تخمین نرخ ضربان قلب جنین از سیگنال الکتروکاردیوگرام شکمی تک ‌کاناله مبتنی بر تجزیه‌ی نامنفی ماتریس

یکی از تکنیک های تخمین ضربان قلب جنین (fhr) استفاده از سیگنال الکتروکاردیوگرام (ecg) است. تکنیک ecg رویکردی بسیار ایمن و ارزان بوده و نسبت به روش ‌های دیگر، برای مانیتورینگ از راه دور مناسب ‌تر است. به این منظور ثبت ecg شکمی مادر (aecg) مورد استفاده قرار می ‌گیرد که علاوه بر ecg جنین (fecg) شامل سیگنال قلبی مادر (mecg)، فعالیت ماهیچه‌ های مادر یا جنین، فعالیت‌ های مغزی جنین و نویز‌ها نیز است. بنابراین تخمین ضربان قلب جنین از روی سیگنال شکمی چالش های فراوانی دارد. در این پژوهش نرخ ضربان قلب جنین از سیگنال aecg تک کاناله با استفاده از تجزیه ‌ی نامنفی ماتریس (nmf) تخمین زده شده است. در این روش به منظور استفاده از اطلاعات حوزه‌ ی زمان-فرکانس سیگنال شکمی، تبدیل فوریه‌ ی زمان کوتاه (stft) روی آن اعمال شده و ماتریس stft به عنوان ورودی nmf مورد استفاده قرار گرفته است. سطرهای ماتریس نامنفی حاصل از این تجزیه دارای محتوای سیگنال مادر، جنین و نویز بوده که از آن برای تخمین پیک r و نرخ ضربان قلب جنین استفاده می شود. مزیت این روش، عمل‌کرد خوب آن در ثبت هایی است که دامنه ی ecg مادر و جنین نزدیک به هم بوده و تفکیک کمپلکس‌های qrs آن ها از یک‌دیگر چالش برانگیز می‌باشد. عمل‌کرد الگوریتم پیشنهادی روی دو پایگاه داده‌ی adfecgdb و pcdb با روش های تک کاناله‌ی پیشین از جمله مدل های یادگیری عمیق مقایسه شده است. تحلیل نتایج آماری به دست آمده نشان می دهد که روش پیشنهادی، تخمین ضربان قلب و پیک r سیگنال جنین را با دقت خوبی انجام داده است. بنابراین روش پیشنهادی برای مانیتورینگ طولانی مدت جنین مناسب است.

estimation of f etal heart rate from single-channel abdominal electrocardiogram based on non-negative matrix factorization

one of the procedures for estimating fetal heart rate (fhr) is the use of an electrocardiogram (ecg). the ecg is a safe, inexpensive, and convenient method that can be used for remote monitoring, so maternal abdominal ecg recording (aecg) is used. the aecg signal, in addition to the fetal ecg (fecg), includes the maternal ecg (mecg), maternal or fetal muscle activity, fetal brain activity, and noise, makingit difficult to estimate the fetal heart rate based on the abdominal signal. in this study,the fetal heart rate is estimated from the single-channel aecg signal utilizing nonnegativematrix factorization (nmf). in this method, the short-time fourier transform(stft) is used to obtain time-frequency information of the abdominal signal. next, thenmf utilizes the stft matrix as input. the rows of the non-negative matrix resultingfrom the nmf contain the content of maternal, fetal, and noise, which are used to detectr-peak and fhr. it performs well when mecg and fecg amplitudes are closetogether, which is one of the advantages of this method. the robustness and performanceof the proposed algorithm have been compared with other state-of-the-art single-channelapproaches, including deep learning models, on two databases, adfecgdb andpcdb. statistical analysis demonstrates that the proposed method is capable ofestimating fhr and r-peak accurately. as a result, the proposed method is suitable forlong-term fetal monitoring.