• شماره ركورد
    27148
  • پديد آورنده

    اميررضا اسدي

  • عنوان
    استخراج سيگنال قلبي جنين از سيگنال ECG شكمي مادر با روش‌هاي تحليل مؤلفه مستقل و يادگيري عميق
  • مقطع تحصيلي
    كارشناسي ارشد
  • رشته تحصيلي
    مهندسي پزشكي- بيوالكتريك
  • سال تحصيل
    1399
  • تاريخ دفاع
    1401/6/21
  • استاد راهنما
    ابوذر غفاري
  • دانشكده
    مهندسي برق
  • چكيده
    سيگنال الكتروكارديوگرام جنين (FECG) اطلاعات مفيدي را در مورد وضعيت قلبي جنين در دوران بارداري ارائه مي‌دهد. از آنجايي ‌كه FECG از سيگنال الكتروكارديوگرام شكمي مادر (AECG) استخراج مي‌شود، اين كار را مي‌توان به ‌عنوان يك مسئله‌ي جداسازي منبع در نظر گرفت. در اين پژوهش، دو رويكرد مبتني بر تحليل مؤلفه‌ي مستقل (ICA) و يادگيري عميق براي استخراج FECG از سيگنال AECG تك‌كاناله ارائه شده است. الگوريتم‌هاي پيشنهادي از روش تأخير زماني براي نگاشت سري زماني يك‌بعدي به سري‌هاي چندبعدي استفاده مي‌كنند، سپس به‌منظور استخراج FECG، سري‌هاي چندبعدي به‌عنوان ورودي ICA و شبكه‌ي عصبي كانولوشني (CNN) در نظر گرفته مي‌شوند. در روش مبتني بر ICA پس از جداسازي مؤلفه‌ها، با استفاده از تحليل طيفي توان مؤلفه‌ها به دو گروه جنين و مادر طبقه‌بندي مي‌شوند. شبكه‌ي مورد استفاده در روش مبتني بر يادگيري عميق از معماري U-Net الهام گرفته شده كه ورودي شبكه ماتريس و خروجي آن سيگنال FECG مي‌باشد. مزيت اين مدل استفاده از شبكه‌ي عميق به صورت دوبعدي است كه منجر به استخراج ويژگي‌ها در دوبعد و بهبود عملكرد مي‌شود. كارايي روش‌هاي پيشنهادي بر روي دو پايگاه داده‌ي PCDB و ADFECGDB با استفاده از تحليل كمپلكس QRS جنين (FQRS) ارزيابي شده است. معيار آماري F1 در روش مبتني بر ICA بر روي دو پايگاه داده‌ي PCDB و ADFECGDB به ترتيب 95/76 % و 95/99 % و در روش مبتني بر يادگيري عميق به ترتيب 97/97 % و 96/14 % بدست آمده است. مقايسه‌ي نتايج روش‌هاي پيشنهادي با ديگر رويكردهاي يادگيري عميق كه از شبكه‌هايي مانند شبكه‌ي مولد متقابل (GAN)، شبكه‌ي رمزگذار-رمزگشاي كانولوشني باقيمانده (RCED-Net)، U-Net و W-Net استفاده كرده‌اند عملكرد موفق روش‌هاي پيشنهادي را نشان مي‌دهد، به صورتي كه نتايج آماري روش مبتني بر يادگيري عميق در پايگاه داده‌ي PCDB نسبت به روش‌هاي پيشين برتري دارد. بنابراين روش‌هاي پيشنهادي براي مانيتورينگ طولاني مدت مادر و جنين مناسب هستند.
  • تاريخ ورود اطلاعات
    1401/07/26
  • عنوان به انگليسي
    Fetal-ECG Extraction from Mother’s Abdominal ECG Using Independent Component Analysis and Deep Learning
  • تاريخ بهره برداري
    9/12/2023 12:00:00 AM
  • دانشجوي وارد كننده اطلاعات

    اميررضا اسدي

  • چكيده به لاتين
    Fetal Electrocardiogram (FECG) provides helpful information regarding the fetus's health and heart condition during pregnancy. Since the FECG is extracted from the maternal abdominal electrocardiogram (AECG) signal, this task can be considered a source separation problem. This study presents two methods of extracting FECG from single-channel AECG signals based on independent component analysis (ICA) and deep learning. The proposed algorithms utilize the method of time delay to map one-dimensional time series to multi-dimensional series, then in order to extract FECG, multi-dimensional series are regarded as input of ICA or convolutional neural network (CNN). In the ICA-based method, after the reconstruction of the time series, the components are classified into two groups, fetal and mother, using power spectral analysis. In the method based on deep learning, the network is a modified version of the U-Net architecture, where the network's input is the matrix, and the output is the FECG signal. Using a two-dimensional network (2D), this model obtains 2D features of AECG and improves the FECG extraction accuracy. We eva‎luated the performance of the proposed methods on the Set-A of 2013 PhysioNet/Computing in Cardiology Challenge database (PCDB) and the abdominal FECG database (ADFECGDB) utilizing fetal QRS complex (FQRS) analysis. F1 scores in the ICA-based method on PCDB and ADFECGDB are 95.76% and 95.99%, respectively, and in the deep learning-based method, 97.97% and 96.14% respectively. Results of the proposed methods have been compared with that of other state-of-the-art deep learning models such as Generative adversarial Network (GAN), Residual Convolutional Encoder-Decoder Network (RCED-Net), U-Net, and W-Net, which demonstrate the effectiveness of the proposed methods. Additionally, the statistical measures exhibit that the proposed deep learning model on the PCDB database is superior to other single-channel methods. Therefore, the proposed methods are suitable for long-term monitoring of the mother and fetus.
  • كليدواژه هاي فارسي
    سيگنال الكتروكارديوگرام جنين , شبكه‌ي U-Net , تحليل مؤلفه‌ي مستقل , روش تأخير زماني , سيگنال الكتروكارديوگرام شكمي
  • كليدواژه هاي لاتين
    Fetal Electrocardiogram Signal , convolutional neural network , independent component analysis , method of time delay , Abdominal Electrocardiogram signal
  • Author
    Amirreza Asadi
  • SuperVisor
    Dr. Aboozar Ghafari