Aplicação de redes neurais artificiais na identificação de insuficiencia cardíaca utilizando análise sonora da voz

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Firmino, João Vitor Lira de Carvalho
Data de Publicação: 2021
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPB
Texto Completo: https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/24500
Resumo: Heart failure is a disease that disables the heart from properly pumping blood to nourish the entire body. Currently, the main diagnostic methods for this pathology are performed clinically through the measurement of B-type natriuretic peptide (BNP). As cardiovascular diseases are the main causes of premature death, the development of new technologies to identify these diseases is of great importance. Thus, this research presents the development of an identification system for the vocal distortions caused by heart failure in an individual. For the development of the software, the voices of 142 individuals were collected, separated by sex and age. Among these 142, 84 voices of people already diagnosed with heart failure were collected at the Heart Institute of Sao Paulo University (INCOR – USP) and at the Metropolitan Hospital of Joao Pessoa. On the other hand, the voices of the other 58 healthy individuals were collected in an extra-hospital environment. Furthermore, the device used for recording the voices was the PX440 digital audio recorder, produced by Sony. To analyze the collected data, the following techniques were applied to extract and select the characteristics of the signals: statistical analysis, fast Fourier transform, discrete wavelet transform and mel-cepstral analysis. By using these techniques, it was selected features to feed the artificial neural networks (ANNs) developed for each sex. Using the established architectures of the networks, an overall efficiency of 96.7% was achieved for both ANNs. In order to guarantee the usability of the created system, a computer application was developed. Using this software, values of 91.86%; 88.1% and 92.1% were obtained in the calculation of accuracy, sensitivity and specificity, respectively. Therefore, the heart failure identification system showed promising results that need to be further studied in order to improve the developed tool.
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Among these 142, 84 voices of people already diagnosed with heart failure were collected at the Heart Institute of Sao Paulo University (INCOR – USP) and at the Metropolitan Hospital of Joao Pessoa. On the other hand, the voices of the other 58 healthy individuals were collected in an extra-hospital environment. Furthermore, the device used for recording the voices was the PX440 digital audio recorder, produced by Sony. To analyze the collected data, the following techniques were applied to extract and select the characteristics of the signals: statistical analysis, fast Fourier transform, discrete wavelet transform and mel-cepstral analysis. By using these techniques, it was selected features to feed the artificial neural networks (ANNs) developed for each sex. Using the established architectures of the networks, an overall efficiency of 96.7% was achieved for both ANNs. In order to guarantee the usability of the created system, a computer application was developed. Using this software, values of 91.86%; 88.1% and 92.1% were obtained in the calculation of accuracy, sensitivity and specificity, respectively. Therefore, the heart failure identification system showed promising results that need to be further studied in order to improve the developed tool.Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPqA insuficiência cardíaca é uma doença que incapacita o coração de bombear o sangue, de forma adequada, para nutrir todo o organismo. Atualmente, os principais métodos de diagnóstico dessa patologia são realizados clinicamente por meio da mensuração do peptídeo natriurético do tipo B (BNP). Como as doenças cardiovasculares são as maiores causas de morte prematura, o desenvolvimento de novas tecnologias para a identificação dessas doenças é de grande importância. Assim, o presente trabalho apresenta o desenvolvimento de um aplicativo de identificação das distorções vocais causadas pela insuficiência cardíaca em um indivíduo saudável. Para a elaboração do software, foram coletadas as vozes de 142 indivíduos, separados por sexo, idade. Dessas 142, 84 vozes de pessoas já diagnosticadas com insuficiência cardíaca foram coletadas no instituto do coração de São Paulo (INCOR – SP) e no hospital metropolitano de João Pessoa. Por outro lado, as vozes dos outros 58 indivíduos saudáveis foram coletadas em ambiente extra-hospitalar. Ademais, o dispositivo utilizado para a gravação das vozes foi o gravador de áudio digital PX440, produzido pela Sony. Para análise dos dados coletados, foram aplicadas as seguintes técnicas para extrair e selecionar as características dos sinais: análise estatística, transformada rápida de Fourier, transformada discreta de wavelet e análise mel-cepstral. Por meio dessas técnicas, foram selecionadas características que serviram para alimentar as redes neurais artificiais (RNAs) desenvolvidas para cada sexo. Por meio das arquiteturas estabelecidas das redes, foi alcançada uma eficiência global de 96,7 % para as duas RNAs. De modo a garantir a usabilidade do sistema criado, foi desenvolvido um aplicativo de computador. Utilizando esse software, foram obtidos os valores de 91,86%; 88,1% e 92,1% no cálculo da acurácia, sensibilidade e especificidade, respectivamente. Portanto, o sistema de identificação de insuficiência cardíaca apresentou resultados promissores e que merecem ser estudados mais a fundo a fim de aprimorar a ferramenta desenvolvida.Universidade Federal da ParaíbaBrasilEngenharia MecânicaPrograma de Pós-Graduação em Engenharia MecânicaUFPBRodrigues, Marcelo Cavalcantihttp://lattes.cnpq.br/2140285341359128Melo, Marcelo Dantas Tavares deLattes não recuperado em 13/09/2022Firmino, João Vitor Lira de Carvalho2022-09-16T18:35:02Z2021-08-242022-09-16T18:35:02Z2021-07-22info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesishttps://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/24500porAttribution-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPBinstname:Universidade Federal da Paraíba (UFPB)instacron:UFPB2022-10-25T13:02:41Zoai:repositorio.ufpb.br:123456789/24500Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttps://repositorio.ufpb.br/PUBhttp://tede.biblioteca.ufpb.br:8080/oai/requestdiretoria@ufpb.br|| diretoria@ufpb.bropendoar:2022-10-25T13:02:41Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPB - Universidade Federal da Paraíba (UFPB)false
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