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An Approach to Compute Fetal Cardiac Biomarkers from the Abdominal Electrocardiogram - 25/03/25

Doi : 10.1016/j.irbm.2025.100886 
Paula Romina Soria a, b, , Pablo Daniel Cruces a, b, César Federico Caiafa c, Pedro David Arini a, b
a Universidad de Buenos Aires, Facultad de Ingeniería, Instituto de Ingeniería Biomédica, Paseo Colón 850, Buenos Aires, C1063ACV, Argentina 
b CONICET, Instituto Argentino de Matemática ‘Alberto P. Calderón’, Saavedra 15, Buenos Aires, C1083ACA, Argentina 
c CONICET ∖ CIC-PBA ∖ Universidad Nacional de La Plata, Instituto Argentino de Radioastronomía - CCT La Plata, Villa Elisa 1894, La Plata, Argentina 

Corresponding author at: Saavedra 15, Buenos Aires, C1083ACA, Argentina.Saavedra 15Buenos AiresC1083ACAArgentina

Abstract

Objective: The fetal electrocardiogram (FECG) can be recorded from the   week of gestation. The aim of this work is to determine fetal cardiac biomarkers from non-invasive cardiac signals that may be useful in the assessment of fetal health. Methods: We have developed an algorithm to obtain FECG fiducial points. It started by discriminating fetal heartbeats based on the relative location between fetal and maternal QRS complexes. An average beat is derived from the abdominal electrocardiogram (AECG) using 20 beats with a correlation greater than 0.95 and stable RR-interval, based on data from 12 fetuses (  -   weeks). We have implemented a combination between quaternion algebra and principal component analysis (Q-PCA method) to determine the onset and end of FECG waves by analyzing the angular velocity of the heart electrical vector. To validate our findings, we compared them with measurements obtained from the direct fetal electrocardiogram (DFECG), as a benchmark. Results: The values calculated by the Q-PCA method, as well as their correlation and the p-value in relation to the DFECG, were as follows: PR interval:   ms ( , p ), QRS complex:   ms ( , p ), QT interval:   ms ( , p ) and QTc interval:   ms ( , p ). Conclusion: Given its importance and the measurement performance achieved, the methodology presented represents a significant potential tool for improving the diagnosis of fetal health.

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Graphical abstract

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Highlights

Fetal biomarkers are obtained from non-invasive abdominal ECG.
A novel averaging technique is developed to obtain high-correlated fetal beats.
Onset and end of fetal cardiac waves are computed by using PCA and quaternions.

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Vol 46 - N° 3

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