sibsutisВестник СибГУТИThe Herald of the Siberian State University of Telecommunications and Information Science1998-6920СибГУТИ10.55648/1998-6920-2021-15-3-77-91sibsutis-63Research ArticleСтатьиАдаптация фильтра нелокального усреднения для усиления звуков тонов сердца на фонокардиограммах плода и человекаNon-local averaging filter adaptation for heart sounds amplification on fetus and humans’ phonocardiogramsКостелейЯ. В.KosteleyY. V.kosteleyyv@gmail.comЖдановД. С.ZhdanovD. S.d_s_zhdanov@mail.ruБоровскойИ. Г.BorovskoyI. G.igor.g.borovskoi@tusur.ruООО «Диагностика +»; Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроникиRussian FederationООО «Диагностика +»; Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроникиRussian FederationТомский государственный университет систем управления и радиоэлектроникиRussian Federation202118092021037791Copyright © Костелей Я.В., Жданов Д.С., Боровской И.Г., 20212021Костелей Я.В., Жданов Д.С., Боровской И.Г.Kosteley Y.V., Zhdanov D.S., Borovskoy I.G.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.sibsutis.ru/jour/article/view/63

Представлено конструирование и обоснование работы фильтра pNLF, основанного на модификации фильтра нелокального усреднения, для решения задачи усиления звуков тонов сердца на фонокардиограммах плода и человека для последующей сегментации тонов и вычисления частоты сердечных сокращений, актуальных для фетального мониторинга. Приведены особенности подбора параметров фильтра и перспективы его оптимизации для конкретных задач. Предоставлены данные и результаты оценки фильтрации методом pNLF на фонокардиограммах плода и взрослого человека, зарегистрированных с использованием разных акустических датчиков.

The design and substantiation of the pNLF filter based on a non-local averaging filter modification is presented. The filter is used for solving the problem of heart sounds amplification on fetal and human phonocardiograms for further tone segmentation and heart rate calculation relevant for fetal monitoring. The parameters for choosing the filter and the prospects for its optimization for specific tasks are presented. The data and results of filtration performed by the pNLF on fetus and human phonocardiograms recorded by using different acoustic sensors are provided.

фонокардиограмманелокальное усреднениесегментация тонов сердцаphonocardiogramnon-local meansheart rate segmentationReferencesSbrollini A., Strazza A., Caragiuli M., Mozzoni C., Tomassini S., Agostinelli A., Burattini L. Fetal Phonocardiogram Denoising by Wavelet Transformation: Robustness to Noise II Computing in Cardiology Conference. 2017. V. 44. DOI: 10.22489/cinc.2017.331-075.Sbrollini A., Strazza A., Caragiuli M., Mozzoni C., Tomassini S., Agostinelli A., Burattini L. Fetal Phonocardiogram Denoising by Wavelet Transformation: Robustness to Noise II Computing in Cardiology Conference. 2017. V. 44. DOI: 10.22489/cinc.2017.331-075.Koutsiana E., Hadjileontiadis L. J., Chouvarda I., Khandoker A. H. Fetal Heart Sounds Detection Using Wavelet Transform and Fractal Dimension II Frontiers in Bioengineering and Biotechnology. 2017. V. 5, № 49. DOI: 10.3389/fbioe.2017.00049.Koutsiana E., Hadjileontiadis L. J., Chouvarda I., Khandoker A. H. Fetal Heart Sounds Detection Using Wavelet Transform and Fractal Dimension II Frontiers in Bioengineering and Biotechnology. 2017. V. 5, № 49. DOI: 10.3389/fbioe.2017.00049.Chourasia V. S., Mittra A. K. Wavelet-based denoising of fetal phonocardiographic signals II International Journal of Medical Engineering and Informatics. 2010. V. 2, № 2. P. 139-150. DOI:10.15 0 4/ijmei.2 010.031516.Chourasia V. S., Mittra A. K. Wavelet-based denoising of fetal phonocardiographic signals II International Journal of Medical Engineering and Informatics. 2010. V. 2, № 2. P. 139-150. DOI:10.15 0 4/ijmei.2 010.031516.Samieinasab M., Sameni R Fetal phonocardiogram extraction using single channel blind source separation II 2015 23rd Iranian Conference on Electrical Engineering. 2015. P. 78-83. DOI: 10.1109/iraniancee.2015.7146186.Samieinasab M., Sameni R Fetal phonocardiogram extraction using single channel blind source separation II 2015 23rd Iranian Conference on Electrical Engineering. 2015. P. 78-83. DOI: 10.1109/iraniancee.2015.7146186.Taralunga D. D., Ungureanu M., Hurezeanu B., Strungaru R. Fetal Heart Rate Estimation from Phonocardiograms Using an EMD Based Method II Recent Advances in Computer Science Proceedings of the 19th International Conference on Computers (part of CSCC'15). 2015. P. 414-417.Taralunga D. D., Ungureanu M., Hurezeanu B., Strungaru R. Fetal Heart Rate Estimation from Phonocardiograms Using an EMD Based Method II Recent Advances in Computer Science Proceedings of the 19th International Conference on Computers (part of CSCC'15). 2015. P. 414-417.Warbhe A. D., Dharaskar R. V., Kalambhe B. Extraction of Fetal Heart Sound Signals using Independent Component Analysis II Computational Intelligence Applications. 2010. P. 66-68.Warbhe A. D., Dharaskar R. V., Kalambhe B. Extraction of Fetal Heart Sound Signals using Independent Component Analysis II Computational Intelligence Applications. 2010. P. 66-68.Chetlur A., Sankar R., Moreno W.A., Hart, S. Trends in fetal monitoring through phonocardiography: Challenges and future directions II Biomedical Signal Processing and Control. 2017. V. 33. P. 289-305. DOI: 10.1016/j.bspc.2016.11.007.Chetlur A., Sankar R., Moreno W.A., Hart, S. Trends in fetal monitoring through phonocardiography: Challenges and future directions II Biomedical Signal Processing and Control. 2017. V. 33. P. 289-305. DOI: 10.1016/j.bspc.2016.11.007.Ismail S., Siddiqi I., Akram U. Localization and classification of heart beats in phonocardiography signals - a comprehensive review II EURASIP Journal on Advances in Signal Processing. 2018. № 26. DOI: 10.1186/s13 63 4-018-05 45-9.Ismail S., Siddiqi I., Akram U. Localization and classification of heart beats in phonocardiography signals - a comprehensive review II EURASIP Journal on Advances in Signal Processing. 2018. № 26. DOI: 10.1186/s13 63 4-018-05 45-9.Buades A., Coll B., Morel J. M. A review of image denoising algorithms, with a new one // Multiscale Modeling and Simulation: A SIAM Interdisciplinary Journal, Society for Industrial and Applied Mathematics. 2005. V. 4, № 2, P. 490-530.Buades A., Coll B., Morel J. M. A review of image denoising algorithms, with a new one // Multiscale Modeling and Simulation: A SIAM Interdisciplinary Journal, Society for Industrial and Applied Mathematics. 2005. V. 4, № 2, P. 490-530.Аед А.М., Исаков Р. В., Сушкова Л. Т., Аль-Хайдри В. А. Алгоритм построения кардиоинтервалограммы на основе фонокардиограммы // Радиотехнические и телекоммуникационные системы. 2016. № 2. С. 34-43.Аед А.М., Исаков Р. В., Сушкова Л. Т., Аль-Хайдри В. А. Алгоритм построения кардиоинтервалограммы на основе фонокардиограммы // Радиотехнические и телекоммуникационные системы. 2016. № 2. С. 34-43.Большев А. С., Сидоров Д. Г., Овчинников С. А. Частота сердечных сокращений. Физиолого-педагогические аспекты. Н. Новгород: ННГАСУ, 2017. 76 с.Большев А. С., Сидоров Д. Г., Овчинников С. А. Частота сердечных сокращений. Физиолого-педагогические аспекты. Н. Новгород: ННГАСУ, 2017. 76 с.Altunkaya S., Kara S., Gormus N., Herdem S. Time Domain Features of Heart Sounds for Determining Mechanical Valve Thrombosis // Lecture Notes in Electrical Engineering. 2011. P. 173-181. DOI: 10.1007/978-94-007-1192-1_15.Altunkaya S., Kara S., Gormus N., Herdem S. Time Domain Features of Heart Sounds for Determining Mechanical Valve Thrombosis // Lecture Notes in Electrical Engineering. 2011. P. 173-181. DOI: 10.1007/978-94-007-1192-1_15.Zhdanov D. S., Bureev A. S., Kostelei Y. V., Khokhlova L. A., Dikman E. Y. A Mobile Device for Assessing Fetal Status Based on Monitoring Cardiovascular System Parameters. Biomedical Engineering. 2018. V. 52, № 2. P. 87-91. DOI: 10.1007/s10527-018-9789-9.Zhdanov D. S., Bureev A. S., Kostelei Y. V., Khokhlova L. A., Dikman E. Y. A Mobile Device for Assessing Fetal Status Based on Monitoring Cardiovascular System Parameters. Biomedical Engineering. 2018. V. 52, № 2. P. 87-91. DOI: 10.1007/s10527-018-9789-9.Tracey B. H., Miller E. L. Nonlocal Means Denoising of ECG Signals // IEEE Transactions on Biomedical Engineering. 2012. V. 59, № 9. P. 2383-2386. DOI: 10.1109/tbme.2012.2208964.Tracey B. H., Miller E. L. Nonlocal Means Denoising of ECG Signals // IEEE Transactions on Biomedical Engineering. 2012. V. 59, № 9. P. 2383-2386. DOI: 10.1109/tbme.2012.2208964.Lee Y., Hwang D. Periodicity-based nonlocal-means denoising method for electrocardiography in low SNR non-white noisy conditions // Biomedical Signal Processing and Control. 2018. V. 39. P. 284-293. DOI: 10.1016/j.bspc.2017.08.00 6.Lee Y., Hwang D. Periodicity-based nonlocal-means denoising method for electrocardiography in low SNR non-white noisy conditions // Biomedical Signal Processing and Control. 2018. V. 39. P. 284-293. DOI: 10.1016/j.bspc.2017.08.00 6.Tian X., Li Y., Zhou H., Li X., Chen L., Zhang X. Electrocardiogram Signal Denoising Using Extreme-Point Symmetric Mode Decomposition and Nonlocal Means // Sensors. 2016. V. 16, № 10. DOI: 10.3390/s16101584.Tian X., Li Y., Zhou H., Li X., Chen L., Zhang X. Electrocardiogram Signal Denoising Using Extreme-Point Symmetric Mode Decomposition and Nonlocal Means // Sensors. 2016. V. 16, № 10. DOI: 10.3390/s16101584.Singh P., Shahnawazuddin S., Pradhan G. An Efficient ECG Denoising Technique Based on Non-local Means Estimation and Modified Empirical Mode Decomposition // Circuits, Systems, and Signal Proc. 2018. V. 37. P. 4527-4547. DOI: 10.1007/s00034-018-0777-9.Singh P., Shahnawazuddin S., Pradhan G. An Efficient ECG Denoising Technique Based on Non-local Means Estimation and Modified Empirical Mode Decomposition // Circuits, Systems, and Signal Proc. 2018. V. 37. P. 4527-4547. DOI: 10.1007/s00034-018-0777-9.Рудницкий А. Г. Использование метода нелокального усреднения для разделения звуков сердца и звуков дыхания // Акустический журн. 2014. Т. 60, № 6. С. 688-695.Рудницкий А. Г. Использование метода нелокального усреднения для разделения звуков сердца и звуков дыхания // Акустический журн. 2014. Т. 60, № 6. С. 688-695.Bentley P., Nordehn G.l., Coimbra M., Mannor S., Getz R Datasets for Classifying Heart Sounds Challenge [Электронный ресурс] // Classifying Heart Sounds Challenge: [Электронный ресурс]. [2012]. URL: http://www.peterjbentley.com/heartchallenge/#dates (дата обращения 07.06.2020 г.).Bentley P., Nordehn G.l., Coimbra M., Mannor S., Getz R Datasets for Classifying Heart Sounds Challenge [Электронный ресурс] // Classifying Heart Sounds Challenge: [Электронный ресурс]. [2012]. URL: http://www.peterjbentley.com/heartchallenge/#dates (дата обращения 07.06.2020 г.).Kosteley Y., Bureev A.; Zhdanov D., Yuriev S. Fetal and human PCG Data with the first and second heart tone segmentation for pNLF algorithm testing [Электронный ресурс] // Mendeley Data: [сайт]. [2020]. URL: doi.org/10.17 632/wk6rkmdgrf.1 (дата обращения 07.06.2020 г.).Kosteley Y., Bureev A.; Zhdanov D., Yuriev S. Fetal and human PCG Data with the first and second heart tone segmentation for pNLF algorithm testing [Электронный ресурс] // Mendeley Data: [сайт]. [2020]. URL: doi.org/10.17 632/wk6rkmdgrf.1 (дата обращения 07.06.2020 г.).Cesarelli M, Ruffo M, Romano M, Bifulco P. Fetal PCG Database [Электронный ресурс] // PhysioNet: [сайт]. [2020]. URL: doi.org/10.1302 6/C2PD5B (дата обращения 07.06.2020 г.).Cesarelli M, Ruffo M, Romano M, Bifulco P. Fetal PCG Database [Электронный ресурс] // PhysioNet: [сайт]. [2020]. URL: doi.org/10.1302 6/C2PD5B (дата обращения 07.06.2020 г.).Cesarelli M, Ruffo M, Romano M, Bifulco P. Simulation of foetal phonocardiographic recordings for testing of FHR extraction algorithms // Computer Methods Programs Biomed. 2012. V. 107, № 3. P. 513-23. DOI: 10.1016/j.cmpb.2011.11.008.Cesarelli M, Ruffo M, Romano M, Bifulco P. Simulation of foetal phonocardiographic recordings for testing of FHR extraction algorithms // Computer Methods Programs Biomed. 2012. V. 107, № 3. P. 513-23. DOI: 10.1016/j.cmpb.2011.11.008.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.