электронный журнал открытого доступа Cardiometry - выпуск 14, май 2019

ОРИГИНАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ Подача: 11.12.2018; Одобрение: 21.1.2019; Публикация: 21.5.2019
Разработка системы обработки
ФКГ-сигнала для идентификации
тонов кардиоцикла
Ельдос Алтай 1* , Артем Кремлев 1 , Айгерим Садыкова 2
1
Санкт-Петербургский Национальный Исследовательский
Университет Информационных Технологий, Механики и
Оптики
Россия, 197198, Санкт-Петербург, Кронверкский просп.49
2
Национальный Научный Кардиохирургический Центр
Казахстан, 010000, Астана, просп. Туран 38
*
Автор, отвечающий за переписку:
e-mail: aeldos@inbox.ru, телефон: +7 (952) 278-52-53
Аннотация
В данной статье представлены результаты обработки фонокардиографических
сигналов (ФКГ-сигнала) для идентификации
тонов кардиоцикла при наличиях шумов различной интенсивности.
Для обработки ФКГ-сигнала предложен подход
на основе банка активных полосовых фильтров, позволяющий
повысить точность идентификации тонов кардиоцикла
на фоне шумов. Эффективность применения предложенного
подхода продемонстрированы качественными, количественными
и экспериментальными результатами обработки
ФКГ-сигнала. Разработана 3D модель системы идентификации
тонов кардиоцикла.
Ключевые слова
Обработка, Фонокардиограмма, Банк фильтров, Идентификация,
Тоны кардиоцикла, Электронный стетоскоп, Визуализация,
Биомеханика сердца
Выходные данные
Ельдос Алтай, Артем Кремлев, Айгерим Садыкова. Разработка
системы обработки ФКГ-сигнала для идентификации тонов
кардиоцикла. Cardiometry; Выпуск 14; Май 2019; стр.71-
77; DOI: 10.12710/cardiometry.2019.14.7177; Онлайн доступ:
http://www.cardiometry.net/issues/no14-may-2019/pcg-
signal-processing-system
Введение
По статистике Всемирной организации здравоохранения
(ВОЗ) заболевания сердечно-сосудистой
системы являются основной причиной смертности
во всем мире [1,2]. Для диагностики заболеваний
сердечно-сосудистой системы на сегодняшний
день в медицине применяются методы фонокардиографии,
электрокардиографии, электронная
аускультация и множество других методов [2-4].
Фонокардиография – методика исследования биомеханической
активности сердца, основанная на
регистрации звуковых колебаний работы сердечной
мышцы и клапанного аппарата [2]. В научной
литературе идентифицируемые фонокардиографические
сигналы (ФКГ-сигнал) принято называть
тонами кардиоцикла, а ее активность — биомеханикой
[2,3]. На практике идентификация тонов
кардиоцикла осуществляется фонокардиографами,
либо электронными стетоскопами. Для упрощения
процедуры регистрации тонов кардиоцикла
на торсе человека используют стетоскоп со встроенным
в головку электронным микрофоном [4-8].
Стетоскоп – акустический прибор для выслушивания
звуковых явлений (аускультации) внутренних
органов. Использование электронных микрофонов
в головках стетоскопа для фонокардиографических
исследований на сегодняшний день весьма оправдано
[4-9]. Процесс идентификации тонов кардиоцикла
состоит из следующих стадий: регистрация
сигнала на точках аускультации сердца, усиление
сигнала и его последующая обработка (фильтрация)
и визуализация специализированным устройством
[3,9]. Однако на практике идентификация тонов
кардиоцикла в значительной степени усложняется
при влиянии шумов окружающей среды различной
интенсивности [3,4,9]. При влиянии таких шумов
точность идентификации тонов кардиоцикла в значительной
степени снижается, что может привести
к неточной визуализации фонокардиографической
информации [9]. Таким образом, разработка и исследование
подходов фильтрации для повышения
точности идентификации тонов кардиоцикла на
фоне шумов измерения являются весьма актуальной
задачей.
На сегодняшний день для решения данной задачи
известны подходы [5-8], которые основаны
на активной, пассивной (низкочастотной и высокочастотной)
фильтрации сигнала. Анализ известных
работ выявил следующие особенности
указанных подходов: при прохождении блоков
фильтрации идентифицируемые тоны кардиоцикла
сглаживаются и клипируются, приводя к
Выпуск 14, Май 2019 | 57