Алгоритм определения пульса на фонокардиограмме человека и плода без классификации тонов сердца

Актуальность работы обусловлена перспективами применения фонокардиограмм для проведения суточного мониторинга за состоянием плода и матери за счет конструирования недорогих портативных устройств. На данный момент отсутствуют программно-аппаратные комплексы, полностью решающие данную задачу. В связи с этим, в статье представлен алгоритм определения пульса на фонокардиограмме для обработки сигнала в потоковом режиме. Особенностью алгоритма является определение пульса человека или плода на основе сегментации звуков тонов сердца без проведения их классификации на первый и второй сердечный звук, а также в условиях присутствия иных физиологических и механических звуков, отсутствия одного из тонов сердца на сигнале и наличия отклонений границ сегментированных тонов от реальной локализации звуков сердечно-сосудистой системы. Для оценки достоверности результатов было произведено сравнение пульсовых значений, полученных разработанным алгоритмом и референтными методами. В качестве эталона для сравнения использовались значения пульса, полученные при обработке электрокардиограммы и рассчитанные двумя экспертами на основе фонокардиограммы. Среднее относительное отклонение между полученными результатами и результатами референтных методов не превышает 3 %. Материалы статьи представляют практическую ценность для конструирования систем суточного мониторинга состояния плода и человека.

1. Здравоохранение в России. 2019. стат. сб. М.: Росстат; 2019. 170 с.

2. Kovacs F., Torok M., Habermajer I. A rule-based phonocardiographic method for long-term fetal heart rate monitoring. IEEE Transactions on Biomedical Engineering. 2000;47(1):124–130. DOI: 10.1109/10.817627.

3. Liu C., Springer D., Li Q., Moody B., Juan R.A., Chorro F.J., Clifford G.D. An open access database for the evaluation of heart sound algorithms. Physiological Measurement. 2016;37(12):2181–2213. DOI: 10.1088/0967-3334/37/12/2181.

4. Chetlur Adithya P., Sankar R., Moreno W.A., Hart S. Trends in fetal monitoring through phonocardiography: Challenges and future directions. Biomedical Signal Processing and Control. 2017;33:289–305. DOI: 10.1016/j.bspc.2016.11.007.

5. El-Segaier M., Lilja O., Lukkarinen S., Sörnmo L., Sepponen R., Pesonen E. Computer-Based Detection and Analysis of Heart Sound and Murmur. Annals of Biomedical Engineering. 2005;33(7):937–942. DOI: 10.1007/s10439-005-4053-3.

6. Tang H., Li T., Qiu T., Park Y. Fetal Heart Rate Monitoring from Phonocardiograph Signal Using Repetition Frequency of Heart Sounds. Journal of Electrical and Computer Engineering. 2016:1–6. DOI: 10.1155/2016/2404267.

7. Nivitha Varghees V., Ramachandran K.I., Soman K.P. Wavelet-based fundamental heart sound recognition method using morphological and interval features. Healthcare Technology Letters. 2018;5(3):81–87. DOI: 10.1049/htl.2016.0109.

8. Твардовский В.И., Дмитрачков В.В., Былинский Н.Н., Волкова О.Н., Каледа А.Г., Назаренко О.Н., Самохвал О.В. Основы электрокардиографии детского возраста. Учеб.-метод. пособие. Минск: БГМУ; 2011. 76 с.

9. Аед В.М., Исаков Р.В., Сушкова Л.Т., Аль-Хайдри В.А. Алгоритм построения кардиоинтервалограммы на основе фонокардиограммы. Радиотехнические и телекоммуникационные системы. 2016;22(2):34–43.

10. International Standard. ISO 5840-2:2015 (E): Cardiovascular implants: cardiac valve prostheses. Part 2: Surgically implanted heart valve substitutes; 2015. Режим доступа: https://www.iso.org/standard/51314.html (дата обращения: 1.12.2021).

11. Chung C.S., Karamanoglu M., Kovács S.J. Duration of diastole and its phases as a function of heart rate during supine bicycle exercise. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 2004;287(5):H2003–H2008. DOI: 10.1152/ajpheart.00404.200.

12. Yuenyong S., Nishihara A., Kongprawechnon W., Tungpimolrut K. A framework for automatic heart sound analysis without segmentation. BioMedical Engineering OnLine, 2011;10(1):13. DOI:10.1186/1475-925x-10-13.

13. Костелей Я.В., Жданов Д.С., Боровской И.Г. Адаптация фильтра нелокального усреднения для усиления звуков тонов сердца на фонокардиограммах плода и человека. Вестник СибГУТИ. 2021;3:77–91.

14. Шаргаева Н.В. Диагностика угрожаемых состояний плода во время беременности и в родах. Проблемы здоровья и экологии. 2005;3:103–112.

15. Dares G.S., Houghton C.R.S., Redman C.W.G. Baseline in human fetal heart-rate records. BJOG: An International Journal of Obstetrics and Gynaecology. 1982;89(4):270–275. DOI: 10.1111/j.1471-0528.1982.tb04695.x.

16. Kazemnejad A., Gordany P., Sameni R. An open-access simultaneous electrocardiogram and phonocardiogram database. BioRxiv. 2021. Режим доступа: DOI: 10.1101/2021.05.17.444563 (дата обращения: 1.12.2021).