Exploring the effects of wavelet types and windowing on EMG-based IONM through deep learning architectures - 07/01/26

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

⁎ Corresponding author. Faculty of Engineering, The British University in Egypt, Cairo, Egypt. Faculty of Engineering The British University in Egypt Cairo Egypt

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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.

Il testo completo di questo articolo è disponibile in 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


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