Анализ баллистокардиограммы на граничных вычислительных узлах
Автор: Нужный А.С., Прозоров А.А., Бугаев В.И., Шувалов Н.Д., Подымов В.В.
Журнал: Труды Института системного программирования РАН @trudy-isp-ran
Статья в выпуске: 2 т.30, 2018 года.
Бесплатный доступ
В работе рассматривается бесконтактный метод анализа сердечной активности человека, основанный на регистрации и обработке баллистокардиографичекого сигнала. В измерительной установке для фиксации микроскопических движений тела используется пьезоэлектрический датчик высокой чувствительности. Появляющийся вследствие высокой чувствительности шум, существенно превышающий полезный сигнал, в дальнейшем фильтруется математическими методами. Для выделения кардио компоненты используется полосный фильтр Баттерворта. Этот подход к фильтрации полезного сигнала является более экономичным с точки зрения необходимых вычислительных ресурсов, чем сравнимые по точности методы, основанные на машинном обучении, и может быть реализован на граничном (промежуточном) вычислительном узле, к которому подключены несколько датчиков. Качество полученной после фильтрации кардио компоненты позволяет с высокой точностью выделить на ней циклы сердечной активности (сердцебиения). Предлагаемый в работе алгоритм выделения сердцебиений также обладает достаточно низкой вычислительной стоимостью, чтобы быть использованным на граничном вычислительном узле. После фильтрации данные передаются выше - в центр обработки данных (облако)
Баллистокардиография, сердечная активность, фильтр баттерворта, интернет вещей
Короткий адрес: https://sciup.org/14916524
IDR: 14916524 | DOI: 10.15514/ISPRAS-2018-30(2)-12
Список литературы Анализ баллистокардиограммы на граничных вычислительных узлах
- https://forinnovations.ru.
- J.W. Gordon. Certain molar movements of the human body produced by the circulation of the blood. J. Anatomy Physiol., vol. 11, 1877, pp. 533-536.
- A. S. Devyatisilny, "Intrapretation of optical accelerometer measurements", Journal of technical physics, vol 74, issue 9, 2004, pp. 141-142.
- RMFIT R-series sensor. https://www.emfit.com/r-series-sensors.
- A. Ahmed and E. Ahmed. A survey on mobile edge computing. In Proc. of the 10th International Conference on Intelligent Systems and Control (ISCO), 2016, pp. 1-8.
- W. Shi, J. Cao, Q. Zhang, Y. Li and L. Xu. Edge Computing: Vision and Challenges. IEEE Internet of Things Journal, vol. 3, no. 5, Oct. 2016, pp. 637-646.
- Prozorov A.A., Bugaev V.I., Tsarenko S.V. A device for continuous contactless measurements of major biometric indexes of a lying patient: Russian patent application №2017101824 from 20 Jan. 2017.
- Joonas Paalasmaa. Monitoring Sleep with Force sensor Measurement. Doctoral dissertation, Department of Computer Science, Series of Publications A, report A-2014-2. 2014, 59 p.
- W. Chen, X. Zhu, T. Nemoto, K. Kitamura, K. Sugitani, and D. Wei. Unconstrained monitoring of long-term heart and breath rates during sleep. Physiol. Meas., vol. 29,, 2008, pp. N1-N10.
- O. Postolache, P. Silva Girao, G. Postolache, and M. Pereira. Vital signs monitoring system based on EMFi sensors and wavelet analysis. In Proc. of the Instrumentation and Measurement Technology Conference, 2007, pp. 1-4.
- W. Xu, W. A. Sandham, A. C. Fisher, and M. Conway. Detection of the seismocardiogram W complex based on multiscale edges. In Proc. of the 18th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society, 1996, pp. 1023-1024.
- D. H. Phan, S. Bonnet, R. Guillemaud, and N. Y. P. T. E. Castelli. Estimation of respiratory waveform and heart rate using an accelerometer. In Proc. of the 30th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology, 2008, pp. 4916-4919.
- Joan Gomez-Clapers, Albert Serra-Rocamora, Ramon Casanella, Ramon Pallas-Areny. Towards the standardization of ballistocardiography systems for J-peak timing measurement. Measurement, vol. 58, 2014, pp. 310-316
- S. Junnila, A. Akhbardeh, A. V¨arri, and T. Koivistoinen. An EMFi-film sensor based ballistocardiographic chair: Performance and cycle extraction method. In Proc. IEEE Workshop on Signal Processing Systems Design and Implementation, 2005, pp. 373-377.
- Christoph Bruser, Kurt Stadlthanner, Stijn de Waele, and Steffen Leonhardt. Adaptive Beat-to-Beat Heart Rate Estimation in Ballistocardiograms. IEEE Transactions on Information Technology in Biomedicine, vol. 15, issue 5, Sept. 2011, pp. 778-786.
- S. Haykin. Adaptive Filter Theory. 4rd Edition. Paramus, NJ: Prentice-Hall, 2001.
- J. Paalasmaa and M. Ranta. Detecting heartbeats in the ballistocardiogram with clustering. In Proc. of the ICML/UAI/COLT 2008 Workshop on Machine Learning for Health-Care Applications, 2008, pp. 1-4.
- J. H. Shin, B. H. Choi, Y. G. Lim, D. U. Jeong, and K. S. Park. Automatic ballistocardiogram (BCG) beat detection using a template matching approach. In Proc. of the 30th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society, 2008, pp. 1144-1146.
