A Real-Time Automated Point-Process Method for the Detection and Correction of Erroneous and Ectopic Heartbeats

The presence of recurring arrhythmic events (also known as cardiac dysrhythmia or irregular heartbeats), as well as erroneous beat detection due to low signal quality, significantly affects estimation of both time and frequency domain indices of heart rate variability (HRV). A reliable, real-time classification and correction of ECG-derived heartbeats is a necessary prerequisite for an accurate online monitoring of HRV and cardiovascular control. We have developed a novel point-process-based method for real-time R-R interval error detection and correction. Given an R-wave event, we assume that the length of the next R-R interval follows a physiologically motivated, time-varying inverse Gaussian probability distribution. We then devise an instantaneous automated detection and correction procedure for erroneous and arrhythmic beats by using the information on the probability of occurrence of the observed beat provided by the model. We test our algorithm over two datasets from the PhysioNet archive. The Fantasia normal rhythm database is artificially corrupted with known erroneous beats to test both the detection procedure and correction procedure. The benchmark MIT-BIH Arrhythmia database is further considered to test the detection procedure of real arrhythmic events and compare it with results from previously published algorithms. Our automated algorithm represents an improvement over previous procedures, with best specificity for the detection of correct beats, as well as highest sensitivity to missed and extra beats, artificially misplaced beats, and for real arrhythmic events. A near-optimal heartbeat classification and correction, together with the ability to adapt to time-varying changes of heartbeat dynamics in an online fashion, may provide a solid base for building a more reliable real-time HRV monitoring device. © 1964-2012 IEEE

Noninvasive autonomic nervous system assessment in respiratory disorders and sport sciences applications

La presente tesis está centrada en el análisis no invasivo de señales cardíacas y respiratorias, con el objetivo de evaluar la actividad del sistema nervioso autónomo (ANS) en diferentes escenarios, tanto clínicos como no clínicos. El documento está estructurado en tres partes principales. La primera parte consiste en una introducción a los aspectos fisiológicos y metodológicos que serán cubiertos en el resto de la tesis. En la segunda parte, se analiza la variabilidad del ritmo cardiaco (HRV) en el contexto de enfermedades respiratorias, concretamente asma (tanto en niños como en adultos) y apnea del sueño. En la tercera parte, se estudian algunas aplicaciones novedosas del análisis de señales cardiorespiratorias en el campo de las ciencias del deporte. La primera parte está compuesta por los capítulos 1 y 2. El capítulo 1 consiste en una extensa introducción al funcionamiento del sistema nervioso autónomo y las características de las bioseñales analizadas a lo largo de la tesis. Por otro lado, se aborda la patofisiología del asma y la apnea del sueño, su relación con el funcionamiento del ANS y las estrategias de diagnóstico y tratamiento de lasmismas. El capítulo concluye con una introducción a la fisiología del ejercicio, así como al interés en la estimación del volumen tidal y del umbral anaeróbico en el campo de las ciencias del deporte.En cuanto al capítulo 2, se presenta un marco de trabajo para el análisis contextualizado de la HRV. Después de una descripción de las técnicas de evaluación y acondicionamiento de la señal de HRV, el capítulo se centra en el efecto de los latidos ectópicos, la arritmia sinusal respiratoria y la frecuencia respiratoria en el análisis de la HRV.Además, se discute el uso de un índice para la evaluación de la distribución de la potencia en los espectros de HRV, así como diferentes medidas de acoplo cardiorespiratorio.La segunda parte está compuesta por los capítulos 3, 4 y 5, todos ellos relacionados con el análisis de la HRV en enfermedades respiratorias. Mientras que los capítulos 3 y 4 están centrados en asma infantil y en adultos respectivamente, el capítulo 5 aborda la apnea del sueño. El asma es una enfermedad respiratoria crónica que aparece habitualmente acompañada por una inflamación de las vías respiratorias. Aunque afecta a personas detodas las edades, normalmente se inicia en edades tempranas, y ha llegado a constituir una de las enfermedades crónicasmás comunes durante la infancia. Sin embargo, todavía no existe un método adecuado para el diagnóstico de asma en niños pequeños. Por otro lado, el rol fundamental que desempeña el sistema nervioso parasimpático en el control del tono bronco-motor y la bronco-dilatación sugiere que la rama parasimpática del ANS podría estar implicada en la patogénesis del asma. De estemodo, en el capítulo 3 se evalúa el ANS mediante el análisis de la HRV en dos bases de datos diferentes, compuestas por niños en edad pre-escolar clasificados en función de su riesgo de desarrollar asma, o de su condición asmática actual. Los resultados del análisis revelaron un balance simpáticovagal reducido y una componente espectral de alta frecuencia más picuda en aquellos niños con un mayor riesgo de desarrollar asma. Además, la actividad parasimpática y el acoplo cardiorespiratorio se redujeron en un grupo de niños con bajo riesgo de asma al finalizar un tratamiento para bronquitis obstructiva, mientras que estos permanecieron inalterados en aquellos niños con una peor prógnosis.A diferencia de los niños pequeños, en el caso de adultos el diagnóstico de asma se realiza a través de una rutina clínica bien definida. Sin embargo, la estratificación de los pacientes en función de su grado de control de los síntomas se basa generalmente en el uso de cuestionarios auto-aplicados, que pueden tener un carácter subjetivo. Por otro lado, la evaluación de la severidad del asma requiere de una visita hospitalaria y de incómodas pruebas, que no pueden aplicarse de una forma continua en el tiempo. De este modo, en el capítulo 4 se estudia el valor de la evaluación del ANS para la estratificación de adultos asmáticos. Para ello, se emplearon diferentes características extraídas de la HRV y la respiración, junto con varios parámetros clínicos, para entrenar un conjunto de algoritmos de clasificación. La inclusión de características relacionadas con el ANS para clasificar los sujetos atendiendo a la severidad del asma derivó en resultados similares al caso de utilizar únicamente parámetros clínicos, superando el desempeño de estos últimos en algunos casos. Por lo tanto, la evaluación del ANS podría representar un potencial complemento para la mejora de la monitorización de sujetos asmáticos.En el capítulo 5, se analiza la HRV en sujetos que padecen el síndrome de apnea del sueño (SAS) y comorbididades cardíacas asociadas. El SAS se ha relacionado con un incremento de 5 veces en el riesgo de desarrollar enfermedades cardiovasculares (CVD), que podría aumentar hasta 11 veces si no se trata convenientemente. Por otro lado, una HRV alterada se ha relacionado independientemente con el SAS y con numerosos factores de riesgo para el desarrollo de CVD. De este modo, este capítulo se centra en evaluar si una actividad autónoma desbalanceada podría estar relacionada con el desarrollo de CVD en pacientes de SAS. Los resultados del análisis revelaron una dominancia simpática reducida en aquellos sujetos que padecían SAS y CVD, en comparación con aquellos sin CVD. Además, un análisis retrospectivo en una base de datos de sujetos con SAS que desarollarán CVD en el futuro también reveló una actividad simpática reducida, sugiriendo que un ANS desbalanceado podría constituir un factor de riesgo adicional para el desarrollo de CVD en pacientes de SAS.La tercera parte está formada por los capítulos 6 y 7, y está centrada en diferentes aplicaciones del análisis de señales cardiorespiratorias en el campo de las ciencias del deporte. El capítulo 6 aborda la estimación del volumen tidal (TV) a partir del electrocardiograma (ECG). A pesar de que una correcta monitorización de la actividad respiratoria es de gran interés en ciertas enfermedades respiratorias y en ciencias del deporte, la mayor parte de la actividad investigadora se ha centrado en la estimación de la frecuencia respiratoria, con sólo unos pocos estudios centrados en el TV, la mayoría de los cuales se basan en técnicas no relacionadas con el ECG. En este capítulo se propone un marco de trabajo para la estimación del TV en reposo y durante una prueba de esfuerzo en tapiz rodante utilizando únicamente parámetros derivados del ECG. Errores de estimación del 14% en la mayoría de los casos y del 6% en algunos sugieren que el TV puede estimarse a partir del ECG, incluso en condiciones no estacionarias.Por último, en el capítulo 7 se propone una metodología novedosa para la estimación del umbral anaeróbico (AT) a partir del análisis de las dinámicas de repolarización ventricular. El AT representa la frontera a partir de la cual el sistema cardiovascular limita la actividad física de resistencia, y aunque fue inicialmente concebido para la evaluación de la capacidad física de pacientes con CVD, también resulta de gran interés en el campo de las ciencias del deporte, permitiendo diseñar mejores rutinas de entrenamiento o para prevenir el sobre-entrenamiento. Sin embargo, la evaluación del AT requiere de técnicas invasivas o de dispositivos incómodos. En este capítulo, el AT fue estimado a partir del análisis de las variaciones de las dinámicas de repolarización ventricular durante una prueba de esfuerzo en cicloergómetro. Errores de estimación de 25 W, correspondientesa 1 minuto en este estudio, en un 63% de los sujetos (y menores que 50 W en un 74% de ellos) sugieren que el AT puede estimarse de manera no invasiva, utilizando únicamente registros de ECG.<br /

Extracting heart rate dependent electrocardiogram templates for a body emulator environment

Abstract. Medical device and analysis method developments often include tests on humans, which are expensive, time consuming, and sometimes even dangerous. In order to perform human tests, special safety conditions and ethical and legal requirements must be taken into account. Emulators that can emulate the physiological functions of the human body could solve these difficulties. In this study, the heart rate depended electrocardiogram templates for this kind of an emulator were extracted. The real-life electrocardiogram preprocessing included a high-pass filter and a Savitzky-Golay filter. A beat detection algorithm was developed to detect QRS complexes in the signals and classify beat artefacts based on the RR interval sequences and two adaptive thresholds. Heart rate levels were detected using the K-means clustering technique. Vectorcardiogram signals were converted from the electrocardiogram signals using the inverse Dower’s transformation matrix, and vectorcardiogram templates were extracted to the respective heart rate levels. Finally, a graphical user interface was created for the mentioned methods. The developed beat detection algorithm was tested with the MIT-BIH Arrhythmia Database and the comparison was made with the state-of-the-art algorithms. The beat detection algorithm resulted the sensitivity of 99.77 \%, precision of 99.65 \%, and detection error rate of 0.58 \%. Based on the results, the proposed methods and extracted vectorcardiogram templates were successful.Sykkeestä riippuvien elektrokardiogrammimallien poiminta kehoemulaattoriympäristöön. Tiivistelmä. Lääketieteellisten laitteiden ja analyysimenetelmien kehitystyö sisältää usein ihmisille suoritettavia testejä, jotka ovat kalliita, aikaa vieviä ja joskus jopa vaarallisia. Ihmiskokeiden toteuttamiseksi on otettava huomioon erityisiä turvallisuusehtoja, sekä eettisiä ja laillisia vaatimuksia. Emulaattorit, jotka pystyvät jäljittelemään ihmiskehon fysiologisia toimintoja, voivat olla ratkaisu näihin ongelmiin. Tässä tutkimuksessa sykkeestä riippuvia elektrokardiogrammimalleja poimittiin tämän tyyppiselle emulaattorille. Tosielämän elektrokardiogrammisignaalien esikäsittely sisälsi ylipäästösuodattimen ja Savitzky-Golay suodattimen. Sydämen lyöntien tunnistussalgoritmi kehitettiin tunnistamaan QRS-komplekseja signaaleista ja luokittelemaan lyöntiartefakteja RR-intervallisekvenssien ja kahden adaptiivisen kynnysarvon perusteella. Syketasot tunnistettiin käyttämällä K-means klusterointitekniikkaa. Vektorikardiogrammisignaalit muunnettiin elektrokardiogrammisignaaleista käyttämällä käänteistä Dowerin muunnosmatriisia ja vektorikardiogrammimallit poimittiin vastaaville syketasoille. Lopuksi luotiin graafnen käyttöliittymä mainituille menetelmille. Kehitetty lyöntien tunnistusalgoritmi testattiin MIT-BIH Arrhythmia Database-tietokannalla ja vertailu suoritettiin vastaavien algoritmien kanssa. Algoritmi suoriutui 99,77 % herkkyydellä, 99,65 % spesifsyydellä ja 0,58 % virheprosentilla. Tulosten perusteella ehdotetut menetelmät ja poimitut vektorikardiogrammimallit olivat onnistuneita

Wavelet Signal Processing of Physiologic Waveforms

The prime objective of this piece of work is to devise novel techniques for computer based classification of Electrocardiogram (ECG) arrhythmias with a focus on less computational time and better accuracy. As an initial stride in this direction, ECG beat classification is achieved by using feature extracting techniques to make a neural network (NN) system more effective. The feature extraction technique used is Wavelet Signal Processing. Coefficients from the discrete wavelet transform were used to represent the ECG diagnostic information and features were extracted using the coefficients and were normalised. These feature sets were then used in the classifier i.e. a simple feed forward back propagation neural network (FFBNN). This paper presents a detail study of the classification accuracy of ECG signal by using these four structures for computationally efficient early diagnosis. Neural network used in this study is a well-known neural network architecture named as multi-Layered perceptron (MLP) with back propagation training algorithm. The ECG signals have been taken from MIT-BIH ECG database, and are used in training to classify 3 different Arrhythmias out of ten arrhythmias. These are normal sinus rhythm, paced beat, left bundle branch block. Before testing, the proposed structures are trained by back propagation algorithm. The results show that the wavelet decomposition method is very effective and efficient for fast computation of ECG signal analysis in conjunction with the classifier

Detection of atrial fibrillation episodes in long-term heart rhythm signals using a support vector machine

Atrial fibrillation (AF) is a serious heart arrhythmia leading to a significant increase of the risk for occurrence of ischemic stroke. Clinically, the AF episode is recognized in an electrocardiogram. However, detection of asymptomatic AF, which requires a long-term monitoring, is more efficient when based on irregularity of beat-to-beat intervals estimated by the heart rate (HR) features. Automated classification of heartbeats into AF and non-AF by means of the Lagrangian Support Vector Machine has been proposed. The classifier input vector consisted of sixteen features, including four coefficients very sensitive to beat-to-beat heart changes, taken from the fetal heart rate analysis in perinatal medicine. Effectiveness of the proposed classifier has been verified on the MIT-BIH Atrial Fibrillation Database. Designing of the LSVM classifier using very large number of feature vectors requires extreme computational efforts. Therefore, an original approach has been proposed to determine a training set of the smallest possible size that still would guarantee a high quality of AF detection. It enables to obtain satisfactory results using only 1.39% of all heartbeats as the training data. Post-processing stage based on aggregation of classified heartbeats into AF episodes has been applied to provide more reliable information on patient risk. Results obtained during the testing phase showed the sensitivity of 98.94%, positive predictive value of 98.39%, and classification accuracy of 98.86%.Web of Science203art. no. 76

Heart beat variability analysis in perinatal brain injury and infection

Tese de mestrado integrado, Engenharia Biomédica e Biofísica (Engenharia Clínica e Instrumentação Médica) Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2018Todos os anos, mais de 95 mil recém-nascidos são admitidos nas Unidades de Cuidados Intensivos Neonatais (UCIN) do Reino Unido, devido principalmente a partos prematuros ou outras complicações que pudessem ter ocorrido, como é o caso da encefalopatia hipóxico-isquémica (EHI), que assume 3% de todas as admissões nas unidades referidas. EHI é o termo que define uma complicação inesperada durante o parto, que resulta em lesões neurológicas a longo prazo e até em morte neonatal, devido à privação de oxigénio e fluxo sanguíneo ao recém-nascido durante o nascimento. Estima-se que tenha uma incidência de um a seis casos por 1000 nascimentos. Nos países desenvolvidos, a hipotermia é utilizada como método preventivo-terapêutico para esta condição. No entanto, existem dois grandes obstáculos para a obtenção da neuroprotecção pretendida e totalmente benéfica, na prática clínica. Em primeiro lugar, esta técnica é eficaz se for iniciada dentro de seis horas após o parto. Visto que o estado clínico da encefalopatia neonatal evolui nos dias posteriores ao nascimento, a sua deteção precoce é um grande desafio. Tal situação pode levar a diversos erros nas UCIN, tal como indivíduos sujeitos à terapia de hipotermia desnecessariamente, ou ainda mais grave, casos em que recém-nascidos foram inicialmente considerados como saudáveis, não tendo sido submetidos à terapia referida, apresentarem sinais de EHI após seis horas de vida. A segunda questão prende-se com o facto de a neuroprotecção poder ser perdida se o bebé estiver stressado durante o tratamento. Para além disso, não existe nenhuma ferramenta válida para a avaliação da dor dos recém-nascidos submetidos a esta terapia. Os obstáculos frisados anteriormente demonstram duas necessidades ainda não correspondidas: a carência de um método não invasivo e largamente adaptável a diferentes cenários para uma correta identificação de recém-nascidos com maior probabilidade de HIE, dentro de uma margem de seis horas após o parto, mas também um método preciso de stress em tempo real, não invasivo, que possa orientar tanto pessoal médico, como pais, de modo a oferecer um tratamento mais responsável, célere e individualizado. Deste modo, a análise do ritmo cardíaco demostra um enorme potencial para ser um biomarcador de encefalopatia neonatal, bem como um medidor de stress, através da eletrocardiografia (ECG), visto que é um importante indicador de homeostase, mas também de possíveis condições que podem afetar o sistema nervoso autónomo e, consequentemente, o equilíbrio do corpo humano. É extremamente difícil a obtenção de um parâmetro fisiológico, sem a presença de artefactos, especialmente no caso de recém-nascidos admitidos nas UCIN. Tanto no caso da aquisição de ECGs, como de outros parâmetros, existe uma maior probabilidade de o sinal ser corrompido por artefactos, visto que são longas aquisições, normalmente dias, onde o bebé é submetido a diversas examinações médicas, está rodeado de equipamentos eletrónicos, entre outros. Artefactos são definidos como uma distorção do sinal, podendo ser causados por diversas fontes, fisiológicas ou não. A sua presença nos dados adquiridos influencia e dissimula as informações corretas e reais, podendo mesmo levar a diagnósticos e opções terapêuticas erradas e perigosas para o paciente. Apesar de existirem diversos algoritmos de identificação de artefactos adequados para o sinal cardíaco adulto, são poucos os que funcionam corretamente para o de recém-nascido. Para além disso, é necessário bastante tempo tanto para o staff clínico, como para os investigadores, para o processo de visualização e identificação de artefactos no eletrocardiograma manualmente. Deste modo, o projeto desenvolvido na presente dissertação propõe um novo algoritmo de identificação e marcação de artefactos no sinal cardíaco de recém-nascidos. Para tal, foi criado um modelo híbrido de um método que tem em consideração todas as relações matemáticas de batimento para batimento cardíaco, com outro que tem como objetivo a remoção de spikes no mesmo sinal. O algoritmo final para além de cumprir com o objetivo descrito acima, é também adaptável a diferentes tipos de artefactos presentes no sinal, permitindo ao utilizador, de uma forma bastante intuitiva, escolher o tipo de parâmetros e passos a aplicar, podendo ser facilmente utilizado por profissionais de diferentes áreas. Deste modo, este algoritmo é uma mais-valia quando aplicado no processamento de sinal pretendido, evitando assim uma avaliação visual demorada de todo o sinal. Para obter a melhor performance possível, durante o desenvolvimento do algoritmo foram sempre considerados os resultados de validação, tais como exatidão, sensibilidade, entre outros. Para tal, foram analisados e comparados eletrocardiogramas de 4 recém-nascidos saudáveis e 4 recém-nascidos com encefalopatia. Todos possuíam aproximadamente 5 horas de sinal cardíaco adquirido após o nascimento, com diferentes níveis de presença de artefactos. O algoritmo final, obteve uma taxa de sensibilidade de 96.2% (±2.4%) e uma taxa de exatidão de 92.6% (±3.2%). Como se pode verificar pelos valores obtidos, o algoritmo obteve percentagens altas nos vários parâmetros de classificação, o que significa uma deteção correta. A taxa de exatidão apresenta um valor mais baixo, comparativamente ao parâmetro da sensibilidade, pois em diversas situações, normalmente perto de artefactos, os batimentos normais são considerados como artefactos, pelo algoritmo. Contudo, essa taxa não é alarmante, tendo sido considerada uma taxa reduzida, pelo pessoal médico. Após o processamento do sinal cardíaco dos grupos mencionados acima, um estudo comparativo, utilizando parâmetros da variabilidade do ritmo cardíaco, foi realizado. Diferenças significativas foram encontradas entre os dois grupos, onde o saudável assumiu sempre valores maiores. SDNN e baixa frequência foram os parâmetros que traduziram uma diferença maior entre os dois grupos, com um p-value <0.01. De modo a corresponder ao segundo obstáculo referido nesta dissertação, outro objetivo desta tese foi a criação de um algoritmo que pudesse identificar e diferenciar uma situação de stress nesta faixa etária, com recurso ao ritmo cardíaco. Um estudo multidimensional foi aplicado aos diferentes métodos de entropia utilizados nesta tese (approximate entropy, sample entropy, multiscales entopy e fuzzy entropy) de modo a estudar como os diferentes métodos de entropia interagem entre si e quais são os resultados dessa relação, especialmente na distinção de estados normais e stressantes. Para tal, a utilização de clusters foi essencial. Dado que para todos os ECGs de bebés saudáveis analisados neste projeto foram registados todas as possíveis situações de stress, como é o caso de choro, examinações médicas, mudança de posição, entre outros, foram escolhidos 10 minutos do sinal do ritmo cardíaco adquirido, antes da situação, para análise. Infelizmente, associado a um evento stressante, na maioria dos casos encontra-se uma percentagem bastante alta do sinal corrompida por artefactos. No entanto, em alguns casos foi possível observar uma clara distinção de grupos de clusters, indicando que naquele período de tempo, houve uma mudança de estado. Foi também realizado um estudo intensivo de diversos métodos de entropia aplicados ao grupo de sujeitos apresentados nesta dissertação, onde foi provado que o método mais adequado a nível de diferenciação é a Fuzzy Entropy (p=0.0078). Ainda é possível sugerir alguns aspetos e apontar algumas limitações, no âmbito de poderem ser ultrapassadas no futuro. Em primeiro lugar, é necessária a aquisição de mais eletrocardiogramas, quer de recém-nascidos saudáveis, quer com encefalopatia hipóxico-isquémica, de modo a aumentar o tamanho da amostra e, deste modo diminuir os valores do desvio-padrão em todos os parâmetros calculados. Relativamente ao estudo do stress, seria interessante, com uma amostra maior, a definição de clusters, de modo a ter uma identificação precisa de situações stressantes. Para além disso, a transformação do software atualmente escrito em MATLAB para GUI (interface gráfica do utilizador), a fim de tornar mais acessível a sua utilização por profissionais de diversas áreas.In Neonatal Intensive Care Unit (NICU), the heart rate (HR) offers significant insight into the autonomic function of sick newborns, especially with hypoxic ischemic encephalopathy condition (HIE). However, the intensity of clinical care and monitoring contributes to the electrocardiogram (ECG) to be often noisy and contaminated with artefacts from various sources. These artefacts, defined as any distortion of the signal caused by diverse sources, being physiological or non-physiological features, interfere with the characterization and subsequent evaluation of the heart rate, leading to grave consequences, both in diagnostic and therapeutic decisions. Besides, its manual inspection in the ECG trace is highly time-consuming, which is not feasible in clinical monitoring, especially in NICU. In this dissertation, it is proposed an algorithm capable of automatically detect and mark artefacts in neonatal ECG data, mainly dealing with mathematical aspects of the heart rate, starting from the raw signal. Also, it is proposed an adjacent algorithm, using complexity science applied to HR data, with the objective of identifying stress scenarios. Periods of 10-minute ECG were considered from 8 newborns (4 healthy and 4 HIE) to the identification of stress situations, whereas for the artefacts removal algorithm small portions varying in time length according to the amount of noise present in the originally 5 hours long samples were utilised. In this report it is also present several comparisons utilising heart rate parameters between healthy and HIE groups. Fuzzy Entropy was considered the best method to differentiate both groups (p=0.00078). In this report, substantial differences in heart rate variability were found between healthy and HIE groups, especially in SDNN and low frequency (p<0.01), confirming results of previous literature. For the final artefact removal algorithm, it is illustrated significant differences between raw and post-processed ECG signals. This method had a Recall rate of 96.2% (±2.4%) and a Precision Rate of 92.6% (±3.2%), demonstrating high efficiency in ECG noise removal. Regarding stress measures, associated with a stressful event, in most cases there is a high percentage of the signal corrupted by artefacts. However, in some cases it was possible to see a clear distinction between groups of clusters, indicating that in that period, there was a change of state. Not all the time segments from subjects demonstrated differences in stress stages, indicating that there is still room for improvement in the method developed

Pattern recognition beyond classification: An abductive framework for time series interpretation

Time series interpretation aims to provide an explanation of what is observed in terms of its underlying processes. The present work is based on the assumption that the common classification-based approaches to time series interpretation suffer from a set of inherent weaknesses, whose ultimate cause lies in the monotonic nature of the deductive reasoning paradigm. In this thesis we propose a new approach to this problem, based on the initial hypothesis that abductive reasoning properly accounts for the human ability to identify and characterize the patterns appearing in a time series. The result of this interpretation is a set of conjectures in the form of observations, organized into an abstraction hierarchy and explaining what has been observed. A knowledge-based framework and a set of algorithms for the interpretation task are provided, implementing a hypothesize-and-test cycle guided by an attentional mechanism. As a representative application domain, interpretation of the electrocardiogram allows us to highlight the strengths of the present approach in comparison with traditional classification-based approaches

Recognition and Evaluation of Heart Arrhythmias via a General Sparse Neural Network

In clinical use, an electrocardiogram (ECG) is an essential medical tool for assessing heart arrhythmias. Thousands of human beings worldwide are affected by different cardiac problems nowadays. As a consequence, studying the features of the ECG pattern is critical for detecting a wide range of cardiac diseases. The ECG is a test which assesses the intensity of the electrical impulses in the circulatory system. In the present investigation, detection and examination of arrhythmias in the heart on the&nbsp; system using GSNNs (General sparsed neural network classifier) can be carried out[1]. In this paper, the methodologies of support vector regression(SVR), neural mode decomposition(NMD), Artificial Neural Network (ANN), Support Vector Machine(SVM) and are examined. To assess the suggested structure, three distinct ECG waveform situations are chosen from the MIT-BIH arrhythmia collection. The main objective of this assignment is to create a simple, accurate, and simply adaptable approach for classifying the three distinct heart diseases chosen. The wavelet transform Db4 is used in the present paper to obtain several features from an ECG signal. The suggested setup was created using the MATLAB programme. The algorithms suggested are 98% accurate for forecasting cardiac arrhythmias, which is greater than prior techniques