КОРЕЛЯЦІЙНА ЕФЕКТИВНІСТЬ РЕАЛІЗАЦІЙ ФУНКЦІОНАЛЬНИХ ШУМІВХАРАКТЕРИНИХ ДЛЯ ПОРУШЕНЬ ДИХАЛЬНОЇ СИСТЕМИ

Анотація

У роботі досліджено кореляційні властивості акустичних сигналів, що виникають унаслідок функціонування дихальної системи. Показано, що аналіз шумових реалізацій, зокрема в частині розширення інформативних ознак, може покращити ефективність неінвазивного діагностування респіраторних порушень.

Окреслено проблеми сегментації дихальних шумів у зв’язку з варіативністю дихальних циклів, наявністю сторонніх шумів та технічних артефактів, а також індивідуальними анатомічними відмінностями. Визначено, що традиційні амплітудні методи опрацювання сигналів характеризуються недостатньою ефективністю для таких випадків, що потребує залучення більш інформативних, зокрема ймовірнісних характеристик. Як наслідок, розглянуто використання ковзних статистичних оцінок - локального середнього, дисперсії та інформаційної ентропії, які дозволяють локалізувати дихальні рухи у часових вікнах. На основі цих оцінок реалізовано кореляційний аналіз для виявлення періодичності сигналу, що дозволило покращити точність виділення окремих фаз (дихальних рухів).

В ході дослідження, проведено автокореляційний аналіз амплітуд шумів дихальної системи, представлених різними статистичними оцінками. Встановлено, що оцінки дисперсії та інформаційної ентропії забезпечують найефективнішу сегментацію дихальних рухів, однак ентропійне представлення характеризується меншою флуктуацією апертур кореляційних функцій і не потребує додаткового масштабування, що спрощує апаратну реалізацію. Експериментальні дослідження показали, що використання ймовірнісних оцінок, зокрема дисперсії та інформаційної ентропії дає змогу точніше ідентифікувати окремі типи функціональних порушень дихальної системи. Для кожного типу порушення сформовано еталонні сигнали, що характеризуються високим ступенем взаємокореляції з експериментальними реалізаціями. Крім того, порівняння результатів взємокореляції показало, що представлення сигналів ковзними оцінками інформаційної ентропії забезпечує приблизно удвічі більшу роздільну здатність між однотипними та різнотипними порушеннями у порівнянні з дисперсійним підходом.

Представлені результати можуть мати практичне значення у сфері розроблення цифрових діагностичних систем на базі мікроконтролерів і комп’ютерних засобів опрацювання сигналів.