Adaptif filtereme kullanılarak solunum hızı tespit sistem tasarımı
Respiratory rate detection system design using adaptive filtering
Yazar: MOHAMED ALFITURI ALBASHIR ELHASHMI
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ AHMET REŞİT KAVSAOĞLU
Karabük Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Biyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Bilim ve Teknoloji = Science and Technology ; Biyoteknoloji = Biotechnology ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Sayısal işaret işleme = Digital signal processing ; Solunum hızı = Respiration rate

Özet:
Adaptif filtre sayısal filtreleme tekniğinin bir çeşididir. Klasik filtreleme tekniğine benzemeyen bu filtre biçimi, üç temel elemandan oluşmaktadır. Bu elemanlar toplayıcı eleman, ağırlıklandırıcı (çarpım) elemanı ve bir sayısal filtre yapısıdır. Bu elemanlara sahip bir sistem, çevre ortamına bağlı olarak filtre karakteristiğinde gereken değişmeyi filtre katsayılarını değiştirerek yapabilmektedir.
Solunum, göğüs kafesinin ve akciğerlerin hareketine ve bu organlarda meydana gelen art arda hacim ve basınç değişikliklerine karşılık gelir. Solunum hızı (RR) ise dakikada ki solunum sıklığıdır. (RR) ciddi hastalıkları tespit etmek ve izlemek için kullanıldığından adaptif filtreleme kullanarak bir solunum hızı tespit sisteminin tasarlanması önemli konulardan biri olarak kabul edilir.  
Bu çalışmada solunum hızını algılayan bir sistem gerçekleştirilmiştir. Bu sistemde adaptif filtreleme, ses sinyalinde konuşma sınırını tespit etme algoritması, iki adet içerisine mikrofon yerleştirilen steteskop, USB ses adaptörü ve bir MATLAB GUI arayüz tasarımı bulunmaktadır. Mikrofonlardan biri soluk borusunun (trakeal), diğeri de kalbin üzerine yerleştirilmektedir. Kalp üzerindeki steteskoptan gelen ses sinyalleri gürültü kaynağı olarak kullanılıp soluk borusu üzerine yerleştirilen mikrofondan alınan ses sinyallerinin bu gürültüden arındırılması vasıtasıyla bir ön işlem gerçekleştirilmektedir. Bu ön işlem sonrası adaptif filtre çıkışında soluk borusu üzerine yerleştirilen steteskoptan kalp seslerinin arındırılmasıyla temiz bir solunum ses sinyaline ulaşılmaktadır. Bu temiz solunum ses sinyali üzerinde konuşma sınırlarını tespit etme algoritmasının çalıştırılması ile soluk alma ve soluk verme zaman aralıkları tespit edilebilmektedir. Tespit edilen bu zaman aralıklarının kullanılmasıyla solunum hızı elde edilmektedir.

Abstract:
The adaptive filter is a variation of the digital filtering technique. This form of filter, which does not resemble the classical filtering technique, consists of three basic elements. These elements are collector element, weighting (multiplication) element and a digital filter structure. A system, which has these elements, can make the necessary change in the filter characteristics depending on the environmental media by changing the filter coefficients.
Breathing corresponds to the movement of the thorax and lungs and to volume and pressure changes that occur successive in these organs. Respiratory rate (RR) means the respiratory frequency per minute. Since the RR is used to detect and monitor the serious diseases, designing a respiratory rate detection system by means of using adaptive filtering is considered one of the important issues. 
In this study, a system that detects respiratory rate has been implemented. In this system, there are adaptive filtering, speech limit detection algorithm in the sound signal, two stethoscopes whose internal part is placed a microphone and a MATLAB GUI interface design. One of the microphones is placed to upper part of the trachea and the other is placed to upper part of the heart. The sound signals coming from the stethoscope on the heart are used as a noise source and a preprocessing is carried out by means of making free from this noise the sound signals received from the microphone placed on the trachea. After this pre-processing, a clean breathing sound signal is reached by means of making free the heart sounds from the stethoscope placed on the trachea at the adaptive filter output. Inhalation and exhalation time intervals can be determined by running the speech limit detection algorithm on this clean breathing sound signal. The respiratory rate is obtained by using these determined time intervals.