Экспериментальное исследование помех, возникающих при регистрации дыхательных шумов электронными стетофонендоскопами
Экспериментально оценены спектральные уровни помех, возникающих при выслушивании шумов дыхания человека с помощью электронных стетофонендоскопов. По степени влияния на качество регистрации помехи различных типов разделены на две категории: сильные и слабые. Даны рекомендации, позволяющие снизить их...
Saved in:
| Published in: | Акустичний вісник |
|---|---|
| Date: | 2007 |
| Main Authors: | , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут гідромеханіки НАН України
2007
|
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/79745 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Экспериментальное исследование помех, возникающих при регистрации дыхательных шумов электронными стетофонендоскопами / И.В. Вовк, А.А. Макаренкова // Акустичний вісник — 2007. —Т. 10, № 4. — С. 28-35. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859880735526092800 |
|---|---|
| author | Вовк, И.В. Макаренкова, А.А. |
| author_facet | Вовк, И.В. Макаренкова, А.А. |
| citation_txt | Экспериментальное исследование помех, возникающих при регистрации дыхательных шумов электронными стетофонендоскопами / И.В. Вовк, А.А. Макаренкова // Акустичний вісник — 2007. —Т. 10, № 4. — С. 28-35. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Акустичний вісник |
| description | Экспериментально оценены спектральные уровни помех, возникающих при выслушивании шумов дыхания человека с помощью электронных стетофонендоскопов. По степени влияния на качество регистрации помехи различных типов разделены на две категории: сильные и слабые. Даны рекомендации, позволяющие снизить их роль в результирующем сигнале.
Експериментально оцінені спектральні рівні перешкод, які виникають при вислуховуванні шумів дихання людини за допомогою електронних стетофонендоскопів. За ступенем впливу на якість реєстрації перешкоди різних типів розділено на дві категорії: сильні та слабкі. Дані рекомендації, які дозволяють знизити їхню роль у результуючому сигналі.
The study deals with experimental estimating of spectral levels of interferences occurring when listening human respiratory noise by electronic sthetophonendoscopes. By influence rate on quality of recording, the interferences of different types are subdivided in two categories: strong and weak ones. Recommendations, that allow lowering their role in the resulting signal, are brought forward.
|
| first_indexed | 2025-12-07T15:52:19Z |
| format | Article |
| fulltext |
ISSN 1028 -7507 Акустичний вiсник. 2007. Том 10, N 4. С. 28 – 35
УДК 534.7
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПОМЕХ,
ВОЗНИКАЮЩИХ ПРИ РЕГИСТРАЦИИ
ДЫХАТЕЛЬНЫХ ШУМОВ ЭЛЕКТРОННЫМИ
СТЕТОФОНЕНДОСКОПАМИ
И. В. В ОВ К, А. А. МА КА Р ЕН К О ВА
Институт гидромеханики НАН Украины, Киев
Получено 23.11.2007
Экспериментально оценены спектральные уровни помех, возникающих при выслушивании шумов дыхания челове-
ка с помощью электронных стетофонендоскопов. По степени влияния на качество регистрации помехи различных
типов разделены на две категории: сильные и слабые. Даны рекомендации, позволяющие снизить их роль в резуль-
тирующем сигнале.
Експериментально оцiненi спектральнi рiвнi перешкод, якi виникають при вислуховуваннi шумiв дихання людини
за допомогою електронних стетофонендоскопiв. За ступенем впливу на якiсть реєстрацiї перешкоди рiзних типiв
роздiлено на двi категорiї: сильнi та слабкi. Данi рекомендацiї, якi дозволяють знизити їхню роль у результуючому
сигналi.
The study deals with experimental estimating of spectral levels of interferences occurring when listening human respiratory
noise by electronic sthetophonendoscopes. By influence rate on quality of recording, the interferences of different types
are subdivided in two categories: strong and weak ones. Recommendations, that allow lowering their role in the resulting
signal, are brought forward.
ВВЕДЕНИЕ
В статье [1] рассмотрены возможные источники
помех, возникающих при регистрации дыхатель-
ных шумов с помощью электронных стетофонен-
доскопов, в состав которых входят широко распро-
страненные датчики в виде виброакселерометров,
проведена классификация таких помех и указа-
ны самые общие способы их снижения. Вместе
с тем, при практической регистрации дыхатель-
ных шумов для обеспечения приемлемого отноше-
ния полезный сигнал/помеха1 и разработки такти-
ки борьбы с каждой конкретной помехой важно
оценить, какие из них являются определяющими.
Иными словами, нужно достоверно знать, как ра-
спределяются (ранжируются) помехи по уровню и
диапазону рабочих частот.
Исходя из этого, цель данного исследования –
экспериментальная оценка уровней помех и их спе-
ктров, а также определение главных (существен-
но искажающих регистрируемый сигнал) и второ-
степенных (вносящих несущественные искажения)
помех. Кроме того, на основе анализа полученных
данных будут выработаны конкретные практиче-
ские рекомендации по снижению помех для увели-
чения отношения сигнал/помеха.
1В данном случае полезным сигналом являются дыха-
тельные шумы.
1. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА
Как известно, основное функциональное назна-
чение средств электронной аускультации состоит
в регистрации звуков дыхания с поверхности гру-
дной клетки, в преобразовании их в электриче-
ские сигналы, в соответствующей аналоговой и
цифровой их обработке с последующим предо-
ставлением в аудио- и видео-форматах [2, 3]. По-
этому для экспериментального изучения помех,
возникающих при регистрации дыхательных шу-
мов, использовалась экспериментальная установ-
ка, представляющая собой типичный лаборатор-
ный образец одноканального электронного стето-
фонендоскопа (рис. 1). Питание установки осуще-
ствлялось от сети переменного тока напряжением
220 В и частотой 50 Гц.
Стетофонендоскоп состоял из датчика 1, вклю-
чающего виброакселерометр и эмиттерный повто-
ритель сигналов; электронного усилителя сигна-
лов 2; электронных фильтров 3; регулятора коэф-
фициента усиления (аттенюатора) 4 и настольно-
го персонального компьютера 5 со звуковой кар-
той, преобразующей входной аналоговый сигнал
в цифровой. Последующая обработка оцифрован-
ных сигналов обеспечивалась широко использу-
емым звуковым редактором Cool Edit Pro 2.0,
позволяющим, в частности, представлять сигналы
во временной и спектральной областях [4].
28 c© И. В. Вовк, А. А. Макаренкова, 2007
ISSN 1028 -7507 Акустичний вiсник. 2007. Том 10, N 4. С. 28 – 35
Датчик имел следующие массо-габаритные ха-
рактеристики: диаметр 32 мм, высоту 25 мм и
массу 14 г. Виброакселерометр, находящийся вну-
три металлического корпуса датчика, состоял из
трех последовательно соединенных консольно за-
крепленных на опорах биморфных пьезокерами-
ческих пластин из состава ЦТС-19 (подробно-
сти см. в [1]). Он имел линейную амплитудно-
частотную характеристику в диапазоне частот от
20 до 2000 Гц, чувствительность 15 мВ·с2/м и ча-
стоту резонанса около 2400 Гц. Для того, чтобы
согласовать высокое выходное сопротивление ви-
броакселерометра с относительно низким входным
сопротивлением основного усилителя 2, использо-
вался эмиттерный повторитель с коэффициентом
усиления, близким к единице, размещенный вну-
три корпуса датчика.
Сигналы с выхода датчика 1 через малошумный
электронный усилитель 2 подавались на электрон-
ные фильтры 3 – высокочастотный и низкочасто-
тный фильтры Баттерворта 5-го порядка с кру-
тизной спада 30 дБ/окт и частотами среза 30 и
3000 Гц соответственно. Регулятор коэффициента
усиления 4 позволял дискретно (с шагом 10 дБ)
регулировать уровень сигнала от 0 до 40 дБ. За-
тем сигнал подавался на линейный вход звуковой
карты компьютера 5, где осуществлялось его пре-
образование в цифровую форму с частотой дис-
кретизации 10000 Гц и разрешением 16 бит.
Экспериментальное исследование помех, возни-
кающих при регистрации дыхательных шумов,
проводилось в помещении площадью 16 м2, окна
которого выходили на проезжую часть улицы с
относительно низкой интенсивностью движения
автомобильного транспорта. Шумы в помещении
контролировались с помощью шумомера типа 2203
фирмы “Брюль и Къер” в октавных полосах от 31.5
до 8000 Гц.
2. РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗМЕРЕНИЙ И ИХ АНА-
ЛИЗ
Перед проведением экспериментальных иссле-
дований была выполнена сквозная проверка ли-
нейности электронного стетофонендоскопа. Для
этого в качестве вибровозбудителя датчика 1
использовался стержневой электромеханический
преобразователь2 длиной 110 мм, набранный из
пьезокерамических шайб диаметром 46 мм и то-
2Известно, что преобразователи такого типа имеют ли-
нейную зависимость между подаваемым на них электри-
ческим напряжением и величиной колебательной скорости
(ускорения) на торцах в широком диапазоне амплитуд ко-
лебаний вплоть до разрушения пьезокерамики.
Рис. 1. Блок-схема электронного стетофонендоскопа:
1 – датчик, состоящий из виброакселерометра и эмиттерного
повторителя сигналов; 2 – усилитель сигналов;
3 – электронные перестраиваемые фильтры;
4 – регулятор коэффициента усиления;
5 – персональный компьютер
Рис. 2. Устройство для сквозной проверки линейности
электронного стетофонендоскопа от датчика
до персонального компьютера включительно:
1 – пружина; 2 – нити растяжки; 3 – датчик;
4 – стержневой электромеханический преобразователь
лщиной 5 мм. Сигнал для возбуждения стержне-
вого преобразователя подавался от стандартного
низкочастотного генератора типа Г3-112. Датчик
стетофонендоскопа жестко прикреплялся к торцу
стержневого преобразователя с помощью двухсто-
роннего лейкопластыря (рис. 2). Масса стержне-
вого преобразователя (около 700 г) в 50 раз пре-
вышала массу датчика, что обеспечивало практи-
чески полное отсутствие влияния последнего на
уровень колебаний торцов преобразователя.
Для того, чтобы ослабить влияние вибраций по-
И. В. Вовк, А. А. Макаренкова 29
ISSN 1028 -7507 Акустичний вiсник. 2007. Том 10, N 4. С. 28 – 35
Рис. 3. Проверка линейности электронного
стетофонендоскопа: зависимость электрического
напряжения на выходе стетофонендоскопа от
напряжения возбуждения пьезокерамического
стержня на частоте 500 Гц
ла помещения на результаты калибровки линейно-
сти стетофонендоскопа при низких уровнях сиг-
налов, стержневой преобразователь вместе с при-
клеенным к нему датчиком через пружину 1 по-
двешивался на П-образной жесткой раме, установ-
ленной на лабораторном столе. Частота резонанса
системы, определяемая упругостью пружины 1 и
массой стержневого преобразователя, составляла
1.5 Гц. Такая подвеска по сути являлась однозвен-
ным механическим фильтром высоких частот с ча-
стотой среза 1.5 Гц и крутизной спада 6 дБ/окт,
что уже на самой нижней частоте рабочего диапа-
зона стетофонендоскопа 30 Гц обеспечивало осла-
бление проникновения паразитных вибраций пола
к датчику не менее, чем на 25 дБ.
В процессе сквозной проверки линейности сте-
тофонендоскопа измерялись электрическое напря-
жение возбуждения преобразователя и электриче-
ское напряжение, регистрируемое на персональ-
ном компьютере с помощью звукового редактора
Cool Edit Pro 2.0. Проверка, проведенная в ши-
роком диапазоне частот и уровней сигнала, пока-
зала, что напряжение Uвых на выходе стетофонен-
доскопа линейно зависит от напряжения Uс/п воз-
буждения стержневого преобразователя. Для ил-
люстрации на рис. 3 приведены результаты про-
верки на частоте 500 Гц.
Убедившись в линейности стетофонендоскопа,
мы могли приступать к количественной оценке па-
разитных шумов, возникающих при регистрации
звуков дыхания человека.
Прежде всего, исследовался уровень электрон-
ных шумов, создаваемых самой звуковой картой
персонального компьютера. Для этого стетофо-
нендоскоп был отключен от входного электриче-
ского разьема звуковой карты и ее собственные
шумы регистрировались в режиме открытого вхо-
да3. На рис. 4 кривой 1 представлен спектр мощ-
ности собственных шумов штатной звуковой кар-
ты персонального компьютера. Как видно, в инте-
ресующем нас диапазоне частот их уровень весь-
ма низок, довольно слабо зависит от частоты и в
среднем составляет около −115 дБ относительно
одного вольта. Как будет видно далее, эта помеха
практически не может оказывать влияние на ка-
чество регистрируемого респираторного сигнала.
Следующий шаг заключался в оценке собствен-
ных шумов электронного усилителя в режиме
открытого входа, т. е. при отключенном датчике
(рис. 4, кривая 2). Как оказалось, электронный
усилитель вносит более заметный вклад в шумо-
вую обстановку (порядка 10 дБ). В результате это-
го средний уровень электронных шумов (шумы
звуковой карты плюс шумы усилителя) поднялся
до −104 дБ.
Далее проводилась оценка шумов усилителя с
эквивалентом датчика (датчика, у которого пье-
зокерамические пластины были заменены статиче-
ской емкостью, величина которой равнялась емко-
сти пьезопластин). Цель такого эксперимента со-
стояла в оценке уровня электронных шумов эмит-
терного повторителя и уровня внешних электро-
магнитных наводок на кабель, соединяющий выхо-
дные цепи эмиттерного повторителя с входными
цепями усилителя. При этом появление каких-
либо вибрационных или акустических шумов пол-
ностью исключалось, поскольку виброакселеро-
метр был отключен. Как показывает кривая 3 на
рис. 4, эмиттерный повторитель вместе с кабелем
повышают уровень электронных шумов в среднем
на 8 дБ. Таким образом, общий уровень электрон-
ных шумов составил в среднем −96 дБ, что в прин-
ципе не является критической величиной. Вме-
сте с тем, в спектре появились ярко выраженные
дискретные составляющие с частотами, кратными
50 Гц, что прямо подтверждает наличие парази-
тных наводок на кабель, имеющих электромагни-
тную природу.
Рассмотрим дополнительный вклад, который
могут внести шумы и вибрации, имеющие место
даже в относительно тихом помещении, использу-
емом для регистрации дыхательных шумов. За-
3Напомним, что при оценках шумов электронных при-
боров обычно используют один из двух режимов: режим
закороченного входа, когда главный токонесущий входной
электрод коротко замкнут на “землю”, и режим открытого
входа, когда электродыразомкнуты. Каждый режим имеет
свои преимущества и недостатки, на которых мы не будем
останавливаться, предложив читателю обратиться к лите-
ратуре, посвященной технике измерений.
30 И. В. Вовк, А. А. Макаренкова
ISSN 1028 -7507 Акустичний вiсник. 2007. Том 10, N 4. С. 28 – 35
Рис. 4. Спектры электронных помех аппаратуры (0 дБ соответствует напряжению 1 В):
1 – шумы звуковой карты персонального компьютера в режиме открытого входа;
2 – шумы электронного усилителя в режиме открытого входа (без датчика);
3 – шумы усилителя с датчиком, пьезокерамические пластины которого
заменены статической емкостью, равной емкости пьезокерамических пластин
Рис. 5. Спектральный уровень
шума в лабораторном помещении:
• – при включенном в сеть стетофонендоскопе;
◦ – при выключенном стетофонендоскопе
метим, что в настоящее время нет каких-либо
норм, оговаривающих допустимый уровень аку-
стических и вибрационных помех в помещениях,
где установлены электронные стетофонендоскопы.
Это вполне естественно, поскольку такие устрой-
ства еще не стали таким же стандартным обо-
рудованием, как УЗИ или другие медицинские
электронные приборы. Поэтому измерения спе-
ктрального уровня шума проводились в лабора-
торном помещении (при включенном стетофонен-
доскопе) в линейном режиме4. На рис. 5 эти ре-
4Как известно, шумомеры имеют несколько режимов
зультаты представлены закрашенными маркерами
(•). Здесь же для сравнения нанесены данные, со-
ответствующие шуму в лабораторном помещении
при выключенном из сети приборе (◦). Сопостав-
ляя обе зависимости, заключаем, что сам стето-
фонендоскоп является источником звукового шу-
ма. Например, в диапазоне частот примерно от
120 до 4000 Гц он повышает уровень шума в по-
мещении почти на 10 дБ. Более тщательный ана-
лиз показал, что излучают его преимущественно
вентиляторы настольного персонального компью-
тера, охлаждающие блок питания, главный про-
цессор и видеокарту. Поэтому для борьбы с такой
помехой можно рекомендовать два пути:
1) размещение настольного персонального ком-
пьютера в отдельном (смежном) помещении;
2) замена настольного компьютера портативным
компьютером, уровень шумов вентиляторов
которого существенно ниже, чем у настольно-
го компьютера.
Изучим вклад, который привносит акустиче-
ский фон, наличествующий в лабораторном поме-
измерений. Основными считаются линейный режим, когда
характеристика чувствительности шумомера к звуковому
давлению (в звуковом диапазоне частот) не зависит от ча-
стоты, и режим “А”, когда характеристика чувствительно-
сти специально адаптирована к чувствительности челове-
ческого уха к звуковому давлению (за счет введения филь-
тров, обеспечивающих спад уровня усиления электронного
тракта шумомера в сторону низких частот со скоростью
6 дБ/окт).
И. В. Вовк, А. А. Макаренкова 31
ISSN 1028 -7507 Акустичний вiсник. 2007. Том 10, N 4. С. 28 – 35
Рис. 6. Спектр шумов на выходе стетофонендоскопа в различных условиях:
1 – датчик расположен в звукоизолированной камере малого объема; 2 – датчик свободно висит в помещении;
3 – присутствует трение легкой палочки о кабель на расстоянии 45 см от датчика
щении при работающем стетофонендоскопе. Что-
бы более четко оценить его, были проделаны два
эксперимента. В первом из них датчик был заклю-
чен в звукоизолированную камеру малого, по срав-
нению с длиной волны, объема. В этом случае шу-
мы помещения практически исключались (остава-
лись только электронные шумы и различного ро-
да паразитные наводки). Во втором эксперименте
датчик свободно размещался в помещении и был
доступен для воздействия на него шумов помеще-
ния.
Как видно из рис. 6, кривые 1 и 2 в целом не
очень сильно отличаются друг от друга. Это мож-
но объяснить тем, что используемый кинематиче-
ский датчик в основном реагирует не на само зву-
ковое давление, а на его градиент. А поскольку
габаритные размеры датчика существенно мень-
ше длины волны (в интересующем нас диапазо-
не частот), то и воздействующий градиент дав-
ления также мал. Средний уровень шумов в це-
лом остается достаточно низким и составляет око-
ло −92 дБ. Вместе с тем, заметно подросли се-
тевые паразитные наводки, которые на частоте
50 Гц и ее гармониках достигли примерно −72 дБ.
Это может вызвать определенное беспокойство со
стороны разработчиков. Причина такого явления,
по-видимому, состоит в том, что пьезокерамиче-
ские пластины недостаточно защищены от вне-
шних электромагнитных полей промышленной се-
ти.
Заметим, что на графике хорошо виден и пик
на частоте примерно 2400 Гц, появление которо-
го обусловлено собственным резонансом пьезоке-
рамических пластин датчика (здесь их чувстви-
тельность почти на порядок выше, чем в области
частот до резонанса).
Обратимся к кривой 3 на рис. 6, показывающей
спектральный уровень помехи, которая может
быть вызвана трением кабеля о какой-либо пре-
дмет. Практика пробной эксплуатации электрон-
ных стетофонендоскопов в клинических условиях
показывает, что в процессе регистрации дыхатель-
ных шумов операторы стетофонендоскопов до-
вольно часто случайно касаются кабеля датчика
(например, руками, полами халата и пр.). При та-
ких воздействиях на кабель, по его поверхности,
начинает распространяться упругая волна, кото-
рая, достигая датчика, заставляет его колебаться.
Эти колебания преобразуются виброакселероме-
тром в электрические сигналы, представляющие
достаточно сильную помеху, дополнительно ухуд-
шающую отношение сигнал/шум.
Чтобы как-то оценить ее относительный спек-
тральный уровень, мы попытались смоделиро-
вать описанную выше ситуацию следующим обра-
зом. Обмотанная ватой легкая деревянная пало-
чка клалась на кабель и в пределах участка около
1 см терлась о его поверхность. При этом регистри-
ровались сигналы на выходе стетофонендоскопа.
Эти манипуляции проводились на разных дистан-
циях от датчика при строго фиксированной силе
прижима палочки к кабелю (в данном случае –
0.7 г). Именно спектр помехи, возникающей от та-
кого трения на дистанции 45 см от датчика, и пред-
32 И. В. Вовк, А. А. Макаренкова
ISSN 1028 -7507 Акустичний вiсник. 2007. Том 10, N 4. С. 28 – 35
Рис. 7. Спектр шумов в трех точках поверхности тела при задержанном дыхании:
1 – на ягодичной мышце сидящего пациента; 2 – на ягодичной мышце стоящего пациента;
3 – на бедренной мышце сидящего пациента
ставлен кривой 3 на рис. 6. Как видно, уровень
паразитного сигнала здесь существенно выше соб-
ственных шумов стетофонендоскопа. Например, в
области 30 Гц помеха превышает собственные шу-
мы стетофонендоскопа примерно на 40 дБ, в ра-
йоне 150 Гц – на 14 дБ, а при 500 и 1000 Гц –
на 16 и 18 дБ соответственно. В то же время, на
частотах, близких к 220 и 720 Гц уровень поме-
хи весьма низок и приближается к собственным
шумам стетофонендоскопа. Это указывает на су-
щественную частотную зависимость величины за-
тухания. Тем не менее, выполнив осреднение по-
лученных данных, можно в первом приближении
оценить такую важную физическую характери-
стику кабеля как затухание распространяющейся
по его поверхности упругой волны. В диапазоне
частот от 40 до 2000 Гц оно оказалась приблизи-
тельно 0.12÷0.16 дБ/см.
Приступим к изучению специфических помех,
которые вызываются колебаниями поверхности
тела человека, практически не связанными ни с
работой сердца, ни с функционированием респира-
торной системы. Эти колебания обусловлены преи-
мущественно следующими двумя причинами.
1. Мышцы человека всегда, даже в расслаблен-
ном состоянии в положении лежа, совершают
непроизвольные движения, не говоря уже о
тех случаях, когда с их помощью рефлектор-
но поддерживается определенное положение
тела (например, когда человек стоит или си-
дит). Обычно эти движения не фиксируются
нашим сознанием и только тогда, когда при-
ходится совершать значительные усилия, че-
ловек начинает отчетливо ощущать дрожание
мышц.
2. Поверхность тела человека взаимодействует с
окружающими его звуковыми волнами. Дей-
ствительно, как уже отмечалось, в помещении
всегда присутствует некоторый звуковой шум,
представляющий собой набор очень большего
числа волн, каждая из которых имеет свою
частоту и свой уровень, хаотически изменя-
ющийся во времени. Падая на тело человека,
эти волны вызывают его колебания.
Таким образом, поверхность тела совершает не-
которые колебания за счет непроизвольных вну-
тренних колебаний мышечной системы и внешне-
го воздействия звуковых волн. Естественно, да-
тчик стетофонендоскопа, приклеенный к поверх-
ности тела, будет фиксировать и преобразовывать
их в электрические сигналы. Последние в дан-
ном случае могут оказаться помехой, существен-
но ухудшающей отношение сигнал/шум. К сожа-
лению, оценить вклад каждой из двух указанных
помех в отдельности весьма трудно. Поэтому сле-
дующим нашим шагом была оценка спектрально-
го уровня их совместного действия. Регистрация
этих шумов проводилась на пожилом практичес-
ки здоровом мужчине крепкого телосложения.
На рис. 7 представлены спектры помех такого
класса для трех различных точек поверхности те-
ла человека в режиме задержанного дыхания (что-
бы движения мышц, участвующих в респиратор-
И. В. Вовк, А. А. Макаренкова 33
ISSN 1028 -7507 Акустичний вiсник. 2007. Том 10, N 4. С. 28 – 35
Рис. 8. Спектр шумов в точке 5Л:
1 – шумы сердца при задержанном дыхании; 2 – шумы форсированного дыхания
ном акте, не вносили дополнительных вкладов в
колебания других мышц).
Как и предполагалось, эти сигналы лежат
в области относительно низких частот (ниже
200 Гц) и имеют весьма высокий уровень, особен-
но в диапазоне от 30 до 60 Гц. Вместе с тем, как
и можно было ожидать, колебания расслабленной
мышцы оказались значительно меньше, чем на-
пряженной (сравни кривые 1 и 2). Кроме того, для
мышц, имеющих меньший объем мышечной ткани,
характерны более высокие амплитуды колебаний
(сравни кривые 1 и 3).
Теперь посмотрим, каковы же спектральные
уровни шумов дыхания и сердца. Для их регистра-
ции датчик приклеивался на грудной клетке в то-
чке 5Л, что в медицинской диагностической прак-
тике обозначает зону прослушивания легких на ле-
вой стороне груди чуть выше левого соска. Она
очень близко расположена к сердцу и, естественно,
уровень шумов сердца здесь близок к максималь-
ному. Поэтому, если шумы сердца рассматривать
как помеху при регистрации звуков дыхания, то
именно точка 5Л является наиболее неблагоприя-
тной.
Обратимся к рис. 8, на котором приведены за-
регистрированные в точке 5Л спектральные уров-
ни шумов сердца (кривая 1) и форсированного
дыхания (кривая 2). Хорошо видно, что в обла-
сти частот до 100 Гц обе кривые практически сов-
падают.Таким образом, в этом диапазоне факти-
чески невозможно достоверно оценивать какие-
либо параметры дыхательных шумов. Именно по-
этому большинство исследователей звуков дыха-
ния рекомендуют не использовать для диагности-
ки состояния легких участок ниже 70÷100 Гц и
исключать его из спектра путем использования со-
ответствующих аналоговых или цифровых филь-
тров [4].
Область частот выше 100 Гц и вплоть до резо-
нанса виброакселерометра достаточно благоприя-
тна для регистрации звуков дыхания. Здесь спек-
тральный уровень полезного сигнала примерно на
12÷25 дБ превосходит уровень шумов сердца, что
во многих случаях оказывается вполне достато-
чным для осуществления классификации звуков
дыхания и принятия предварительного решения о
характере заболевания респираторного тракта.
ВЫВОДЫ
Выполнена экспериментальная оценка спе-
ктральных уровней помех, возникающих в
процессе регистрации шумов дыхания человека с
помощью электронного стетофонендоскопа.
В результате сравнительного анализа получен-
ных данных выделены две категории помех. К
первой относятся помехи низкого уровня, кото-
рые относительно слабо влияют на качество ре-
гистрируемых шумов дыхания (собственные шу-
мы звуковой карты персонального компьютера и
собственные шумы датчика и усилительного трак-
та). Ко второй категории относятся помехи высо-
кого уровня, которые могут существенно повли-
ять на качество регистрируемых шумов дыхания и
тем самым ухудшить их дальнейшую распознавае-
мость и усложнить классификацию. К ним следует
34 И. В. Вовк, А. А. Макаренкова
ISSN 1028 -7507 Акустичний вiсник. 2007. Том 10, N 4. С. 28 – 35
отнести электромагнитные наводки от сети пита-
ния, естественные мышечные вибрации, вибрации
поверхности тела вследствие воздействия на нее
акустических шумов помещения, и вибрации тела,
обусловленные работой сердечных мышц. Кроме
того, ко второй категории можно отнести помехи,
возникающие за счет случайных касаний кабеля
датчика в процессе регистрации шумов дыхания.
РЕКОМЕНДАЦИИ
С целью повышения помехозащищенности
электронных стетофонендоскопов рекомендуется
проводить следующие мероприятия.
1. Для снижения уровня электромагнитных на-
водок от сети питания необходимо тщательно
экранировать датчик и кабель стетофонендо-
скопа, а также повысить степень фильтрации
сетевой частоты 50 Гц и ее гармоник в блоке
питания усилительного тракта стетофонендо-
скопа.
2. Для снижения акустических шумов помеще-
ний, где выполняется регистрация дыхатель-
ных шумов, необходимо:
• подбирать помещения с низким уровнем
акустических шумов и вибраций стен и
пола;
• применять персональные компьютеры с
низкими шумами вентиляторов охлажде-
ния или выносить компьютеры в сме-
жные помещения.
3. Для снижения помех, обусловленных работой
мышц сердца, следует вводить в программное
обеспечение электронного стетофонендоскопа
специальные адаптивные фильтры, обеспечи-
вающие селекцию и подавление этих помех
(см., например, [6, 7]).
1. Макаренкова А. А., Олийнык В. Н. Помехи
сенсоров-виброакселерометров, используемых для
аускультации дыхательных шумов // Акуст. вiсн.–
2006.– 9, N 1.– С. 45–54.
2. Donwell L. A., Fant G. E., Watkins W. D. Techni-
cal note: Design and construction of an electronic
stethoscope // Clin. Engng.– 1988.– 13.– P. 355–357.
3. Вовк И. В., Гринченко В. Т., Красный Л. Г., Ма-
каренков А. П. Проблемы регистрации и класси-
фикации шумов дыхания человека // Акуст. ж.–
1994.– 40, N 1.– С. 50–56.
4. Петелин Р., Петелин Ю. Cool Edit Pro 2. Секреты
мастерства.– СПб: Арлит, 2003.– 429 с.
5. Earis J. E., Cheetham B. M. G. Current methods
used for computerized respiratory sound analysis //
Eur. Respir. Rev.– 2000.– 10.– P. 586–590.
6. Iyer V. K., Ramamoorthy P. A., Fan H.,
Ploysonsang Y. Reduction of heart sounds from lung
sounds by adaptive filtering // IEEE Trans. Biomed.
Engng.– 1986.– BME-33.– P. 1141–1148.
7. Flores-Tapia D., Moussavi Z. M. K., Thomas G.
Heart sound cancellation based on multiscale
products and linear prediction // IEEE Trans. Bi-
omed. Engng.– 2007.– 54.– P. 234–243.
И. В. Вовк, А. А. Макаренкова 35
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-79745 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1028-7507 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T15:52:19Z |
| publishDate | 2007 |
| publisher | Інститут гідромеханіки НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Вовк, И.В. Макаренкова, А.А. 2015-04-04T16:05:43Z 2015-04-04T16:05:43Z 2007 Экспериментальное исследование помех, возникающих при регистрации дыхательных шумов электронными стетофонендоскопами / И.В. Вовк, А.А. Макаренкова // Акустичний вісник — 2007. —Т. 10, № 4. — С. 28-35. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. 1028-7507 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/79745 534.7 Экспериментально оценены спектральные уровни помех, возникающих при выслушивании шумов дыхания человека с помощью электронных стетофонендоскопов. По степени влияния на качество регистрации помехи различных типов разделены на две категории: сильные и слабые. Даны рекомендации, позволяющие снизить их роль в результирующем сигнале. Експериментально оцінені спектральні рівні перешкод, які виникають при вислуховуванні шумів дихання людини за допомогою електронних стетофонендоскопів. За ступенем впливу на якість реєстрації перешкоди різних типів розділено на дві категорії: сильні та слабкі. Дані рекомендації, які дозволяють знизити їхню роль у результуючому сигналі. The study deals with experimental estimating of spectral levels of interferences occurring when listening human respiratory noise by electronic sthetophonendoscopes. By influence rate on quality of recording, the interferences of different types are subdivided in two categories: strong and weak ones. Recommendations, that allow lowering their role in the resulting signal, are brought forward. ru Інститут гідромеханіки НАН України Акустичний вісник Экспериментальное исследование помех, возникающих при регистрации дыхательных шумов электронными стетофонендоскопами Experimental study of interferences occurring at recording the respiratory noise by electronic sthetophonendoscopes Article published earlier |
| spellingShingle | Экспериментальное исследование помех, возникающих при регистрации дыхательных шумов электронными стетофонендоскопами Вовк, И.В. Макаренкова, А.А. |
| title | Экспериментальное исследование помех, возникающих при регистрации дыхательных шумов электронными стетофонендоскопами |
| title_alt | Experimental study of interferences occurring at recording the respiratory noise by electronic sthetophonendoscopes |
| title_full | Экспериментальное исследование помех, возникающих при регистрации дыхательных шумов электронными стетофонендоскопами |
| title_fullStr | Экспериментальное исследование помех, возникающих при регистрации дыхательных шумов электронными стетофонендоскопами |
| title_full_unstemmed | Экспериментальное исследование помех, возникающих при регистрации дыхательных шумов электронными стетофонендоскопами |
| title_short | Экспериментальное исследование помех, возникающих при регистрации дыхательных шумов электронными стетофонендоскопами |
| title_sort | экспериментальное исследование помех, возникающих при регистрации дыхательных шумов электронными стетофонендоскопами |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/79745 |
| work_keys_str_mv | AT vovkiv éksperimentalʹnoeissledovaniepomehvoznikaûŝihpriregistraciidyhatelʹnyhšumovélektronnymistetofonendoskopami AT makarenkovaaa éksperimentalʹnoeissledovaniepomehvoznikaûŝihpriregistraciidyhatelʹnyhšumovélektronnymistetofonendoskopami AT vovkiv experimentalstudyofinterferencesoccurringatrecordingtherespiratorynoisebyelectronicsthetophonendoscopes AT makarenkovaaa experimentalstudyofinterferencesoccurringatrecordingtherespiratorynoisebyelectronicsthetophonendoscopes |