Exploring the Effects of Wavelet Types and Windowing on EMG-based IONM Through Deep Learning Architectures - 18/12/25

Doi : 10.1016/j.neuri.2025.100253 
Abdalla Nabil Elsharkawy 1, Nourhan Zayed 1, 2,
1 Faculty of Engineering, The British University in Egypt, Cairo, Egypt 
2 Computer and Systems Department, Electronics Research Institute, Cairo, Egypt 

Corresponding author:

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En prensa. Manuscrito Aceptado. Disponible en línea desde el Thursday 18 December 2025

ABSTRACT

Intraoperative neuromonitoring (IONM) plays a critical role in preserving nerve function during high-risk surgeries through real-time monitoring of electromyographic (EMG) activity. Routine EMG analysis, in real-time, is complex and prone to variability. This work presents an end-to-end deep learning-based framework for accurate EMG signal classification of the nerve status using the discrete wavelet transform (DWT) mathematical technique. Four state-of-the-art deep learning architectures, including Convolutional Neural Networks (CNN), Long Short-Term Memory (LSTM), a CNN-LSTM ensemble, and a Transformer model, were tested with various Daubechies wavelet families (db1–db6) and window sizes (50–500 samples). The Transformer model performed superiorly in classification, achieving an outstanding accuracy of 98.13%, an F1-score of 98.14%, and a recall of 97.50% using db1 and a 400-sample window. The results summed up that the use of wavelet-based time-frequency decomposition has a significant influence on enhancing classification performance, especially when utilized with deep learning models.

El texto completo de este artículo está disponible en PDF.

Keywords : Intraoperative Neuromonitoring (IONM), Electromyography (EMG), Deep Learning (DL), Convolutional Neural Networks (CNN), Long Short-Term Memory (LSTM), Transformer, Discrete Wavelet Transform (DWT), Daubechies (db), Window Size


Esquema


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