T hullámok lokalizálása – Identifying T waves

A májusi bejegyzésemben röviden bemutattam az EKG-t és azt, hogy miként lehet szűrni azt. Jelen bejegyzésben egy saját módszert szeretnék leírni, amely képes a T hullámok felismerésére, a jelben való lokalizálásukra.

A módszer az empirikus módusfelbontást (EMD) használja fel a T hullámok felismeréséhez. Mivel az EMD által szolgáltatott benső módusfüggvények mindegyikében fellelhető az QRS komplexus valamilyen mértékben, a módszer első fontos lépése ezen komplexusok kiküszöbölése a jelből. A keletkező “hézagot” egyszerűen lineáris interpolációval pótoljuk. Az 1. ábra szemlélteti ezt a műveletet.

Miután a jelet szabaddá tettük a QRS komplexusoktól, újra elvégezzük az empirikus módusfelbontást az módosított jelen és immár az 5., 6. és 7. benső módusföggvényekben észrevehetővé válik egy-egy olyan rezgés, amely alakra és pozícióra is hasonlít a jelben levő T hullámhoz. Az említett benső módusfüggvényeket összeadjuk, majd a QRS komplexusok helye után először előforduló rezgést jelöljük meg T hullámként. Ezen lépéseket a 2. ábra szemlélteti.

A módszer hatékonyságát bizonyítja, hogy 2555 T hullámból 2450-et ismert fel.Érzékenysége 99.96% és pozitív előrejelző képessége 95.99%.

A módszernek természetesen megvannak a maga hátrányai is:

  1. A helyes T hullámot jelképező rezgések körül kisebb amplitúdójú rezgések is megjelenhetnek a benső módusfüggvények összegében, amelyek megzavarhatják a T hullámok pozíciójának a felismerését. Kiküszöbölésükhöz elegendőnek bizonyult egy 4.-5. fokú átlagoló szűrő;
  2. Időnként megjelenik a módusfüggvények összegében egy, a T hullám “hasonmásával” azonos amplitúdójú rezgés, amelyet a módszer T hullámként ismer fel. Ebben az esetben az algoritmus hibás eredményt nyújt.

A bemutatott módszer részletesebb leírása megtalálható egy nemrég megjelent cikkben itt: http://scientificbulletin.upm.ro/papers/2014-1/10_Mozes_Szala.pdf

grad_red_right

In my last blog post I made a brief presentation of the ECG and how it can be preprocessed and filtered.  In this post I would like to describe a method which I contributed to and that is capable of recognizing and localizing T waves from the ECG.

The method makes use of the empirical mode decomposition (EMD) to detect T waves. Because all the intrinsic mode functions provided by the EMD contain a trace of the QRS complex in some form or another, the proposed method’s first aim is to eliminate QRS complexes from the ECG signal. The gaps that appear in the signal are filled by using linear interpolation between the starting point and the endpoint of the intervals from where the QRS complexes were cut out. Figure 1 illustrates the process of QRS complex elimination.

After the signal is freed of QRS complexes it undergoes EMD again. Then the 5th, 6th and sometimes 7th intrinsic mode functions will contain oscillations that resemble T waves both in their morphology and position. These intrinsic mode functions are summed then the oscillations that appear after the intervals which contained once the QRS complexes are marked. These steps can be seen on fig. 2.

The efficiency of the method is proven by the fact that 2450 T waves were identified out of 2555 during a test. The sensibility of the algorithm is 99.96% while its positive predictability is 95.99%.

However, the method has its disadvantages:

  1. The oscillations representing the T wave in the intrinsic mode functions may be preceded by smaller amplitude oscillations that can influence the outcome of the method. These can be filtered using a mean filter of order 4-5.;
  2. From time to time, oscillations with similar amplitude to the one we’re interested in appear right after the QRS interval and before the oscillation that looks like a T wave.  These cannot be filtered out and the method will prove to be wrong in these cases.

The presented method is described more in detail in an article that has only appeared recently: http://scientificbulletin.upm.ro/papers/2014-1/10_Mozes_Szala.pdf

shannon

1. ábra – figure 1. A QRS komplexusok azonosítása az EKG-ban. Fent: az eredeti EKG jel, középen: az EKG első három benső módusfüggvényének az összege, lent: az összeg Shannon energiaburkolója. A függőleges vonalak jelzik a meghatározott QRS komplexusok határait. – The identification of the QRS complexes in an ECG signal. Top: the original ECG signal, middle: the sum of the first three intrinsic mode functions of the ECG signal, bottom: the Shannon energy envelope of the sum. The vertical lines represent the boundaries of the identified QRS complexes.

waves

2. ábra – figure. 2. A T hullámok lokalizálása. Fent: az eredeti EKG jel, középen: az EKG jel a QRS komplexusok nélkül, lent: az 5. és 6. benső módusfüggvény összege. Jól látható, hogy a QRS intervallumok utáni első csúcs a T hullámoknak felel meg. – The localization of the T waves. Top: the original ECG signal, middle: the ECG signal without the QRS complexes, bottom: the sum of the 5th and 6th intrinsic mode functions. It can be seen that the first peak after the interval of a QRS complex corresponds to a T wave.

Reklámok