moitvivt Моделирование, оптимизация и информационные технологии Modeling, Optimization and Information Technology 2310-6018 Издательство 10.26102/2310-6018/2022.36.1.018 1135 Алгоритм определения пульса на фонокардиограмме человека и плода без классификации тонов сердца The algorithm for pulse measurement using a human’s and fetus’s phonocardiogram without classifying heart sounds 0000-0003-0775-350X Костелей Яна Валерьевна Kosteley Yana Valeryevna kosteleyyv@gmail.com aff-1 0000-0002-8639-0681 Жданов Дмитрий Сергеевич Zhdanov Dmitriy Sergeevich d_s_zhdanov@mail.ru aff-2 0000-0003-2707-7203 Боровской Игорь Георгиевич Borovskoy Igor Georgievich igor.g.borovskoi@tusur.ru aff-3 Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники ООО «Диагностика +» Tomsk State University of Control Systems and Radioelectronics Diagnostika + LLC ООО «Диагностика +» Томский государственный университет Diagnostics + LLC Tomsk State University Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники, Томск Tomsk State University of Control Systems and Radioelectronics 01 01 2026 1 1 10.26102/2310-6018/2022.36.1.018 Copyright © Авторы, 2026 2026 This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License

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.

The relevance of the research is due to the prospects of phonocardiogram employment for daily monitoring of a fetus’s and mother’s state by designing inexpensive portable devices. Currently, there are no software and hardware systems that completely solve this problem. In this regard, the article presents the algorithm for pulse measurement by means of a phonocardiogram for signal processing in the streaming mode. The algorithm feature is a human’s and fetus’s pulse measurement based on the heart sound segmentation without classifying them into the first and second heart sounds, as well as detecting them under the conditions of other physiological and mechanical sounds, absence of one of the heart sounds in the signal, and deviations in the segmented sound boundaries from the actual localization of the cardiovascular system. For assessing the credibility of the results, the pulse values, obtained by the developed algorithm and reference methods, were compared. The pulse values, calculated by two experts with the aid of a phonocardiogram, were used as a standard for comparison. The average relative deviation between the findings and the reference method results does not exceed 3 %. The article materials are of practical value for the design of a fetus and human state daily monitoring systems.

 фонокардиограмма кардиоинтервалограмма сегментация звуков тонов сердца частота сердечных сокращений обработка сигналов phonocardiogram cardiointervalogram heart sound segmentation heart rate signal processing Исследование выполнено без спонсорской поддержки. The study was performed without external funding. References Здравоохранение в России. 2019. стат. сб. М.: Росстат; 2019. 170 с. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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). 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. 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. 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. Шаргаева Н.В. Диагностика угрожаемых состояний плода во время беременности и в родах. Проблемы здоровья и экологии. 2005;3:103–112. 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. 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).

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