تشخیص آریتمی فیبریلاسیون دهلیزی با استفاده از LSTMو CNN

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 عضو هیئت علمی دانشکده مهندسی برق دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی

2 دانشکده مهندسی برق دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی

چکیده

آریتمی فیبریلاسیون دهلیزی یکی از خطرناک‌ترین بیماری‌های قلبی است که با تشخیص درست و به موقع آن می‌توان از بروز سکته های مغزی و قلبی جلوگیری کرد. برای بالا بردن سرعت تشخیص و همچنین کم کردن احتمال خطای پزشکی مسئله‌ی تشخیص خودکار این نوع آریتمی مطرح می‌شود. در برخی از پژوهش‌ها برای تشخیص آن از روش‌های کلاسیک یادگیری ماشین استفاده شده است ولی به علت دشوار بودن تشخیص این آریتمی و وابستگی آن به بررسی چندین ضربان متوالی، استفاده از یادگیری عمیق دقت بالاتری در تشخیص نهایی دارد. بنابراین در این مقاله یک رویکرد مبتنی بر استفاده از شبکه یادگیری عمیق با ترکیب شبکه‌های LSTM وCNN پیشنهاد شده است. در این پژوهش با فیلتر میانه‌ای و یک مرحله میانگین‌گیری از سیگنال، نویز سرگردان خط مبنا و نویز ناشی از حرکت عضلات حذف شده و باعث بهبود سیگنال به نویز به اندازه 29/8 دسیبل شده است. بهم‌ریختگی فاصله RR درسیگنال ECG یکی از بارزترین ویژگی‌های آریتمی فیبریلاسیون دهلیزی است، لذا با هدف کاهش پیچیدگی محاسباتی رویکرد پیشنهادی، فاصله RR به جای کل نمونه‌های سیگنال الکتروکاردیوگرام به عنوان داده ورودی شبکه درنظر گرفته شده است. برای تشخیص R از یک روش مبتنی بر الگوریتمPan-Tompkins با اعمال تغییراتی برای بهبود انطباق‌پذیری استفاده شده است. ارزیابی رویکرد پیشنهادی روی دو پایگاه Challenge 2017 و MIT-BIH AFDB انجام شده و صحبت به صورت بین-بیمار به ترتیب 97% و 90% بدست آمده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Atrial Arrhythmia Detection Using LSTM and CNN

نویسندگان [English]

  • Hossein Hosseini-Nejad 1
  • Tandis Bahramrad 2
1 Assistant professor, Faculty of Electrical Engineering, K.N. Toosi University of Technology, Tehran. Iran
2 Faculty of electrical engineering, K.N. Toosi university of technology
چکیده [English]

Atrial Fibrillation (AFib) arrhythmia is one of the most hazardous cardiac diseases. Accurate diagnosis of this arrhythmia can prevent many storks. In order to more accurate and early detection of this arrhythmia, automatic diagnosis is considered. In this paper, median filter and mean calculation of ECG signal were used for base line wander and muscle noise cancelation. The result of applying this method to ECG signal no.119 from MIT-BIH dataset, was 8.29 dB improvement in the SNR. Since variation in RR-interval of the ECG signal is one of the most common features of atrial fibrillation arrhythmia, RR-interval was considered as the input of algorithm instead of whole ECG signal samples. For R detection from ECG signal, Pan-Tompkins algorithm with adaptive threshold was used. Although in some other researches classic machine learning methods were utilized to detect AFib arrhythmia, deep learning method results in better accuracy, which is because of AFib detection dependency to sequential beats. Hence, in this article a deep learning network was designed using CNN and LSTM, also 10 RR-intervals were considered as the input data. The accuracy of inter-patient tests of this research on Challenge 2017 and MIT-BIH AFDB datasets were about 97% and 90%, respectively.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Atrial Fibrillation Arrhythmia
  • Noise Cancellation
  • Deep Learning
  • Automatic Detection
  • Convolutional neural network
  • Long short-term memory