于电极不是直接接触胎

儿，而是置于母体腹壁，中间要经过羊水、子宫壁、母体腹壁层，因此在母体腹

壁表面获得的胎儿心电图（FECG）一般只有几十微伏，而且混叠在母体心电图

（MECG）中，频率相当（母体分布在1~35HZ，胎儿在1~40HZ）。所以，在FECG

监测时要求消除MECG的干扰和其他噪声干扰。这种无创方法获得的胎儿心电

图主要是用来监测胎儿在母体内的健康状况，有助于早期诊断出胎儿先天性心脏

病及胎儿宫内缺氧、窘迫等症状，以便提早采取治疗措施，保障胎儿健康安全。

因此，获得清晰的胎儿心电信号，对围产医学研究和临床应用，提高围产医学质

量，保障优生优育都具有十分重要的意义。

2研究现状

如何从腹壁混合心电信号中有效的提取胎儿心电信号是一大难点，因为心电

信号是一种低频、微弱的信号，很容易受到各种背景噪声的影响。而且，胎儿心

脏的位置很难确定，妊娠期间胎儿至母亲腹部的电传导特性经常随着孕周而变

化，这些都为胎儿心电信号的提取带来了较大困难。上世纪末，简单计算机化的

胎儿心电图初步被开发。由于胎儿心电信号比成人弱得多，而且伴有母体心电和

其他生物电信号的干扰，在当时技术条件的限制下，胎儿心电图的测取很困难。

80年代，计算机技术和电子信息技术迅速渗透到医学各个领域，测取胎儿心电

图的技术也得到了较快发展。进入90年代，特别是在第二届全国胎儿心电图学

术研讨会提取并经第三届全国胎儿心电图学术研讨会修改、确定的判断标准，对

FECG在临床上的应用起了很大的推动作用。但是，由于间接FECG信号微弱，

易受干扰，且孕18周以前、孕28~34周监测的成功率很低。所以胎儿心电图的

测定技术有所突破是当务之急。

为了消除MECG和其他噪声，目前提出的胎儿心电提取算法主要有自适应

滤波法、小波变换法、神经网络法和独立成分分析法（ICA）等等，其具体原理

和优缺点将在第一章里介绍。这些算法都有共同的缺点，就是信号的采集与处理

对于人体的移动、孕妇的状态以及胎儿的位置高度敏感。而且，还有许多问题没

有得到解决，例如提取成分的稳定性、鲁棒性和噪声敏感性等等。从实际的ECG

中提取有用的临床信息需要一定的信号处理技术，包括R峰检测、QT间隔检测

和ECG中的心率和呼吸率的推导。RR间期是两个R峰之间的时间，这个时间的

逆变换显示出瞬时心率。目前，新的生物医学信号处理算法通常是通过将它们运

用到大型数据库（如Physionet数据库）中的ECG来评估的。当应用到实际数据

中时会给出指定算法的精度指标，但在不同的临床设置中，由于噪声程度和采样

频率的变化，还是很难推测出算法有怎样的表现。而获得逼真的人工心电信号可

以促进这些算法的评估。近年来，越来越多的研究趋向于构建动态模型，利用合

成心电信号来研究这些未解决的问题和评估各种提取算法。因此，首先构建一个

产生合成心电信号的模型，用于生成合成心电混合信号，是研究胎儿心电信号提

取的一个基础工作。这样可以克服实际采集工作中人体的移动、孕妇的状态以及

胎儿位置等问题带来的困难和限制。