一種新型智能胎兒監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)

3 智能胎兒監(jiān)護(hù)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)
計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)利用Visual C++6.0為程序的開發(fā)環(huán)境，在Win2000環(huán)境中運(yùn)行。針對(duì)系統(tǒng)處理的數(shù)據(jù)量大且實(shí)時(shí)性要求高的特點(diǎn)，系統(tǒng)編程時(shí)充分運(yùn)用了多線程的思想。整個(gè)系統(tǒng)設(shè)置為5個(gè)線程，其中管理用戶界面，響應(yīng)用戶動(dòng)作的線程為主線程，生存周期為整個(gè)程序的主存期，其它4個(gè)線程實(shí)現(xiàn)智能控制、通信控制、數(shù)據(jù)處理算法、監(jiān)護(hù)顯示功能，生命周期就是線程函數(shù)本身。多線程思想的運(yùn)用，使系統(tǒng)各個(gè)功能模塊并行運(yùn)行，可以大大提高CPU的利用率，滿足了系統(tǒng)實(shí)時(shí)性的要求。其中數(shù)據(jù)處理算法和智能控制是控制系統(tǒng)關(guān)鍵。
3.1基于coif5小波的胎心音數(shù)據(jù)處理算法
小波分析提供了一種自適應(yīng)時(shí)域和頻域同時(shí)局部化的分析方法，無論分析低頻或高頻局部信號(hào)，都能自動(dòng)調(diào)節(jié)時(shí)-頻窗，以適應(yīng)實(shí)際分析的需要。小波分析的實(shí)質(zhì)是將信號(hào)x(t)投影到小波函數(shù)上，即x(t)與的內(nèi)積，得到便于處理的小波系數(shù)，按照分析的需要對(duì)小波系數(shù)進(jìn)行處理，然后對(duì)處理后的小波系數(shù)進(jìn)行反變換得到處理后的信號(hào)。在實(shí)際應(yīng)用中多采用離散二進(jìn)小波變換。對(duì)于k個(gè)離散數(shù)據(jù)點(diǎn)， 離散二進(jìn)小波變換為：

（1）

上式說明，小波變換是將離散信號(hào)在小波基函數(shù)上的投影，不同的m、n代表不同的分辨率（尺度）和不同的時(shí)頻（平移），小波函數(shù)正是通過不同的m、n來調(diào)節(jié)不同的局部時(shí)頻和不同的分辨率，即小波的多分辨分析特性能將信號(hào)在不同尺度下進(jìn)行多分辨的分解，并將交織在一起的各種不同頻率組成的混合信號(hào)分解成不同頻段的子信號(hào)，因而對(duì)信號(hào)具有按頻帶處理的能力。運(yùn)用小波分析進(jìn)行信號(hào)噪聲消除是小波分析的一個(gè)非常重要的應(yīng)用之一。
　　一個(gè)含噪聲的一維信號(hào)的模型可表示為：
（2）

其中：s(i)為真實(shí)信號(hào)；e(i)為噪聲；x(i)為含噪信號(hào)。在實(shí)際工程中，有用信號(hào)通常表現(xiàn)為低頻信號(hào)或較平穩(wěn)的信號(hào)，噪聲信號(hào)則表現(xiàn)為高頻信號(hào)，所以消噪過程可按以下方法進(jìn)行處理。首先對(duì)實(shí)際信號(hào)進(jìn)行小波分解，選擇小波并確定分解層數(shù)為N，則噪聲部分通常包含在高頻中。然后對(duì)小波分解的高頻系數(shù)進(jìn)行門限閾值量化處理。最后根據(jù)小波分解的第N層低頻系數(shù)和經(jīng)過量化后的1～N層高頻系數(shù)進(jìn)行小波重構(gòu)，達(dá)到消除噪聲的目的，即抑制信號(hào)的噪聲，在實(shí)際信號(hào)中恢復(fù)真實(shí)信號(hào)。
超聲多普勒胎心音信號(hào)經(jīng)過信號(hào)預(yù)處理電路，信號(hào)頻率范圍為0―500Hz，其中包含了低于4 Hz的胎兒心跳頻率，所以對(duì)信號(hào)進(jìn)行波形分析和胎心率計(jì)算時(shí)應(yīng)針對(duì)信號(hào)的低頻信息，而不是高頻信息；小波變換的多分辨分析特性是隨著尺度由細(xì)變粗，逐步得到信號(hào)的高頻到低頻，從細(xì)節(jié)到平滑一系列結(jié)果。所以可以利用小波的多分辨分析特性，通過選用合適的小波基，優(yōu)化分解層數(shù)，分離多普勒胎心信號(hào)的高頻部分和低頻部分，并將高頻部分全部剔除，得到包含全部胎兒心跳信息的低頻部分，通過低頻信號(hào)頻率，計(jì)算出胎兒心跳周期，得到胎心率。本系統(tǒng)通過大量實(shí)驗(yàn)和理論推導(dǎo)選用構(gòu)造的小波函數(shù)。利用小波具有的正交性、近似對(duì)稱性、較好的光滑度和正則性的優(yōu)點(diǎn)，通過6層小波分解提取，得到8Hz以下的第6層低頻信號(hào)。這時(shí)的低頻信號(hào)基本上就是胎兒的心跳信號(hào)。