Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

A new method of cardiac sympathetic index estimation using a 1D-convolutional neural network

Kołodziej Marcin, Majkowski Andrzej, Tarnowski Paweł, Rak Remigiusz Jan, Rysz Andrzej

Bulletin of the Polish Academy of Sciences. Technical Sciences

|

2021

|

Vol. 69, nr 3

art. no. e136921

EN

Epilepsy is a neurological disorder that causes seizures of many different types. The article presents an analysis of heart rate variability (HRV) for epileptic seizure prediction. Considering that HRV is nonstationary, our research focused on the quantitative analysis of a Poincare plot feature, i.e. cardiac sympathetic index (CSI). It is reported that the CSI value increases before the epileptic seizure. An algorithm using a 1D-convolutional neural network (1D-CNN) was proposed for CSI estimation. The usability of this method was checked for 40 epilepsy patients. Our algorithm was compared with the method proposed by Toichi et al. The mean squared error (MSE) for testing data was 0.046 and the mean absolute percentage error (MAPE) amounted to 0.097. The 1D-CNN algorithm was also compared with regression methods. For this purpose, a classical type of neural network (MLP), as well as linear regression and SVM regression, were tested. In the study, typical artifacts occurring in ECG signals before and during an epileptic seizure were simulated. The proposed 1D-CNN algorithm estimates CSI well and is resistant to noise and artifacts in the ECG signal.

2

Missing-data imputation using wearable sensors in heart rate variability

Tlija A., Węgrzyn-Wolska K., Istrate D.

Bulletin of the Polish Academy of Sciences. Technical Sciences

|

2020

|

Vol. 68, nr 2

255--261

EN

The objective of this work is to set up a methodology that considers missing data from a connected heartbeat sensor in order to propose a good replacement methodology in the context of heart rate variability (HRV) computation. The framework is a research project, which aims to build a system that can measure stress and other factors influencing the onset and development of heart disease. The research encompasses studying existing methods, and improving them by use of experimental data from case study that describe the participant’s everyday life. We conduct a study to modelize stress from the HRV signal, which is extracted from a heart rate monitor belt connected to a smart watch. This paper describes data recording procedure and data imputation methodology. Missing data is a topic that has been discussed by several authors. The manuscript explains why we choose spline interpolation for data values imputation. We implement a random suppression data procedure and simulate removed data. After that, we implement several algorithms and choose the best one for our case study based on the mean square error.

3

Automatic detection of heart diseases based on ECG signal analysis

Delarue Louis, Drouard Pierre-Amaud, Hourdé Pierre, Joulia Jean, Renault Victorieu, Kotas Rafał

International Journal of Microelectronics and Computer Science

|

2018

|

Vol. 9, nr 4

133--141

EN

The authors provide overview of techniques used in ECG signal analysis and present their implementation in order to detect heart diseases (arrhythmias). This paper presents different means to study the ECG signals to develop automatic detection of heart diseases based on artificial intelligence.

4

Real-time estimation of the spectral parameters of Heart Rate Variability

Kudrynski K., Strumillo P.

Biocybernetics and Biomedical Engineering

|

2015

|

Vol. 35, no. 4

304--316

EN

Spectral Heart Rate Variability (HRV) parameters, LF (low frequency) and HF (high frequency), have an important role in interpreting slower and faster heart rate modulations. An online analysis method of HRV spectral parameters based on the modified Hilbert–Huang Transform (HHT) is proposed in the paper. A number of novel methods have been put forward to meet the demand of causal pre-processing of interbeat time intervals (IBI) series prior to application of HHT. Also in the real-time implementation of the HHT which is the combination of the Empirical Mode Decomposition and Hilbert spectral analysis an original extrapolation method of intrinsic mode function related to LF and HF spectral parameters was applied. The proposed algorithm allows temporal estimation of HRV spectral parameters in real-time with delays being reduced up to 60% with respect to the Short Time Fourier Transform (STFT) analysis. Such reduction in analysis delay can have an important significance in a number of cardiologic invasive procedures, e.g. in cardio-resynchronisation therapy (CRT).

5

Detekcja błędów segmentacji sygnału fotopletyzmograficznego

Bołtrukiewicz M.

Pomiary Automatyka Kontrola

|

2014

|

R. 60, nr 8

541--543

PL

Tematyka pracy związana jest z analizą zmienności rytmu serca, a dotyczy w szczególności detekcji błędów powstających podczas segmentacji procedury wyznaczającej zbiór okresów przebiegu. W artykule omówiono i zilustrowano podstawowe przyczyny błędów segmentacji. Zaproponowano dwa algorytmy detekcyjne wykorzystujące statystyczne przedziały tolerancji, które następnie przetestowano i oceniono przy użyciu posiadanego zbioru 5-minutowych przebiegów sygnału fotopletyzmograficznego.

EN

The paper concerns the detection of segmentation errors in a photoplethysmographic signal (PPG). In the paper, the causes of segmentation errors are considered. The technical causes are presented in Figs. 1 and 2 while the biological causes are shown in Fig. 3. Two algorithms of detection of errors are proposed. Both algorithms use statistical tolerance ranges, which are described by Eq. 1. The principles of operation of these algorithms are given in Eqs. 2 and 3. In the study the efficiency of these algorithms was evaluated using the factor of errors defined by Eq. 4. For both algorithms the sensitivity (SE), specificity (SP) and positive prediction value (PPV) and negative prediction value (NPV) were calculated, too. In the experiments real photoplethysmographic signals were analyzed. Time duration of each signal was equal to 5 min. The coefficients of errors obtained for both algorithms are presented in Fig. 4. The comparison of the sensitivity and the positive prediction value is shown in Fig. 5. The causes of differences between the obtained values of the coefficients are considered. The possibility of improvement of SE and PPV is also analyzed.

6

Prediction of fatigue and sleep onset using HRV analysis

Szypulska M., Piotrowski Z.

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2012

|

Vol. 53, nr 12

16-19

EN

In the paper objective syndromes associated with sleep onset and fatigue based on the analysis of heart rate variability (HRV) have been presented. Temporal and frequency parameters have been given particular attention. An algorithm for detection of the moment of sleep onset and fatigue has been described. It is based on the determination of the LF/HF ratio on the basis of an RR tachogram and assigning its value to three basic states: activity, drowsiness and sleep. Results of experiments conducted on people without dysfunctions in electrocardiogram (ECG) waveforms have been presented and discussed.

PL

W artykule przedstawiono obiektywne syndromy towarzyszące zasypianiu i zmęczeniu na podstawie analizy Zmienności Rytmu Serca (HRV). Wyszczególniono parametry analizy czasowej i częstotliwościowej. Opisano algorytm detekcji momentu zasypiania i zmęczenia bazujący na wyznaczeniu wartości współczynnika LF/HF na podstawie tachogramu RR i przypisaniu jego wartości do trzech podstawowych stanów: aktywności, senności oraz snu. Przedstawiono i omówiono wyniki eksperymentów przeprowadzonych na osobach bez dysfunkcji przebiegów elektrokardiogramu (EKG).

7

Sprężony gaz ziemny jako paliwo do pojazdów : alternatywa dla transportu publicznego w Zakopanem

Kwaśniewski K., Sas J.

Wiertnictwo, Nafta, Gaz

|

2008

|

T. 25, z. 2

417-425

PL

Jednym z kluczowych wyzwań współczesnego świata jest ograniczenie emisji szkodliwych substancji do atmosfery. Decydujący wpływ na poziom tej emisji ma przemysł, ciepłownictwo oraz transport samochodowy i lotniczy. W skali lokalnej struktura emisji do atmosfery może być zupełnie odmienna, zwłaszcza w ośrodkach, gdzie nie ma rozwiniętego przemysłu. Zakopane - miejscowość typowo turystyczna, jest niestety narażona na pojawianie się smogu. Ma to swoje główne przyczyny w emisji spalin z ciepłownictwa oraz spalin z pojazdów samochodowych. W artykule zaproponowano rozwiązania organizacyjne i finansowanie projektu dotyczącego zmiany tradycyjnego paliwa (ON, benzyna) na gaz ziemny sprężony, dla transportu publicznego w Zakopanem, co pozwoliłoby istotnie zmniejszyć emisję CO2, CO i innych szkodliwych substancji do atmosfery, a przez to poprawić jakość powietrza w tej miejscowości.

EN

One of the key challenges of contemporary world is reducing toxic emissions to the atmosphere. The level of emissions is defined by industry, heating industry, car and air transport. At a local scale, the structure of atmospheric emissions can vary in places where the industry has not developed. Zakopane is a typically tourist-oriented place, which, however is endangered with smog formation. This is mainly caused by the waste gases emission from heating plants and from the combustion of car fuels. The organization and financial solutions of a project dedicated to replacing of traditional fuel (ON, gasoline) with compressed natural gas for public transport in Zakopane, were proposed. They would enable reducing atmospheric emissions of CO2, CO and other noxious substances, thus improving the quality of air in Zakopane.

8

Estymacja parametrów widmowych w analizie zmienności rytmu serca

Piotrowski Z., Różanowski K.

Biuletyn Wojskowej Akademii Technicznej

|

2007

|

Vol. 56, nr sp.2

371-383

PL

W artykule przedstawiono aplikację HRV_tool v.1.0 służącą do kompleksowego wyznaczania parametrów analizy widmowej dokonywanej na zarejestrowanym sygnale biologicznym (elektrokardiogram). Opisany moduł programowy jest analizatorem Zmienności Rytmu Serca (ang. Heart Rate Variability) i powstał jako wynik badań doświadczalnych w zakresie estymacji widmowej gęstości mocy tachogramu. Implementacja modułu została dokonana w oparciu o środowisko programowania Matlab w celu weryfikacji algorytmów służących analizie zmienności rytmu serca i nie jest przeznaczona do zastosowań klinicznych. Szacowanie parametrów HRV na podstawie analizy częstotliwościowej zarejestrowanego sygnału biologicznego pozwala w sposób nieinwazyjny ocenić wpływ współczulnego i przywspółczulnego układu nerwowego na pracę serca.

EN

The paper presents HRV_tool v.1.0 software for Heart Rate Variability analysis. This software is developed in Matlab environment to verify various HRV spectrum estimation methods. HRV_tool software is not dedicated for clinical use and it is a software demonstrator rather than commercial use software. HRV parameters’ estimation is based on advanced spectral analysis of electrocardiogram (tachogram of RR values). HRV is a noninvasive method of estimation the Sympathetic and Parasympathetic Nervous System influence on the heart rate. HRV spectral analysis is performed based on Power Spectral Density estimation using parametric, nonparametric as well as spatial methods. Standard parameters of HRV spectral analysis are computed, e.g.: TP, ULF, VLF,LF, HF, LF/HF, frLF, frHF, alpha for dedicated region of interest.

9

Filtering Poincaré plots

Piskorski J., Guzik P.

Computational Methods in Science and Technology

|

2005

|

Vol. 11, nr 1

39-48

EN

The Poincaré plot (PP) is one of the many techniques used for ascertaining the heart rate variability, which in turn is a marker of the activity of the autonomic system. Poincaré plots are very simple to produce, but their preparation involves a few fine points. This paper describes one of them, namely the filtering of data used for the Poincaré plot. We show the correct way of filtering data, present a few results of not filtering or incorrect filtering and demonstrate how proper filtering helps extract interesting information from the data. A few algorithms for preparing Poincaré plots, filtering data and calculating PP descriptors are included. As Matlab’s programming language is the unquestionable standard for data analysis in the medical sciences, we illustrate these algorithms by snippets of code in this language.

10

Are the earth magnetic field and Schumann resonance related to global human activity?

Micek S., Micek G.

Bio-Algorithms and Med-Systems

|

2005

|

Vol. 1, no. 1/2

301--306

EN

Weak oscillating electromagnetic fields at extremely low frequency (ELF) induced by Schumann (AC) resonance and static (DC) magnetic fields are investigated in exerting a possible effect on biological systems on the Earth. An attempt is made to explain higher human activity on the Earth as the result of ion cyclotron resonance (ICR) conditions. The effect of cyclotron resonance on heart rate variability (HRV) and ion solution of NaCl is also shown. From IGRF model of DC magnetic field on the Earth and from frequency of Schumann resonance AC, regions of cyclotron resonance were estimated. These regions can be correlated with birth rate, population structure and armed conflicts. The result of the analysis indicates that a global human activity could be associated with influence of magnetic fields.

PL

W pracy badany jest wpływ na układy biologiczne Ziemi słabych pól elektromagnetycznych o ekstremalnie niskich częstotliwościach (ELF) wytworzonych przez rezonanse Schumanna (AC) w obecności stałych (DC) pól magnetycznych. Przedstawiono próbę wyjaśnienia większej aktywności ludzi na Ziemi przy pomocy efektu jonowego rezonansu cyklotronowego (ICR). Pokazano też wpływ rezonansu cyklotronowego na zmienność rytmu serca i na związek jonowy NaCl. Przyjmując stałe pole magnetyczne na Ziemi zgodnie z modelem IGRF oraz naturalne zmienne pole magnetyczne pochodzące z rezonansów Schumanna, znaleziono obszary występowania rezonansu cyklotronowego. Obszary te można korelować z miejscami o większym współczynniku urodzeń, strukturą wiekową ludności i z konfliktami zbrojnymi. Wynik analizy wskazuje na to, że globalna aktywność człowieka może być połączona z wpływem pól magnetycznych.

11

Wyznaczanie zmienności rytmu serca na podstawie fali tętna

Wilk B., Wołoch A.

Zeszyty Naukowe Politechniki Rzeszowskiej. Elektrotechnika

|

2004

|

z. 27 [220]

245--250

PL

W artykule przedstawiono metodę wyznaczania sygnału reprezentującego zmienność rytmu serca (ang. HRV) na podstawie fali tętna. Fala tętna dostarcza informacji o czasie trwania poszczególnych cykli pracy serca. Stanowi to podstawę do opracowania tachogramu, który jest następnie przekształcany zgodnie z powszechnie stosowanym modelem stymulatora kardiologicznego, tzw. całkowym, impulsowym modulatorem częstotliwości (ang. IPFM).

EN

In this paper, a method for heart rate variability (HRV) detection from the arterial pulse signal, based on the improved integral pulse frequency modulation (IPFM) model is presented.

12

Problemy analizy częstotliwościowej sygnału reprezentującego zmienność rytmu serca

Wilk B.

Zeszyty Naukowe Politechniki Rzeszowskiej. Elektrotechnika

|

2004

|

z. 27 [220]

239--244

PL

W artykule przedstawiono charakterystyką sygnału reprezentującego zmienność rytmu pracy serca (ang. HRV) oraz omówiono problemy związane z analizą widmową tego sygnału. Zaprezentowano przykładowe wyniki analizy częstotliwościowej sygnału HRVt które uzyskano za pomocą różnych metod estymacji widma mocy.

EN

In this article, the characteristics of an HRV signal are reviewed and some problems of HRV spectral analysis are discussed. In addition, the results of HRV spectral analysis using various spectral estimation techniques are presented.

13

Komputerowa analiza elektrokardiogramów i telekardiografia

Strumiłło P., Nawarycz T., Ruta J.

Elektronika : prace naukowe

|

2003

|

nr 8

9-22

PL

W pracy zawarto aktualne zagadnienia dotyczące zastosowań techniki komputerowej w kardiologii. Zebrano ostatnie osiągnięcia w zakresie komputerowej analizy elektrokardiogramów oraz szczegółowiej omówiono dwie metody opracowane i stosowane przez autorów artykułu, tj. detekcją alternansu T oraz analizą widmową sygnału zmienności rytmu serca. Drugą część pracy poświącono telemedycynie, a szczególnie telekardiologii - dziedzinie łączącej ostatnie osiągnięcia kardiologii i systemów teleinformatycznych, dzięki której osiągnięto poprawą jakości profilaktyki i kardiologicznej opieki medycznej.

EN

Recent advances in applications of computers and computer networks in electrocardiography are addressed in the paper. New methods concerning processing and analysis of electrocardiograms are outlined first. Two of the methods are described in a more detail, i.e.: Poincare mapping of ECGs for detecting abnormal dynamics of cardiac repolarization (termed T-wave alternans) and analysis of heart rate variability signal in the spectrum domain. The former is used for identifying patients at risk of serious arrhythmias and the latter is employed for identifying patients suffering from abnormal activity of the autonomic system. The second part of the paper is devoted to telemedicine—a field of biomedical engineering that links recent achievements in cardiology and computer networks. A number of deployed technologies related to telemedicine in cardiology are outlined, e.g., remote processing of ECGs for diagnosis support and application of XML for managing and transmission of medical data. In the concluding part the paper the issues related to standarization of the communication protocols for storing and transmission of ECGs are highlighted.

14

Advanced methods of heart rate signals processing and their usefulness in diagnosis support. I, Mathematical heart rate descriptors and virtual instrumentation

Moczko J. A.

Computational Methods in Science and Technology

|

2002

|

Vol. 8, nr 2

65--76

EN

The working heart is the source of electrical signal which carries the basic information about homeostasis process of human being. After appropriate acquisition and preprocessing electrocardiogram (ECG) signal may be analyzed in different ways revealing not only current status of atrial and ventricular electrical activity of heart muscle but also information about sympathetic and parasympathetic nervous system, thermoregulation and vasomotor tone, renin-angiotensin control systems, baroreceptor reflex and blood pressure regulation, respiratory activity etc. Heart rate variability (HRV) defined as a timing of the sequence of QRS complexes is one of the most promising quantitative markers of autonomic activity. Different mathematical indices in time and frequency domain were designed to extract full details valuable for diagnostic purposes. Presented paper is the first one of the series of articles describing mathematical methodology of heart rate (HR) signal processing and further classification of obtained markers. The ultimate goal is to find optimal set of HR descriptors which support diagnosis in different cardiac pathologies.