طراحی و بررسی کارایی سیستم هوشمند جداسازی و طبقه بندی آریتمی های موجود در سیگنال های صوتی قلب با استفاده از فیلتر تطبیقی و شبکه عصبی چند لایه پس انتشار (MLP-BP)

شنیدن سیگنال های صوتی قلب یکی از روش های غیر تهاجمی و در عین حال آسان در تشخیص بی نظمی های عملکردی قلب انسان محسوب می شود که تحلیل صحیح آن، به دانش و تجربه ی پزشک متخصص نیاز دارد. هدف این مقاله، طراحی و پیاده سازی یک سیستم هوشمند در جداسازی و طبقه بندی آریتمی های موجود در سیگنال های صوتی قلب است.
این پژوهش در مرحله ی نخست به صورت اکتشافی و در مرحله ی دوم، به صورت تجربی پیاده سازی شده است. در گام اول، سیگنال های صوتی قلب از طریق دستگاه ضبط کننده ی صداهای قلبی (PCG) به دست آمدند. داده ها از 41 داوطلب به صورت آگاهانه و غیر مداخله ای در طول یک ماه، از مرکز مطالعات بالینی قلب و عروق بیمارستان واسعی شهر سبزوار، به صورت نرمالیزه شده دریافت شدند. با آزمایش نمونه های مورد مطالعه، 104 سیگنال طبیعی و 60 سیگنال صوتی غیر طبیعی قلب از مجموع افراد گردآوری شد. در مرحله ی پردازش اولیهی داده ها، با استفاده از فیلتر تطبیقی، نویزها و اختلالات محیطی، از سیگنال صوتی جداسازی می شوند. سپس با اعمال تبدیل CWT به داده ها، فرایند استخراج ویژگی بر اساس سیکل های قلبی سیگنال صوتی صورت گرفته و در نهایت بردارهای ویژگی 32 گانه موجک با استفاده از ضرایب جزئی، تشکیل می شود. طبقه بندی نهایی سیگنال های صوتی طبیعی و غیر طبیعی قلب، با استفاده از شبکه ی عصبی چند لایه پرسپترون و به صورت پس انتشار (MLP-BP) صورت می پذیرد. 70% داده ها در آموزش شبکه ی عصبی پیشنهادی و 30% آنها برای آزمایش شبکه MLP-BP به کار گرفته شدند.
پیاده سازی مرحله های جداسازی و طبقه بندی سیگنال های صوتی با استفاده از 15 بیمار قلبی که شامل 10 مرد و 5 زن با میانگین سنی 7/561 سال و 26 فرد سالم که شامل 19 مرد و 7 زن با میانگین سنی 7/85/56 سال انجام گرفت و مشاهده شد که به ترتیب دقت های 5/190/96 درصد و 94 درصد در خروجی الگوریتم حاصل آمدند. عملکرد قابل قبول سیستم، بر اساس طراحی دقیق نرم افزاری بوده و به همین دلیل کارایی مناسبی را در عمل به همراه دارد.
بر مبنای قابلیت اطمینان به خروجی نرم افزار در طبقه بندی صحیح سیگنال های صوتی قلب و به دلیل انطباق بالای تشخیص در مرحله ی اکتشاف با تشخیص در واقعیت، امکان پیاده سازی این سیستم در بخش های بیمارستانی وجود داشته و انجام آن را توجیه می کند.