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PublicouIuri Favela Alterado mais de 10 anos atrás
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Detecção Automática do Complexo QRS e Reconhecimento de Contração Ventricular Prematura (CVP) em ECG
Autores: João Paulo do Vale Madeiro Paulo César Cortez Francisco Ivan de Oliveira Robson da Silva Siqueira UFC - Universidade Federal do Ceará DETI - Departamento de Engenharia de Teleinformática
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As Arritmias Cardíacas
Constituem um dos tipos mais perturbadores de disfunção cardíaca; Resultam do ritmo cardíaco anormal; Ritmicidade anormal do marca-passo; Deslocamento do marca-passo do nodo sinusal para outras áreas do coração; Vias anormais para transmissão do impulso elétrico.
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Contração Ventricular Prematura
Foco situado em região ventricular dispara impulso precocemente assumindo função de marca-passo; Próximo impulso que se segue, originado no nodo sinusal, ocorre após pausa compensadora.
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Contração Ventricular Prematura
No ECG, as características da CVP são: Complexo QRS prolongado e com alta amplitude; Onda T, com potencial elétrico de polaridade oposta à do complexo QRS; Pausa compensadora entre a contração prematura e a contração seguinte.
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O Sinal Eletrocardiograma
1a Fase: Diástole; 2a Fase: Sístole Auricular; 3a Fase: Sístole Ventricular.
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Algoritmo Proposto Combinação das técnicas do limiar adaptativo e da transformada Wavelet; Não há pré-processamento; Detector R-R (localização dos picos R e determinação do Ritmo Cardíaco) e detector Q-S (localização dos picos Q e S e determinação da energia do QRS). Detector R-R Detector Q-S ECG(n)
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Transformada Wavelet Decomposição de um sinal como um conjunto de funções base, através de parâmetros de dilatação e translação Wavelet-Mãe: “Chapéu de Mexicano”: (1) (2)
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Filtragem de Intervalo Atualização do parâmetro limiar
O Detector - RR ECG(n) Varredura e comparação Testa pico Filtragem de Intervalo Th(k) Armazena pico R Validação de Pico Atualização do parâmetro limiar
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A técnica do limiar adaptativo
Re[k] – Amplitude estimada do batimento k ; R[k-1] – Amplitude real do batimento k-1; X, Y - Baseados em discrepâncias R[k-2] R[k-1]; Th[k] - Parâmetro limiar para detecção do batimento k; a - Fator de Amplitude; (3) (4)
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Validação de Pico e Falha de Limiar
I[k] – Último intervalo; Detecção Falso-Positivo – Detecção Falso-Negativo - Indicação de Detecção Correta -
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Detecção Falso-Positiva
Um intervalo em torno do pico em teste é selecionado e a transformada Wavelet é aplicada de modo a validar o pico em análise.
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Detecção Falso-Negativa
O algoritmo aplica a transformada de Wavelet sobre o intervalo onde nenhum pico foi detectado. Um limiar temporário é calculado. R[k-1] > 1.25*R[k-2] R[k-1] < 1.25*R[k-2] I[k] > 2*I[k-1] =0.50 th[k]= *R[k-2] =0.30 th[k]= *R[k-1] I[k] < 2*I[k-1] =0.70
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Detecção Falso-Negativa
Ilustração do processo de correção da detecção falso-negativa.
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O Detector QS Estágio de estimação: Teste de um range de resoluções ou escalas da transformada Wavelet (detecção de pontos críticos). a = 9 a = 7 a = 6
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O Detector QS W[n] – Wavelet-filha correspondente a uma dada escala;
QRSk[n] – Intervalo QRS segmentado, pela detecção dos pontos críticos; Cada resolução terá um parâmetro característico e como indicador de eficiência; A resolução que obtiver um menor valor médio de e, ao longo do treinamento, é selecionada para uso; Este valor mínimo é armazenado como referência.
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O Detector QS Ao longo do processamento, o parâmetro e continua sendo monitorado; Se para uma dada detecção, o valor de e exceder o erro mínimo de referência, obtido no treinamento, procede-se a mudança de escala. Abaixo, ilustração do processo de segmentação do QRS
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Reconhecimento da Contração Ventricular Prematura
São testadas 3 condições para o reconhecimento. Pausa Compensatória: I[k] > (1+X)I[k-1]; Energia do QRS central: EQRSC > EQRSD e EQRSC > EQRSE; Relação de sinal entre Pico T e complexo QRS: ECG[T(i)]*ECG[R(i)] < 0. A verificação das 3 condições acima implica no reconhecimento do batimento central como uma CVP.
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Análise dos Resultados
Experimentos de testes com a base de dados Arrhythmia Database do MIT-BIH; Detecção do Complexo QRS: Se(%) = 99.06%, +P(%) = 99.7%, DER = 1.27% Se - Sensitividade +P - Preditividade Positiva DER - Taxa de Erro de Detecção TP – Detecções corretas; FN – Falso Negativos; FP – Falso Positivos; NQRS – Total de complexos QRS em um exame.
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Análise dos Resultados
Reconhecimento de CVP’s (taxa de detecção de 63.7%): Exame Total CVP CVP’s detectadas 100 1 102 4 3 104 2 106 520 222 116 109 38 118 96 43 119 444 442
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Conclusão Eficiência na detecção de complexos QRS, inclusive em exames com forte contaminação de ruído, como 105, e com expressiva variação da morfologia do complexo QRS, como o 106. Taxa de detecção de CVP’s de 63.7%. Levando em consideração que o método não utiliza pré-procesamento, mas apenas as informações obtidas pelo detector do QRS, que são os intervalos R-R e os limites de cada complexo QRS, consideram-se que estes resultados são satisfatórios. Mais simulações serão realizadas e novos resultados serão documentados para o método proposto.
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Grupo de Trabalho Prof. Dr. Paulo César Cortez (DETI – UFC)
João Paulo do Vale Madeiro – PET – Elétrica Francisco Ivan Oliveira – mestrando UFC Robson Siqueira – mestrando UFC / Instituto Atlântico
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