【摘要】：近年來,隨著“二胎”政策的全面落實和“優(yōu)生優(yōu)育”理念的廣泛普及,人們在保障母嬰健康方面的意識逐漸增強。對胎兒健康狀況進行實時監(jiān)護,有助于臨床醫(yī)生及時發(fā)現(xiàn)并處理胎兒異常,從而降低出生死亡率和嬰兒缺陷率。孕期胎心宮縮監(jiān)護(Cardiotocography,CTG)是目前臨床上最常見最有效的評估胎兒宮內(nèi)健康狀況的胎兒監(jiān)護方法,其中胎兒心率(Fetal Heart Rate,FHR)信號是圍產(chǎn)期胎兒電子監(jiān)護的一項核心生理參數(shù)。CTG信號的解讀至關(guān)重要,以便及時、有效、準(zhǔn)確、方便地獲取CTG中所蘊含的孕婦胎兒健康狀態(tài)信息,對提高人口出生質(zhì)量具有重要的理論價值和現(xiàn)實意義。醫(yī)護人員判讀CTG信號的經(jīng)驗參差不齊,經(jīng)常出現(xiàn)因主觀差異性而做出不一致的臨床診斷結(jié)果,進而推動了計算機輔助分析系統(tǒng)的快速發(fā)展。然而,目前的計算機系統(tǒng)仍存在參數(shù)的不充分性、算法的局限性等諸多不足,使得診斷胎兒狀態(tài)的準(zhǔn)確率不高。本文主要研究了利用人工智能學(xué)習(xí)算法實現(xiàn)胎兒狀態(tài)智能評估。首先,提取基于CTG信號的多模態(tài)參數(shù),在此基礎(chǔ)上,分析特征優(yōu)化方法選擇最優(yōu)特征子集,然后構(gòu)建機器學(xué)習(xí)模型來執(zhí)行胎兒分類任務(wù);最后,在無需任何特征工程的情況下,設(shè)計并優(yōu)化卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對胎兒狀態(tài)做出診斷。本文的研究工作主要有:(1)闡述了本文的研究背景和意義,回顧了胎兒狀態(tài)評估算法的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀,為本文提出的研究方案提供了理論基礎(chǔ)。(2)提出了基于CTG信號的多模態(tài)參數(shù)提取算法,并開發(fā)了可視化軟件。從預(yù)處理后的CTG信號中提取全面的不同特征域的參數(shù),包括:描述曲線模式的形態(tài)學(xué)特征,反映信號微小變化的時域特征,計算信號功率譜面積的頻域特征和刻畫信號非線性特性的非線性特征,設(shè)計了分析結(jié)果可視化的計算機軟件。(3)提出了基于機器學(xué)習(xí)的胎兒狀態(tài)評估算法。在提取CTG參數(shù)的基礎(chǔ)上,利用合成少數(shù)過采樣技術(shù)來緩解類別不平衡問題,探討了如何從原始數(shù)據(jù)集中優(yōu)化選擇最優(yōu)的特征子集,設(shè)計了多種典型的機器學(xué)習(xí)算法來判斷胎兒健康狀況,并利用數(shù)據(jù)庫測試了算法性能。最后,實驗結(jié)果證明:基于遺傳算法和自適應(yīng)提升的分類組合的性能最佳,其準(zhǔn)確度、靈敏度、特異度和曲線下面積分別為95.15%、96.51%、93.44%和 94.67%。(4)提出了基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的胎兒狀態(tài)評估算法。分別采用連續(xù)小波變換和遞歸圖將一維胎心率信號轉(zhuǎn)換為二維圖像,設(shè)計了相應(yīng)的二維卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),研究了交叉驗證的訓(xùn)練策略方法來實現(xiàn)兩種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的最優(yōu)化設(shè)置,并利用數(shù)據(jù)庫測試了算法性能。最后,實驗結(jié)果證明:相比傳統(tǒng)的機器學(xué)習(xí)方法,卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以從輸入中自學(xué)習(xí)相關(guān)信息,而不執(zhí)行特征提取、特征優(yōu)化等過程,且分類性能更優(yōu),其準(zhǔn)確度、靈敏度、特異度和曲線下面積分別是98.36%、99.05%、97.67%和 98.36%。本文的研究實現(xiàn)了胎心率參數(shù)的自動監(jiān)測分析和胎兒健康狀況的智能評估,為臨床圍產(chǎn)期胎兒智能監(jiān)護儀器的工程化開發(fā)應(yīng)用奠定了理論基礎(chǔ)與技術(shù)支撐。
【圖文】：

心率監(jiān)控手段。逡逑胎心宮縮監(jiān)護（Ｃａｒｄｉｏｔｏｃｏｇｒａｐｈｙ，ＣＴＧ），也稱為胎兒電子監(jiān)護，是臨床常逡逑規(guī)中應(yīng)用最廣泛的評估胎兒宮內(nèi)狀態(tài)的主要檢測方式［１１］，如圖１．１所示。ＣＴＧ逡逑產(chǎn)前監(jiān)護圖包含胎兒心率（簡稱胎心率，Ｆｅｔａｌ邋Ｈｅａｒｔ邋Ｒａｔｅ，邋ＦＨＲ）和母體子宮收縮逡逑（簡稱宮縮，Ｕｔｅｒｉｎｅ邋Ｃｏｎｔｒａｃｔｉｏｎ，邋ＵＣ）兩大核心生理信號，如圖１．２所７Ｋ。其中逡逑胎心率是指胎兒心臟每分鐘跳動的次數(shù)（ｂｅａｔ邋ｐｅｒ邋ｍｉｎｕｔｅ，邋ｂｐｍ），胎兒的宮內(nèi)窘迫逡逑狀態(tài)將導(dǎo)致胎兒心率值出現(xiàn)偏低或者偏高的異�，F(xiàn)象。因此，密切關(guān)注胎兒心率逡逑的變化情況，可以在了解胎兒發(fā)育狀況的同時，大大減少因胎兒發(fā)生宮內(nèi)窘迫狀逡逑態(tài)導(dǎo)致的胎兒出生缺陷，甚至胎兒死亡的情況［１２］。在臨床胎兒產(chǎn)前健康診斷中，，逡逑ＣＴＧ作為胎兒異�！霸绨l(fā)現(xiàn)，早診斷”的重要技術(shù)，通過對胎心率、宮縮進行監(jiān)逡逑護

根據(jù)分析結(jié)果，他們設(shè)計了一種定位于２６？４２孕周的產(chǎn)前胎兒監(jiān)護數(shù)據(jù)分析的計逡逑算機系統(tǒng)，并形成了標(biāo)準(zhǔn)：Ｄａｗｅｓ／Ｒｅｄｍａｎ判據(jù)，可用于診斷胎兒健康狀況。到逡逑目前為止，該計算機系統(tǒng)己成功擴展為Ｓｏｎｉｃａｉｄ胎兒監(jiān)護系統(tǒng)（如圖１．３（ａ）所示），逡逑包含７３５００例以上的胎心率數(shù)據(jù)記錄。逡逑（２）邐ＳｉｓＰｏｒｔｏ系統(tǒng)［２（＼從１９８７年起，葡萄牙波爾圖大學(xué)的相關(guān)學(xué)者提出了逡逑利用計算機分析胎心率信號的方法，之后成功開發(fā)出了基于ＦＩＧＯ指南的第一代逡逑ＳｉｓＰｏｒｔｏ系統(tǒng)，通過進一步地改進，該系統(tǒng)己擴展為商業(yè)化使用的逡逑Ｏｍｎｉｖｉｅｗ－ＳｉｓＰｏｒｔｏ系統(tǒng)（如圖１．３（ｂ）所示）。在監(jiān)護胎兒一定時間后，系統(tǒng)對ＣＴＧ逡逑曲線的自動分析才開始進行，接著會不斷地更新計算機的分析結(jié)果，計算包括基逡逑礎(chǔ)胎心率、基線、加減速的識別和長短變異等在內(nèi)的相關(guān)參數(shù)。逡逑（３）
【學(xué)位授予單位】：杭州電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TP18;TN911.7;R714.5

【參考文獻】

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本文編號：2704288