Please use this identifier to cite or link to this item:
http://hdl.handle.net/1843/78423
Type: | Dissertação |
Title: | Detecção das ondas R de sinais de eletrocardiograma por meio da Local Mean Decomposition e da Empirical Mode Decomposition |
Authors: | Mariana Pimenta Adaixo de Deus |
First Advisor: | Danilo Barbosa Melges |
First Referee: | Gabriela Alves Trevizani |
Second Referee: | Renan Fernandes Kozan |
Abstract: | A análise do sinal de Eletrocardiograma (ECG) é fundamental para a avaliação da atividade elétrica cardíaca de indivíduos, sendo importante para a identificação de arritmias e cardiopatias. Esta análise envolve a identificação das ondas características (P, Q, R, S e T), bem como do início e fim delas. A identificação da onda R, em particular, é fundamental para o cálculo da frequência cardíaca e sua variabilidade. Assim, este trabalho teve como objetivo a detecção de ondas R por meio das técnicas Local Mean Decomposition (LMD), Empirical Mode Decomposition (LMD) e Método de Pan-Tompkins (MPT) aplicados a quatro bases de sinais de ECG: MIT-BIH Normal Sinus Rhythm Database (indivíduos saudáveis), Congestive Heart Failure RR Interval Database (indivíduos com insuficiência cardíaca), MIT-BIH Supraventricular Arrhythmia Database (indivíduos com arritmia supraventricular) e CU Ventricular Tachyarrhythmia Database (indivíduos com taquiarritmia ventricular). A identificação correta ou incorreta das ondas R é verificada a partir da anotação de sua ocorrência realizada por especialista. Para cada técnica foi calculado o Tempo de Execução (TExec) médio. A MPT foi a mais rápida, seguida pela EMD, e, por último, a LMD. No entanto, a LMD apresentou TExec médio variando de 1 a 5 s para processamento de sinais de 8 ou 10 minutos; logo, mesmo esta técnica poderia ser aplicada para processamento online. Além disso, foram calculados os Verdadeiros Positivos (VP), os Falsos Positivos (FP) e os Falsos Negativos (FN) para cada técnica, e, a partir destes valores, obtidos os parâmetros Sensibilidade (Se), Valor Preditivo Positivo (VPP) e Taxa de Erro (Erro%). Para as bases de ritmo sinusal normal e insuficiência cardíaca, as três técnicas apresentaram desempenho excelente com Se e VPP muito elevados e Erro% muito baixas. Para os sinais de taquiarritmia ventricular, todas as técnicas apresentaram desempenho ruim, sendo a LMD a que obteve menor taxa de erro (cerca de 30%). E para a base de arritmia supraventricular, a MPT apresentou bom desempenho, seguida da LMD e da EMD (com sinal reconstruído a partir das Intrinsic Mode Functions IMF1-IMF2 e IMF1-IMF3) com desempenhos intermediárias. Para a EMD (reconstruída com IMF1) a taxa de erro foi inaceitável (>40%), assim como a Sensibilidade baixíssima (cerca de 60%). Os resultados indicaram a técnica clássica MPT como a que obteve melhor desempenho geral. No entanto, os resultados da aplicação da LMD e EMD podem ser considerados promissores, visto que o desempenho destas técnicas é bastante dependente do critério utilizado para detecção. Neste trabalho, tanto para LMD, quanto para a EMD foram utilizados critérios baseados em limiar de amplitude; no entanto, há outros descritos na literatura que merecem investigação. |
Abstract: | The analysis of the Electrocardiogram (ECG) signal is fundamental for assessment of cardiac electrical activity in individuals, being important for the identification of arrhythmias and heart diseases. This analysis involves the identification of characteristic waves (P, Q, R, S, and T), as well as their beginning and end. The identification of the R wave, specially, is crucial for calculating heart rate and its variability. Thus, this work aimed at detecting R waves using Local Mean Decomposition (LMD), Empirical Mode Decomposition (EMD), and the Pan-Tompkins Method (PTM) applied to four ECG signal databases: MIT-BIH Normal Sinus Rhythm Database (healthy individuals), Congestive Heart Failure RR Interval Database (individuals with heart failure), MIT-BIH Supraventricular Arrhythmia Database (individuals with supraventricular arrhythmia), and CU Ventricular Tachyarrhythmia Database (individuals with ventricular tachyarrhythmia). The correct or incorrect identification of R waves is verified based on the annotation of their occurrence made by a specialist. For each technique, the average Execution Time (TExec) was calculated. PTM was the fastest, followed by EMD, and lastly, LMD. However, LMD presented an average TExec ranging from 1 to 5 seconds for processing 8 or 10-minute signals; thus, even this technique could be applied for online processing. Additionally, True Positives (TP), False Positives (FP), and False Negatives (FN) were calculated for each technique, and from these values, Sensitivity (Se), Positive Predictive Value (PPV), and Error Rate (Error%) were obtained. For the normal sinus rhythm and heart failure databases, all three techniques showed excellent performance with very high Se and PPV and very low Error%. For ventricular tachyarrhythmia signals, all techniques showed poor performance, with LMD having the lowest error rate (around 30%). For the supraventricular arrhythmia database, PTM showed good performance, followed by LMD and EMD (with signals reconstructed from the Intrinsic Mode Functions IMF1-IMF2 and IMF1-IMF3) with intermediate performances. For EMD (reconstructed with IMF1), the error rate was unacceptable (>40%), as was the very low Sensitivity (around 60%). The results indicated the classical PTM technique as the one with the best overall performance. However, the results of applying LMD and EMD can be considered promising, as the performance of these techniques is highly dependent on the detection criterion used. In this work, amplitude threshold-based criteria were used for both LMD and EMD; however, other criteria described in the literature deserve investigation. |
Subject: | Engenharia elétrica Eletrocardiografia Arritmia Cardiopatias |
language: | por |
metadata.dc.publisher.country: | Brasil |
Publisher: | Universidade Federal de Minas Gerais |
Publisher Initials: | UFMG |
metadata.dc.publisher.department: | ENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA |
metadata.dc.publisher.program: | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica |
Rights: | Acesso Aberto |
URI: | http://hdl.handle.net/1843/78423 |
Issue Date: | 21-Jun-2024 |
Appears in Collections: | Dissertações de Mestrado |
Files in This Item:
File | Description | Size | Format | |
---|---|---|---|---|
dissertação_versaoFinal.pdf | 3.71 MB | Adobe PDF | View/Open |
Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.