تأثير پارامترهاي كيفيت خدمات شبكه بي‌سيم بر كيفيت سيگنال ECG در سيستم‌هاي WBAN

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي پزشكي

كارشناسي ارشد

پايش پيوسته و سرپايي الكتروكارديوگرام (ECG) از طريق شبكه ناحيه بدني بي‌سيم (WBAN) تنها به اندازه شكل موجي كه به نقطه تصميم‌گيري مي‌رسد، سودمند است. از دست رفتن بسته‌ها، جيتر و تأخير، سيگنال منتقل‌شده را تخريب مي‌كنند و معيارهاي مهندسي كه به‌طور متعارف براي ارزيابي بازيابي سيگنال به كار مي‌روند، اختلاف جذر ميانگين مربعات درصدي (PRD) و نسبت سيگنال به نويز (SNR)، عموماً بدون اثبات، به‌عنوان بازتاب‌دهنده سودمندي تشخيصي در نظر گرفته مي‌شوند. نشان داده شده است كه بازسازي مبتني بر يادگيري عميق مي‌تواند نمونه‌هاي ECG را كه به‌صورت مستقل و تصادفي از دست رفته‌اند يا تحت تأثير نويز افزايشي دچار اختلال شده‌اند، بازيابي كند؛ اما اين روش در برابر اختلال تركيبي و جهشيِ نماينده يك كانال بدني WBAN ارزيابي نشده بود و همچنين با پارادايم‌هاي كلاسيك حسگري فشرده (CS) و درون‌يابي موجك، بر اساس يك نقطه پاياني در سطح وظيفه، مقايسه نشده بود. اين پايان‌نامه با استفاده از يك مقايسه كنترل‌شده، بازتوليدپذير و مبتني بر شبيه‌سازي، به اين خلأ مي‌پردازد. يك مدل اختلال در سطح بسته، از طريق يك فرايند دوحالته گيلبرت–اليوت، از دست رفتن زمانيِ هم‌بسته (جهشي) را به همراه جيتر گاوسي با ميانگين صفر و تأخير ثابت بر پايگاه داده آريتمي MIT-BIH با نرخ 250 Hz اعمال مي‌كند و در نتيجه، قطعه‌هاي جفت‌شده پاك/تخريب‌شده و ماسك‌هاي رؤيت‌پذيري را تحت سه پروفايل شدت درجه‌بندي‌شده توليد مي‌كند. يك رمزگذار–رمزگشاي CNN–LSTM با اتصالات ميان‌بُر U-Net و يك مرحله اختياري توجه، با استفاده از يك جست‌وجوي چندهدفه بر روي دوازده پارامتر بهينه‌سازي مي‌شود كه PRD را كمينه و SNR و macro-F1 آريتمي پس از بازسازي را بيشينه مي‌كند و به‌جاي انتخاب يك برنده واحد، يك جبهه پارتو را حفظ مي‌كند. سپس مدل منتخب و سه روش مبنا - ZeroFill (بدون ترميم)، درون‌يابي DWT و CS-OMP - در سطوح اختلال خفيف، متوسط و شديد، هم از نظر نقاط پاياني وفاداري و هم تشخيصي، ارزيابي شدند و تأخير استنتاج مدل منتخب در مقايسه با بودجه پزشكي 125 ms اندازه‌گيري شد. اختلال موجب شد سيگنال بازسازي‌نشده داراي PRD ميانگين 118.14% و SNR ميانگين -1.44 dB باشد. جست‌وجو ده پيكربندي غيرمغلوب را حفظ كرد و از آنجا كه هيچ‌يك از آن‌ها با قاعده انتخاب، تلورانس تعيين‌شده براي macro-F1 را برآورده نكردند، راهكار بازگشت مستندشده، عضوي با بالاترين امتياز را برگرداند (PRD برابر با 103.34% و macro-F1 برابر با 0.626). ارزيابي معيار، نتيجه محوري مطالعه را نشان داد: CS-OMP در تمامي سطوح شدت، بهترين وفاداري شكل موج را به دست آورد، اما بدترين امتياز تشخيصي را داشت (macro-F1 از 0.289 تا 0.327، در سطح يا پايين‌تر از كف شانس 0.333)، درحالي‌كه مدل عميق در شدت شديد، بهترين macro-F1 را به دست آورد (0.856، معادل 99.7% مقدار مرجع سيگنال پاك) و در شدت خفيف نيز دومين عملكرد برتر را داشت. رتبه‌بندي‌هاي وفاداري و تشخيصي از يكديگر واگرا بودند و همبستگي رتبه‌اي اسپيرمن برابر با 0.997 بين PRD و macro-F1 در سراسر جبهه حفظ‌شده به دست آمد. بر روي سخت‌افزار ميزبان، تأخير استنتاج مدل در ONNX Runtime برابر با 1.76 ms و در مقابل بودجه 125 ms اندازه‌گيري شد. اين پايان‌نامه نتيجه مي‌گيرد كه بازيابي بهينه از نظر شكل موج و بازيابي بهينه از نظر تشخيص، دو مسئله متفاوت هستند و تضمين كيفيت خدمات (QoS) كه بر اساس PRD يا SNR بيان شود، لزوماً تضميني براي تشخيص محسوب نمي‌شود. سهم اين پژوهش شامل يك مدل قابل‌استفاده مجدد براي ايجاد اختلال، يك مجموعه‌داده جفت‌شده، پروفايل‌هاي شدت درجه‌بندي‌شده و يك پروتكل ارزيابي با دو نقطه پاياني است. اين مطالعه يك پژوهش شبيه‌سازي است: اختلال به‌صورت آماري در يك پيكره تك‌ليدي استخراج‌شده از هولتر اعمال شد، سودمندي تشخيصي از طريق يك طبقه‌بند خودكار به‌عنوان شاخص جانشين اندازه‌گيري شد و تأخير بر روي يك ميزبان و نه ريزكنترل‌گر هدف اندازه‌گيري گرديد؛ بنابراين، يافته‌ها ادعايي درباره اعتبار باليني يا استقرار تأييدشده روي دستگاه محسوب نمي‌شوند

238398

بيوالكتريك

مهندسي برق و كامپيوتر

دانشگاه صنعتي اصفهان