Remoção da interferência da rede elétrica em sinais ecg baseado em análise de componentes independentes

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Freire Júnior, Letivan Cambraia
Data de Publicação: 2020
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFLA
Texto Completo: http://repositorio.ufla.br/jspui/handle/1/56314
Resumo: Biomedical signals are records of the activities of the human body. An example of a biomedical signal is the electrocardiogram (ECG), which is the recording of electrical oscillations caused by cardiac muscle activities. The ECG can help in the diagnosis and prevention of cardiac diseases, such as myocardial infarction and arrhythmia. These signals are subject to the appearance of several noises in your recording, due to the patient’s breathing and interference from the electrical network, for example. The latter is caused mainly due to the presence of electric and magnetic fields in the ECG recording environment, due to the use of electrical equipment, failures in the equipment grounding, among others. This leads to signal degradation, which makes it difficult to analyze, and it is necessary to employ techniques that attenuate these noises.In this work, a method for removing noise from the electrical network is proposed. The method is based on the use of digital FIR filters, Independent Component Analysis (ICA) and Fast Fourier Transform (FFT). Filters are used to generate sufficient observation signals for the application of the ICA. After its application, the independent sources contained in the ECG signal are extracted. The sources corresponding to the electrical network noise and its harmonic components are identified and are eliminated after the FFT processing. Finally, the sources estimated by the signal are used for signal reconstruction. To develop the method, ECG signals obtained from the PhysioBank ATM platform and the MIT-BIH Arrythimia databases were used, where the noise was added manually, and Challenge 2011 Training SET A, which has signals originally corrupted by various noises. The method showed good results and proved to be robust to variations that may occur, such as the presence of harmonic components of the electrical network signal and oscillations in the signal-to-noise ratio of the original signal with the added noise. The results were compared with a notch filter and an adaptive filter with LMS algorithm, showing better performance. All simulations and procedures were performed in the MatLab programming environment.
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spelling Remoção da interferência da rede elétrica em sinais ecg baseado em análise de componentes independentesPower line interference removal in ecg signals based on independent component analysisEletrocardiogramaAnálise de Componentes IndependentesInterferência da Rede ElétricaBiomedical SignalsIndependent Component AnalysisPower Line InterferenceAutomação Eletrônica de Processos Elétricos e IndustriaisBiomedical signals are records of the activities of the human body. An example of a biomedical signal is the electrocardiogram (ECG), which is the recording of electrical oscillations caused by cardiac muscle activities. The ECG can help in the diagnosis and prevention of cardiac diseases, such as myocardial infarction and arrhythmia. These signals are subject to the appearance of several noises in your recording, due to the patient’s breathing and interference from the electrical network, for example. The latter is caused mainly due to the presence of electric and magnetic fields in the ECG recording environment, due to the use of electrical equipment, failures in the equipment grounding, among others. This leads to signal degradation, which makes it difficult to analyze, and it is necessary to employ techniques that attenuate these noises.In this work, a method for removing noise from the electrical network is proposed. The method is based on the use of digital FIR filters, Independent Component Analysis (ICA) and Fast Fourier Transform (FFT). Filters are used to generate sufficient observation signals for the application of the ICA. After its application, the independent sources contained in the ECG signal are extracted. The sources corresponding to the electrical network noise and its harmonic components are identified and are eliminated after the FFT processing. Finally, the sources estimated by the signal are used for signal reconstruction. To develop the method, ECG signals obtained from the PhysioBank ATM platform and the MIT-BIH Arrythimia databases were used, where the noise was added manually, and Challenge 2011 Training SET A, which has signals originally corrupted by various noises. The method showed good results and proved to be robust to variations that may occur, such as the presence of harmonic components of the electrical network signal and oscillations in the signal-to-noise ratio of the original signal with the added noise. The results were compared with a notch filter and an adaptive filter with LMS algorithm, showing better performance. All simulations and procedures were performed in the MatLab programming environment.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)Os sinais biomédicos são registros das atividades do corpo humano. Um exemplo de sinal biomédicoé o eletrocardiograma (ECG), que é o registro das oscilações elétricas ocasionadas pelasatividades musculares cardíacas. O ECG pode ajudar no diagnóstico e prevenção de doençascardiológicas, como o infarto do miocárdio e arritmia. Estes sinais estão sujeitos ao aparecimentode diversos ruídos em sua gravação, devido a respiração do paciente e interferência darede elétrica, por exemplo. O último é causado principalmente devido a presença de camposelétricos e magnéticos no ambiente de gravação do ECG, devido ao uso de equipamentos elétricos,falhas no aterramento do equipamento, dentre outras. Isto leva a degradação do sinal, oque dificulta sua análise, sendo necessário empregar técnicas que atenuem estes ruídos. Nestetrabalho é proposto um método para remoção do ruído proveniente da rede elétrica. O métodoé baseado na utilização de filtros digitais FIR, Análise de Componentes Independentes (ICA) eTransformada de Fourier (FFT). Os filtros são utilizados para gerar sinais de observação suficientespara a aplicação da ICA. Após a aplicação desta, são extraídos as fontes independentescontidas no sinal ECG. As fontes correspondentes ao ruído da rede elétrica e seus componentesharmônicos são identificadas e são eliminados após o processamento da FFT. Por fim, asfontes estimadas pelo sinal são utilizadas para reconstrução do sinal. Para desenvolvimento dométodo foram utilizados sinais de ECG obtidos a partir da plataforma PhysioBank ATM e dasbases de dados MIT-BIH Arrythimia, onde o ruído foi adicionado manualmente, e Challenge2011 Training SET A, que dispõe de sinais originalmente corrompidos por diversos ruídos. Ométodo apresentou bons resultados e se mostrou robusto a variações que possam ocorrer, comoa presença de componentes harmônicas do sinal da rede elétrica e oscilações na relação sinal-ruídodo sinal original com o ruído adicionado. Os resultados foram comparados com um filtronotch e um filtro adaptativo com algoritmo LMS, apresentando melhor desempenho. Todas assimulações e procedimentos foram realizadas no ambiente de programação MatLab.Universidade Federal de LavrasPrograma de Pós- Graduação em Engenharia de Sistemas e AutomaçãoUFLAbrasilDepartamento de AutomáticaLacerda, Wilian SoaresFerreira, Danton DiegoBraga Júnior, Roberto AlvesCerqueira, Augusto SantiagoFreire Júnior, Letivan Cambraia2023-03-24T10:56:04Z2023-03-24T10:56:04Z2023-03-222020-03-04info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfFREIRE JÚNIOR, Letivan Cambraia. Remoção da interferência da rede elétrica em sinais ecg baseado em análise de componentes independentes. 2020. 71p. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Sistemas e automação)–Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2023.http://repositorio.ufla.br/jspui/handle/1/56314porinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFLAinstname:Universidade Federal de Lavras (UFLA)instacron:UFLA2023-04-05T13:48:18Zoai:localhost:1/56314Repositório InstitucionalPUBhttp://repositorio.ufla.br/oai/requestnivaldo@ufla.br || repositorio.biblioteca@ufla.bropendoar:2023-04-05T13:48:18Repositório Institucional da UFLA - Universidade Federal de Lavras (UFLA)false
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