Rozpoznávací metody v oblasti biosignálů
Loading...
Date
Authors
ORCID
Advisor
Referee
Mark
B
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií
Abstract
Diplomová práce je zaměřena na studium rozpoznávacích metod používaných v oblasti zpracování jednorozměrných signálů. Rozpoznávacích metod je celá řada, v této práci je stručně popsán princip některých z nich (umělé neuronové sítě, fuzzy systémy, expertní systémy a rozhodovací stromy). Pro zpracování signálů dostupných z databáze ÚBMI byla zvolena metoda Dynamického borcení časové osy (DTW - Dynamic Time Warping). Lze ji využít jako metodu nelineárního zpracování signálů. Výsledkem této metody je stanovení míry podobnosti dvou porovnávaných posloupností na základě výpočtu jejich vzdálenosti. Jedním z důvodů pro výběr této metody byla možnost zpracování posloupností různých délek. V práci je vysvětlen princip metody, způsob výpočtu vzdálenosti dvou vstupních posloupností a metoda nalezení cesty DTW. Ukázka činnosti metody byla provedena na náhodně zvolených číslech a na sadě simulovaných signálů. Metoda byla aplikována na signály EKG a akční potenciály zaznamenané na izolovaném králičím srdci. Pomocí DTW byly hodnoceny tvarové změny těchto signálů v opakujících se fázích experimentu označovaných jako ischemie a reperfuze. Na základě výsledků vypočítaných vzdáleností pomocí DTW byly na signálech EKG rozpoznávány a do jednotlivých fází experimentu, podle minimální vzdálenosti, zařazovány vybrané srdeční cykly. Měřítkem hodnotícím tuto metodu klasifikace bylo určení senzitivity. Ta dosáhla hodnoty 65%. Kromě zařazování jednotlivých srdečních cyklů k fázím experimentu byl algoritmus DTW vyzkoušen na přiřazování vybraného srdečního cyklu k odpovídající minutě záznamu ve vybrané fázi experimentu. Zde dosáhla senzitivita hodnoty 68,3%. Na signálech AP byla pomocí DTW sledována přítomnost pohybového artefaktu. Zde se tato metoda uplatnila lépe na signálech měřených ve fázích ischemie. Současně s výše uvedenou tematikou jsou v rámci práce řešeny otázky vzniku, šíření, snímání, následného zpracování a rozměřování elektrických projevů srdeční činnosti označovaných jako signály EKG a akční potenciály.
The thesis is focused on the recognition methods study used in one-dimensional signal processing. A lot of recognition methods exist, this thesis briefly describes the principle of some of them, e.g. artificial neural networks, fuzzy systems, expert systems and decision trees. Dynamic time warping (DTW) method has been chosen for signal processing available from UBMI database. DTW can be used as a non-linear signal processing method. The result of this method is to determine the similarity of two compared signals on the basis of their distance calculation. One of the reasons for choosing this method was the possibility of various length signal processing. The principle of the method as well as the calculation of the distance between two input data sequences is described in the thesis. DTW path finding method is also mentioned. The method was applied on randomly selected numbers and a set of simulated signals. The method was applied to ECG and action potential signals recorded on the isolated rabbit heart. DTW was used to evaluate shape changes of these signals in repeated phases of the experiment known as ischemia and reperfusion. Selected cardiac cycles were detected and included into different experiment phases on the basis of calculated distance results using DTW. Sensitivity was selected as an evaluative criterion of this classification method. It reached a value of 65%. DTW algorithm was further tested on the selected cardiac cycle mapping to the corresponding minute record in the selected experiment phase. It reached a sensitivity of 68.3%. The motion artifact appearance was monitored using DTW on AP signals. The method functioned more precisely on signals measured in ischemia phases. Along with the above mentioned, the thesis discusses all aspects of heart electrical manifestation activities called as ECG signals and action potentials, such as origin, propagation, recording, post-processing and measuring out.
The thesis is focused on the recognition methods study used in one-dimensional signal processing. A lot of recognition methods exist, this thesis briefly describes the principle of some of them, e.g. artificial neural networks, fuzzy systems, expert systems and decision trees. Dynamic time warping (DTW) method has been chosen for signal processing available from UBMI database. DTW can be used as a non-linear signal processing method. The result of this method is to determine the similarity of two compared signals on the basis of their distance calculation. One of the reasons for choosing this method was the possibility of various length signal processing. The principle of the method as well as the calculation of the distance between two input data sequences is described in the thesis. DTW path finding method is also mentioned. The method was applied on randomly selected numbers and a set of simulated signals. The method was applied to ECG and action potential signals recorded on the isolated rabbit heart. DTW was used to evaluate shape changes of these signals in repeated phases of the experiment known as ischemia and reperfusion. Selected cardiac cycles were detected and included into different experiment phases on the basis of calculated distance results using DTW. Sensitivity was selected as an evaluative criterion of this classification method. It reached a value of 65%. DTW algorithm was further tested on the selected cardiac cycle mapping to the corresponding minute record in the selected experiment phase. It reached a sensitivity of 68.3%. The motion artifact appearance was monitored using DTW on AP signals. The method functioned more precisely on signals measured in ischemia phases. Along with the above mentioned, the thesis discusses all aspects of heart electrical manifestation activities called as ECG signals and action potentials, such as origin, propagation, recording, post-processing and measuring out.
Description
Keywords
EKG, akční potenciály, klasifikace, rozpoznávání, dynamické borcení časové osy, DTW, derivované borcení časové osy, DDTW, matice lokálních vzdáleností, matice kumulovaných vzdáleností, hodnota minimální vzdálenosti, ECG, action potentials, classification, recognition, dynamic time warping, DTW, derivative dynamic time warping, DDTW, local distance matrix, cumulate distance matrix, minimal value of the distance
Citation
JURAČKA, Z. Rozpoznávací metody v oblasti biosignálů [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií. 2009.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
cs
Study field
Biomedicínské a ekologické inženýrství
Comittee
prof. Ing. Ivo Provazník, Ph.D. (předseda)
prof. Ing. Jiří Jan, CSc. (místopředseda)
doc. Ing. Jan Münz, CSc. (člen)
Ing. Josef Halámek, CSc. (člen)
doc. Ing. Jana Kolářová, Ph.D. (člen)
Ing. Zoltán Szabó, Ph.D. (člen)
MUDr. Zuzana Nováková, Ph.D. (člen)
Date of acceptance
2009-06-09
Defence
Student prezentoval výsledky své diplomové práce.
Komise byla seznámena s posudkem vedoucího práce a oponenta.
Otázka oponenta byla zodpovězena.
Do diskuze se zapojil prof. Provazník, Ing. Szabó, doc. Münz, Ing. Halámek.
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení