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An Efficient Automated Algorithm for Distinguishing Normal and Abnormal ECG Signal - 07/11/19

Doi : 10.1016/j.irbm.2019.09.002 
M.K. Moridani a, , M. Abdi Zadeh b, Z. Shahiazar Mazraeh a
a Department of Biomedical Engineering, Faculty of Health, Tehran Medical Sciences, Islamic Azad University, Tehran, Iran 
b Department of Biomedical Engineering, Tehran North Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran 

Corresponding author at: No. 29, Floor 4, Farjam St., Tehran-Pars, Tehran, 1653989618, Iran.No. 29Floor 4Farjam St.Tehran-ParsTehran1653989618Iran

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Graphical abstract

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Highlights

We focused on nonlinear methods with new aspects to extract mentioned dynamics.
This method can reduce a significant number of people at risk.
The optimal features were given for a classifier to detection.
Our results show that the presented method has great performance.
The proposed method is highly usable in a real-time monitoring system.

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Abstract

Objective

The present study aims to simulate an alarm system for online detecting normal electrocardiogram (ECG) signals from abnormal ECG so that an individual's heart condition can be accurately and quickly monitored at any moment, and any possible serious dangers can be prevented.

Materials and methods

First, the data from Physionet database were used to analyze the ECG signal. The data were collected equally from both males and females, and the data length varied between several seconds to several minutes. The heart rate variability (HRV) signal, which reflects heart fluctuations in different time intervals, was used due to the low spatial accuracy of ECG signal and its time constraint, as well as the similarity of this signal with the normal signal in some diseases. In this study, the proposed algorithm provided a return map as well as extracted nonlinear features of the HRV signal, in addition to the application of the statistical characteristics of the signal. Then, artificial neural networks were used in the field of ECG signal processing such as multilayer perceptron (MLP) and support vector machine (SVM), as well as optimal features, to categorize normal signals from abnormal ones.

Results

In this paper, the area under the curve (AUC) of the ROC was used to determine the performance level of introduced classifiers. The results of simulation in MATLAB medium showed that AUC for MLP and SVM neural networks was 89.3% and 94.7%, respectively. Also, the results of the proposed method indicated that the more nonlinear features extracted from the ECG signal could classify normal signals from the patient.

Conclusion

The ECG signal representing the electrical activity of the heart at different time intervals involves some important information. The signal is considered as one of the common tools used by physicians to diagnose various cardiovascular diseases, but unfortunately the proper diagnosis of disease in many cases is accompanied by an error due to limited time accuracy and hiding some important information related to this signal from the physicians' vision leading to the risks of irreparable harm for patients. Based on the results, designing the proposed alarm system can help physicians with higher speed and accuracy in the field of diagnosing normal people from patients and can be used as a complementary system in hospitals.

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Keywords : ECG processing, Normal and abnormal, R-R intervals, Feature extraction, Classification


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Vol 40 - N° 6

P. 332-340 - décembre 2019 Retour au numéro
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