Extracting Fetal Electrocardiogram from Being Pregnancy Based on Nonlinear Projection

Fetal heart rate extraction from the abdominal ECG is of great importance due to the information that carries in assessing appropriately the fetus well-being during pregnancy. In this paper, we describe a method to suppress the maternal signal and noise contamination to discover the fetal signal in a single-lead fetal ECG recordings. We use a locally linear phase space projection technique which has been used for noise reduction in deterministically chaotic signals. Henceforth, this method is capable of extracting fetal signal even when noise and fetal component are of comparable amplitude. The result is much better if the noise is much smaller (P wave and T wave can be discovered)

Revisiting QRS detection methodologies for portable, wearable, battery-operated, and wireless ECG systems

Cardiovascular diseases are the number one cause of death worldwide. Currently, portable battery-operated systems such as mobile phones with wireless ECG sensors have the potential to be used in continuous cardiac function assessment that can be easily integrated into daily life. These portable point-of-care diagnostic systems can therefore help unveil and treat cardiovascular diseases. The basis for ECG analysis is a robust detection of the prominent QRS complex, as well as other ECG signal characteristics. However, it is not clear from the literature which ECG analysis algorithms are suited for an implementation on a mobile device. We investigate current QRS detection algorithms based on three assessment criteria: 1) robustness to noise, 2) parameter choice, and 3) numerical efficiency, in order to target a universal fast-robust detector. Furthermore, existing QRS detection algorithms may provide an acceptable solution only on small segments of ECG signals, within a certain amplitude range, or amid particular types of arrhythmia and/or noise. These issues are discussed in the context of a comparison with the most conventional algorithms, followed by future recommendations for developing reliable QRS detection schemes suitable for implementation on battery-operated mobile devices.Mohamed Elgendi, Björn Eskofier, Socrates Dokos, Derek Abbot

Fetal ECG records analysis

Táto práca sa zaoberá analýzou fetálnych EKG záznamov meraných nepriamou metódou z abdominálnej časti tela matky. Práca pozostáva z teoretickej časti venovanej vývinu plodu, jeho srdca a popisu fetálneho EKG. Práca taktiež ponúka prehľad metód spracovávania fEKG v súčasnosti. Praktická časť práce sa zaoberá implementáciou algoritmov vytvorených na základe vybraných metód na spracovanie fetálneho EKG, konkrétne metódy vlnkovej transformácie a metódy najmenších štvorcov LMS v programovom prostredí Matlab. Záver práce tvorí analýza a diskusia dosiahnutých výsledkov.This thesis is focused on the analysis of fetal ECG records measured by indirect method from mother´s abdomen. The thesis consists of the theoretical part is focused on fetal, heart development and description of fetal ECG signal. This thesis also offers an overview of fECG signal processing methods used nowadays. The practical part of the thesis deals with the implementation of algorithms based on wavelet transformation and Least Mean Square LMS method in Matlab programming environment. The final part of the thesis consists of the analysis of achieved results.

A Comparative Study of the Efficacy of Non-Invasive Fetal ECG Extraction Methods using Data from Clinical Practice

Hlavní náplní této práce je srovnávací studie hybridních extrakčních metod neivazivního fetáního elektrokardiogramu. Pro přesnější stanovení efektivity metod je zde představen nový evaluační systém fungující na podobném principu, jaký je využíván u přístrojů v klinické praxi. Úspěšnost extrakce je v této práci stanovena určením délek jednotlivých segmentů elektrokardiografické křivky a vzájemným porovnáváním jejich morfologie. Protože posouzení účinnosti extrakce na syntetických datech je často zavádějící, byly v této práci metody porovnávány výhradně dle dosažených výsledků na reálných signálech z klinické praxe. Metody jsou srovnávány s referencí na základě Bland-Altmanovy analýzy a stanovení statistických parametrů ACC, Se, PPV a F1.This thesis introduces a comparative study of hybrid methods for extraction of non-invasive fetal electrocardiograms (fECGs). In order to assess the effectiveness of each method more precisely, a new evaluation system is proposed. The system is inspired by the devices used in clinical practice; the efficacy is determined by evaluating the lengths of the individual segments of the fECG waveform and comparing their morphology. Since the assessment of the extraction quality using synthetic data is often misleading, the dataset used in this thesis was composed solely from the real signals from the clinical practice. The direct fECG was used as the reference; the statistics includes Bland-Altman analysis and determination of quality parameters such as ACC, Se, PPV, and F1.450 - Katedra kybernetiky a biomedicínského inženýrstvívýborn

Hybrid Methods for Fetal Electrocardiogram Extraction

Cílem této diplomové práce je neinvazivní zpracování plodového elektrokardiogramu (fEKG) pomocí hybridních metod, které kombinují dvě a více transabdominálních metod. Teoretická část práce je věnována problematice plodové elektrokardiografie, rozsáhlé rešerši již existujících hybridních metod a matematickému popisu implementovaných metod. Experimentální část je primárně zaměřena na testování a analýzu vzájemných kombinací analýzy nezávislých komponent (ICA), vlnkové transformace (WT), prahování vlnkových koeficientů (WS), empirické modální dekompozice (EMD), souboru empirické modální dekompozice (EEMD) a analýzy hlavních komponent (PCA). Hodnocení extrakce je provedeno na základě stanovení variability tepové frekvence plodu (fHRV). Použitím hybridních metod je v této práci dosaženo lepších výsledků než při samotném použití metody ICA. Výstupem práce je také implementace metod v grafickém uživatelské rozhraní v prostředí Matlab.The aim of this thesis is non-invasive processing of fetal electrocardiogram (fECG) using hybrid methods, which combine two or more transabdominal methods. The theoretical part is dedicated to the problems of fetal electrocardiography, complex overview of already existing hybrid methods and mathematical description of implemented methods. The experimental part is primarily focused on testing and analysis combinations of independent component analysis (ICA), wavelet transform (WT), wavelet shrinkage (WS), empirical mode decomposition (EMD), ensemble empirical mode decomposition (EEMD) and principal component analysis (PCA). The evaluation of extraction quality is based on the determination of fetal heart rate variability (fHRV). The performence of hybrid methods in this thesis is better than usage of individual ICA method. The output of the thesis is also implementation of methods in the graphical user interface in Matlab.450 - Katedra kybernetiky a biomedicínského inženýrstvívýborn

Extraction et débruitage de signaux ECG du foetus.

Les malformations cardiaques congénitales sont la première cause de décès liés à une anomalie congénitale. L electrocardiogramme du fœtus (ECGf), qui est censé contenir beaucoup plus d informations par rapport aux méthodes échographiques conventionnelles, peut être mesuré e par des électrodes sur l abdomen de la mère. Cependant, il est tres faible et mélangé avec plusieurs sources de bruit et interférence y compris l ECG de la mère (ECGm) dont le niveau est très fort. Dans les études précédentes, plusieurs méthodes ont été proposées pour l extraction de l ECGf à partir des signaux enregistrés par des électrodes placées à la surface du corps de la mère. Cependant, ces méthodes nécessitent un nombre de capteurs important, et s avèrent inefficaces avec un ou deux capteurs. Dans cette étude trois approches innovantes reposant sur une paramétrisation algébrique, statistique ou par variables d état sont proposées. Ces trois méthodes mettent en œuvre des modélisations différentes de la quasi-périodicité du signal cardiaque. Dans la première approche, le signal cardiaque et sa variabilité sont modélisés par un filtre de Kalman. Dans la seconde approche, le signal est découpé en fenêtres selon les battements, et l empilage constitue un tenseur dont on cherchera la décomposition. Dans la troisième approche, le signal n est pas modélisé directement, mais il est considéré comme un processus Gaussien, caractérisé par ses statistiques à l ordre deux. Dans les différentes modèles, contrairement aux études précédentes, l ECGm et le (ou les) ECGf sont modélisés explicitement. Les performances des méthodes proposées, qui utilisent un nombre minimum de capteurs, sont évaluées sur des données synthétiques et des enregistrements réels, y compris les signaux cardiaques des fœtus jumeaux.Congenital heart defects are the leading cause of birth defect-related deaths. The fetal electrocardiogram (fECG), which is believed to contain much more information as compared with conventional sonographic methods, can be measured by placing electrodes on the mother s abdomen. However, it has very low power and is mixed with several sources of noise and interference, including the strong maternal ECG (mECG). In previous studies, several methods have been proposed for the extraction of fECG signals recorded from the maternal body surface. However, these methods require a large number of sensors, and are ineffective with only one or two sensors. In this study, state modeling, statistical and deterministic approaches are proposed for capturing weak traces of fetal cardiac signals. These three methods implement different models of the quasi-periodicity of the cardiac signal. In the first approach, the heart rate and its variability are modeled by a Kalman filter. In the second approach, the signal is divided into windows according to the beats. Stacking the windows constructs a tensor that is then decomposed. In a third approach, the signal is not directly modeled, but it is considered as a Gaussian process characterized by its second order statistics. In all the different proposed methods, unlike previous studies, mECG and fECG(s) are explicitly modeled. The performances of the proposed methods, which utilize a minimal number of electrodes, are assessed on synthetic data and actual recordings including twin fetal cardiac signals.SAVOIE-SCD - Bib.électronique (730659901) / SudocGRENOBLE1/INP-Bib.électronique (384210012) / SudocGRENOBLE2/3-Bib.électronique (384219901) / SudocSudocFranceF