ارائه روشی بر مبنای تبدیل دو خطی سودو ویگنر ـ ویل جهت تشخیص آریتمی های قلبی
پذیرفته شده برای پوستر
کد مقاله : 1126-ISAV2025 (R2)
نویسندگان
1عضو هیات علمی دانشکده مهندسی مکانیک- دانشگاه تبریز
2دانشگاه تبریز-دانشکده مهندسی مکانیک
چکیده
در این پژوهش با هدف شناسایی آریتمیهای بطنی با ریتم کند (IVR )، فلاتر دهلیزی (AFL ) و فیبریلاسیون دهلیزی (AFIB )، پردازش سیگنالهای الکتروکاردیوگرام مبتنی بر دادههای پایگاه MIT-BIH انجام شد. در مرحله نخست، سیگنالها پیشپردازش شدند تا نویزهای ناشی از خطوط برق، حرکت عضلانی و تغییرات پایه حذف شود و شکل اصلی موج قلبی حفظ گردد. پس از پاکسازی، پیکهای R با استفاده از الگوریتم مناسب شناسایی شدند تا بهعنوان مرجع زمانی مراحل بعد مورد استفاده قرار گیرند. سپس با تکیه بر موقعیت پیکهای R، موجهای Q و S استخراج و حدود دقیق کمپلکس QRS تعیین شد.
در ادامه، نقاط شروع موج Q و پایان موج S مشخص گردید تا بازه فعالیت بطنی تعیین شود. همین روند برای موج P نیز اجرا شد تا تحلیل جداگانه فعالیت دهلیزی ممکن گردد.
نوآوری اصلی این پژوهش در روش تفکیک سیگنال است؛ برخلاف رویکردهای رایج مبتنی بر جداسازی در حوزه فرکانس یا زمان–فرکانس، مؤلفههای ECG ابتدا در حوزه زمان و بر اساس مرزبندی دقیق موجها تفکیک شدند. در این روش، امواج P، QRS و T بهصورت مجزا و بدون همپوشانی فرکانسی از هم جدا گردیدند. سپس ویژگیهای اختصاصی هر مؤلفه در حوزه فرکانس استخراج شد که موجب بهبود تمایزپذیری و افزایش دقت تشخیص گردید. این ساختار دو مرحلهای (تفکیک زمانی و تحلیل فرکانسی پس از جداسازی) تداخل بین امواج را کاهش داده و کارایی بیشتری نسبت به روشهای مستقیم زمان–فرکانس ایجاد کرده است. پس از تفکیک مؤلفهها، یک ضربان نماینده شامل موجهای P و QRS انتخاب شد که معمولاً چهارمین یا پنجمین ضربان سیگنال است. سپس برای تحلیل عمیقتر، تبدیل سودو ویگنر–ویل (PWV) بر روی آن اعمال گردید تا نمایش زمان–فرکانس با دقت بالا حاصل شود. در ادامه، ویژگیهای آماری و زمانی – فرکانسی استخراجشده از نتایج PWV و مرزبندی موجها بهعنوان شاخصهای متمایز کننده برای تشخیص الگو های
ریتم قلبی استفاده شدند و امکان تفکیک سیگنالهای نرمال و آریتمیهای هدف فراهم گردید. یافتهها نشان میدهد که ترکیب پردازش نویز، جداسازی زمانی، استخراج ویژگی در حوزه فرکانس و تحلیل زمان – فرکانس میتواند رویکردی کارآمد و نوآورانه برای شناسایی خودکار اختلالات قلبی ارائه دهد. این چارچوب با بهبود دقت تشخیص و کاهش خطای انسانی، قابلیت استفاده در سامانههای هوشمند پایش و غربالگری قلبی را دارد.
در ادامه، نقاط شروع موج Q و پایان موج S مشخص گردید تا بازه فعالیت بطنی تعیین شود. همین روند برای موج P نیز اجرا شد تا تحلیل جداگانه فعالیت دهلیزی ممکن گردد.
نوآوری اصلی این پژوهش در روش تفکیک سیگنال است؛ برخلاف رویکردهای رایج مبتنی بر جداسازی در حوزه فرکانس یا زمان–فرکانس، مؤلفههای ECG ابتدا در حوزه زمان و بر اساس مرزبندی دقیق موجها تفکیک شدند. در این روش، امواج P، QRS و T بهصورت مجزا و بدون همپوشانی فرکانسی از هم جدا گردیدند. سپس ویژگیهای اختصاصی هر مؤلفه در حوزه فرکانس استخراج شد که موجب بهبود تمایزپذیری و افزایش دقت تشخیص گردید. این ساختار دو مرحلهای (تفکیک زمانی و تحلیل فرکانسی پس از جداسازی) تداخل بین امواج را کاهش داده و کارایی بیشتری نسبت به روشهای مستقیم زمان–فرکانس ایجاد کرده است. پس از تفکیک مؤلفهها، یک ضربان نماینده شامل موجهای P و QRS انتخاب شد که معمولاً چهارمین یا پنجمین ضربان سیگنال است. سپس برای تحلیل عمیقتر، تبدیل سودو ویگنر–ویل (PWV) بر روی آن اعمال گردید تا نمایش زمان–فرکانس با دقت بالا حاصل شود. در ادامه، ویژگیهای آماری و زمانی – فرکانسی استخراجشده از نتایج PWV و مرزبندی موجها بهعنوان شاخصهای متمایز کننده برای تشخیص الگو های
ریتم قلبی استفاده شدند و امکان تفکیک سیگنالهای نرمال و آریتمیهای هدف فراهم گردید. یافتهها نشان میدهد که ترکیب پردازش نویز، جداسازی زمانی، استخراج ویژگی در حوزه فرکانس و تحلیل زمان – فرکانس میتواند رویکردی کارآمد و نوآورانه برای شناسایی خودکار اختلالات قلبی ارائه دهد. این چارچوب با بهبود دقت تشخیص و کاهش خطای انسانی، قابلیت استفاده در سامانههای هوشمند پایش و غربالگری قلبی را دارد.
کلیدواژه ها
Title
A Novel Cardiac Arrhythmia Detection Method Based on the Pseudo Wigner-Ville Bilinear distribution
Authors
Reza Hassannejad, Mohammad Sajjad Mohammadian Arshtnab
Abstract
This study focuses on the automatic identification of idioventricular rhythm (IVR), atrial flutter (AFL), and atrial fibrillation (AFIB) through advanced electrocardiogram (ECG) signal processing using the MIT-BIH database. Initially, ECG signals were preprocessed to eliminate power line interference, muscle motion artifacts, and baseline wander, while preserving the intrinsic morphology of the cardiac waveform. Following denoising, R-peaks were accurately detected using an optimized algorithm and served as temporal anchors for subsequent analysis. Based on these reference points, Q and S waves were extracted, and the precise QRS complex boundaries were determined. The onset and offset of the Q and S waves were used to define the ventricular activity interval, while a similar procedure was applied to the P wave to separately analyze atrial activity. The innovation of this study lies in its hybrid signal decomposition framework, which combines precise time-domain segmentation with frequency-domain feature extraction. Unlike conventional methods that separate components solely in the frequency or time–frequency domain, the proposed approach first isolates ECG components (P, QRS, and T waves) in the time domain based on accurate morphological boundaries, ensuring non-overlapping frequency characteristics. Subsequently, frequency-based features are extracted from each individual component, significantly enhancing discriminability and classification accuracy. This dual-stage design effectively reduces waveform interference and outperforms traditional time–frequency analysis techniques. After component separation, a representative beat containing P and QRS waves—typically the fourth or fifth beat—was selected, and the pseudo-Wigner–Ville (PWV) distribution was applied to achieve a high-resolution time–frequency representation. Statistical and time–frequency features derived from PWV results and wave boundaries were employed as discriminative indicators for rhythm classification. The results demonstrate that the proposed framework provides a novel, efficient, and accurate methodology for automatic cardiac arrhythmia detection, offering strong potential for intelligent cardiac monitoring and screening systems.
Keywords
Pseudo Wigner-Ville, Slow-Rhythm Ventricular Arrhythmia, Atrial Flutter, Atrial Fibrillation