Алексей Олегович Макалов, аспирант
Институт высокоточных систем им. В. П. Грязева
кафедра приборов и биотехнических систем
300012
пр-т Ленина, д. 92
Тула
Alexey O. Makalov, Post-Graduate Student
V. P. Gryazev Institute of High-Precision Systems
Department of Devices and Biotechnical Systems
300012
92 Lenin Ave.
Tula
Владимир Александрович Смирнов, кандидат технических наук, доцент
Институт высокоточных систем им. В. П. Грязева
кафедра приборов и биотехнических систем
300012
пр-т Ленина, д. 92
Тула
Vladimir A. Smirnov, Cand. of Sci. (Engineering), Associate Professor
V. P. Gryazev Institute of High-Precision Systems
Department of Devices and Biotechnical Systems
300012
92 Lenin Ave.
Tula
Алексей Вячеславович Прохорцов, доктор технических наук, доцент
Институт высокоточных систем им. В. П. Грязева
кафедра приборов и биотехнических систем
300012
пр-т Ленина, д. 92
Тула
Alexey V. Prokhortsov, Dr. of Sci. (Engineering), Associate Professor
V. P. Gryazev Institute of High-Precision Systems
Department of Devices and Biotechnical Systems
300012
92 Lenin Ave.
Tula
Цель исследования – повышение разнообразия конструкций систем электронной аускультации с измеренными характеристиками и апробированием.
Серия статей включает в себя разработку модели системы электронной аускультации, разработку конструкции электронного стетоскопа, изготовление экспериментального образца, разработку методики измерения амплитудно-частотных характеристик электронных и классических стетоскопов, апробирование предложенных моделей и методов, анализ аускультативных данных. В статье рассмотрены математические методы первичного анализа аускультативных данных. Для эксперимента использованы записи нормального и жесткого дыхания. Произведен частотный, частотно-временной и автокорреляционный анализ дыхательных звуков.
Методы. Исследования базировались на теории цифровой обработки сигналов. В исследовании использованы аускультативные данные, полученные с экспериментального образца системы электронной аускультации. Использовались электронные записи жесткого (паталогического) и нормального дыхания человека над левым средним легким. Дыхательные шумы были преобразованы в цифровую форму со следующими параметрами: частота дискретизации fд = 48 кГц; разрядность n = 24 бит; количество каналов 1. Для анализа частотной информативности записей построены их спектры. Для вычисления значений в спектрах использовалось быстрое преобразование Фурье.
Результаты. В представленной работе проанализированы частотные характеристики записей жесткого и нормального дыхания. Получены значения автокорреляционных функций. Получена авторегрессионная модель процесса нормального дыхания. Задача аналитического определения порядка модели остаётся открытой и требует отдельного решения. Полученная модель позволяет генерировать эквивалентный дыхательный шум вдоха или выдоха при подаче на её вход сигнала с равномерным.
Заключение. Апробирован образец системы электронной аускультации, предложены методы упрощенного первичного анализа аускультативных данных. Разница в результатах обработки жесткого и нормального дыхания не имеет статистической значимости ввиду малой выборки.
The purpose of research is to increase the diversity of electronic auscultation system designs with measured characteristics and testing.
The series of articles includes the development of a model of the electronic auscultation system, the design of an electronic stethoscope, the manufacture of an experimental sample, the development of a methodology for measuring the amplitude-frequency characteristics of electronic and classical stethoscopes, testing of the proposed models and methods, analysis of auscultative data. The article considers mathematical methods of primary analysis of auscultative data. Recordings of normal and hard breathing were used for the experiment. Frequency, time-frequency and autocorrelation analysis of respiratory sounds was performed.
Methods. The research was based on the theory of digital signal processing. The study uses auscultative data obtained from an experimental sample of an electronic auscultation system. Electronic records of hard (pathological) and normal human breathing over the left middle lung were used. Respiratory noises were converted into digital form with the following parameters: sampling frequency fd = 48 kHz; bit depth n = 24 bits; number of channels 1. To analyze the frequency information content of the recordings, their spectra were constructed. A fast Fourier transform was used to calculate the values in the spectra.
Results. In the presented work, the frequency characteristics of recordings of hard and normal breathing are analyzed. The values of autocorrelation functions are obtained. An author-regression model of the process of normal breathing is obtained. The problem of analytical determination of the model order remains open and requires a separate solution. The resulting model allows you to generate an equivalent breathing noise of inhalation or exhalation when a signal with a uniform is applied to its input.
Conclusion. A sample of the electronic auscultation system has been tested, methods of simplified primary analysis of auscultative data have been proposed. The difference in the results of the treatment of hard and normal breathing has no statistical significance due to the small sample.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.