A comparative study of single-channel signal processing methods in fetal phonocardiography

Fetal phonocardiography is a non-invasive, completely passive and low-cost method based on sensing acoustic signals from the maternal abdomen. However, different types of interference are sensed along with the desired fetal phonocardiography. This study focuses on the comparison of fetal phonocardiography filtering using eight algorithms: Savitzky-Golay filter, finite impulse response filter, adaptive wavelet transform, maximal overlap discrete wavelet transform, variational mode decomposition, empirical mode decomposition, ensemble empirical mode decomposition, and complete ensemble empirical mode decomposition with adaptive noise. The effectiveness of those methods was tested on four types of interference (maternal sounds, movement artifacts, Gaussian noise, and ambient noise) and eleven combinations of these disturbances. The dataset was created using two synthetic records r01 and r02, where the record r02 was loaded with higher levels of interference than the record r01. The evaluation was performed using the objective parameters such as accuracy of the detection of S1 and S2 sounds, signal-to-noise ratio improvement, and mean error of heart interval measurement. According to all parameters, the best results were achieved using the complete ensemble empirical mode decomposition with adaptive noise method with average values of accuracy = 91.53% in the detection of S1 and accuracy = 68.89% in the detection of S2. The average value of signal-to-noise ratio improvement achieved by complete ensemble empirical mode decomposition with adaptive noise method was 9.75 dB and the average value of the mean error of heart interval measurement was 3.27 ms.Web of Science178art. no. e026988

Fetal PCG Signal Processing

Tato diplomová práce se zabývá extrakcí plodového fonokardiogramu (fFKG) ze záznamů pořízených na abdominální oblasti matky neinvazivním senzorem pomocí navrženého softwarového řešení. Abdominální fonokardiogram (aFKG) se skládá ze směsi fFKG, mateřského (mFKG) a šumu ve formě pohybů matky a plodu, zvuků z orgánů a vnějších zvuků. V práci je nejprve popsána teorie o vývoji plodu a jeho srdci. Poté je v práci popsána rešerše zabývající se všemi metodami, pomocí kterých lze extrahovat fFKG a poté jsou popsány algoritmy vybraných metod. Navržený systém se zakládá na FIR filtraci a vlnkové transformaci (WT) a primárně je zaměřen na stanovení plodové tepové frekvence (fHR) a vykreslení průběhů fHR. Funkčnost tohoto softwarového systému je testována na syntetických záznamech a reálných záznamech z databází. Hodnocení kvality je provedeno stanovením fHR a odstupu signálu od šumu (SNR).This thesis deals with extraction of fetal phonocardiogram (fFKG) from the recorded signals acquired on the abdominal area of the mother with a non-invasive sensor using the proposed software solution. The abdominal phonocardiogram (aFKG) consists of a mixture of fFKG, maternal (mFKG) and noise in the form of mother and fetal movements, organ sounds and external sounds. The thesis describes first the theory of the development of the fetus and its heart. Then, the research describes all the methods by which fFKG can be extracted and algorithms of the selected methods are described. The proposed system is based on FIR filtering and wavelet transformation (WT) and primarily focuses on determining fetal heart rate (fHR) and plotting the fHR waveforms. Functionality of this software system is tested on synthetic records and real records from databases. Quality assessment is performed by determining fHR and SNR.450 - Katedra kybernetiky a biomedicínského inženýrstvívýborn

Passive Fetal Monitoring by Advanced Signal Processing Methods and Analysis in Fetal Phonocardiography

Variabilita srdeční frekvence je velice důležitá pro hodnocení zdravotního stavu plodu. V diplomové práci je navržen komplexní systém zpracování a analýzy plodového fonokardiogramu pro získání srdeční frekvence plodu. První část práce popsuje fyziologickou i patologickou srdeční činnost plodu, možnosti snímání a typické vlastnosti fonokardiogramu plodu. Práce dále popisuje metody adaptivní vlnkové transformace, analýzu nezávislých komponent, empirického rozkladu, souboru empirického rozkladu a Hilbertovu transformaci pro zpracování a analýzu signálu. Sytém byl realizován v programovém prostředí MATLAB. K ovládání programu bylo vytvořeno grafické uživatelské rozhraní, ve kterém je možné simulovat základní typy rušení a provést filtraci signálu.Heart rate variability is crucial for assessing fetal health. The diploma thesis proposes a complex system of processing and analysis of fetal phonocardiogram for obtaining fetal heart rate. The first part describes physiological and pathological heart function of a fetus, possibilities of scanning and typical properties of phonocardiogram of a fetus. The work also describes methods of adaptive wavelet transform, independent components analysis, empirical mode decomposition, ensemble empirical mode decomposition and Hilbert transform for signal processing and analysis. The system was implemented by using MATLAB software. To control the program, a graphical user interface was created in which it is possible to simulate basic types of noise and conduct signal filtering.450 - Katedra kybernetiky a biomedicínského inženýrstvívýborn