نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی

نویسنده

دانشگاه صنعتی شاهرود

10.22041/ijbme.2021.536135.1712

چکیده

امروزه، قلب‌شنوایی یکی از راههای مهم و موثر در پایش بیماریهای قلبی است. با پیشرفت تکنولوژی و تسهیل انجام دورمراقبتی از یک سو، و افزایش نیاز به ضبط باکیفیت و طولانی‌مدتِ سیگنال صوتی قلب (PCG) از سوی دیگر، حجم داده‌های تولید شده افزایش پیدا کرده و بنابراین، ذخیره‌سازی و انتقال این سیگنال‌ها با مشکل روبه‌رو شده است؛ این امر به نوبه‌ی خود، اهمیت و ضرورت استفاده از روش‌های کارآمد فشرده‌سازی این نوع سیگنالها را نشان می‌دهد. این روش‌ها باید میزان فشرده‌سازی بالا داشته و در عین حال، کیفیت سیگنال و اطلاعات کلینیکی مهم را تا حد ممکن حفظ کنند.

در این مقاله یک روش فشرده‌سازی بااتلاف برای سیگنالهای PCG که با نرخ نمونه‌برداری نسبتا بالا ضبط شده‌اند، پیشنهاد شده است طوری که قادر به کنترل نسبی کیفیت سیگنال فشرده‌شده باشد. این روش مبتنی بر دو فن «نمونه‌کاهی دومرحله‌ای» و «انطباق الگو» است. فن پیشنهادی نمونه‌کاهی دومرحله‌ای موجب افزایش میزان فشرده‌سازی و کاهش حجم محاسبات می‌شود. فن انطباق الگو قادر به کاهش تزاید بین-دوره‌ای و بنابراین، افزایش میزان فشرده‌سازی است.

نتایج شبیه‌سازی روش پیشنهادی روی دو پایگاه داده دانشگاه میشیگان و دانشگاه واشنگتن نشان می‌دهد که نمونه‌کاهی دومرحله‌ای و انطباق الگو سهم زیادی در افزایش میزان فشرده‌سازی دارند. کارایی روش پیشنهادی بر طبق معیارهای PRD و CR ارزیابی و با نتایج چند روش موجود مقایسه شد. در این ارزیابی، به ازاء محدوده‌ی PRD≤5%، مقدار CR برای پایگاه دانشگاه میشیگان بین 2500 تا 3900 و برای پایگاه دانشگاه واشنگتن بین 2500 تا 4125 حاصل شد. همچنین نتایج حاصل از اعمال روش پیشنهادی روی پایگاه داده‌ی پاسکال نشان داد کارایی روش پیشنهادی تا حد زیادی به کیفیت و یکنواختی سیگنال‌های PCG ورودی بستگی دارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

High-Sampling-Rate Heart Sound Compression Based on Downsampling and Pattern Matching

نویسنده [English]

  • Hadi Grailu

Shahrood University of Technology

چکیده [English]

Today, auscultation is one of the most effective methods in monitoring heart disease. With the advancement of technology and the facilitation of telecare on the one hand, and the increasing need for high quality and long-term recording of cardiac audio signals on the other hand, the amount of data generated has increased and therefore, the storage and transmission of these signals has become a challenge. This, in turn, demonstrates the importance and necessity of using efficient methods for compression of these types of signals.

In this paper, a lossy compression method is proposed for PCG signals recorded at a relatively high sampling rate so that it can control the quality of the compressed signal. This method is based on two techniques: "two-stage downsampling" and "pattern matching". The proposed two-stage downsampling technique increases the amount of compression ratio and at the same time reduces the computational complexity. The pattern matching technique is able to reduce the inter-period redundancy and therefore, increase the compression ratio.

The simulation results of the proposed method on the two databases of the University of Michigan and the University of Washington showed that the two-stage downsampling and pattern matching techniques have a large contribution in increasing the compression ratio. The performance of the proposed method was evaluated according to the PRD and CR criteria and compared with that of some existing methods. In this evaluation, for the PRD range of 5%, the CR value was between 2500 and 3900 for the University of Michigan database and between 2500 and 4125 for the University of Washington database. Also, the results of applying the proposed method on the Pascal database showed that the efficiency of the proposed method depends to a large extent on the quality and regularity of the input PCG signals.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Heart Sound Signal
  • Signal Compression
  • Pattern Matching
  • Downsampling