Bitte benutzen Sie diese Kennung, um auf die Ressource zu verweisen:
http://elartu.tntu.edu.ua/handle/lib/50411| Titel: | Метод, алгоритм та програмне забезпечення детектування наявності плодової серцевої активності в абдомінальних ЕКГ-записах |
| Sonstige Titel: | Method, Algorithm, and Software for Detecting the Presence of Fetal Cardiac Activity in Abdominal ECG Recordings |
| Autor(en): | Гринчишин, Віталій Іванович Hrynchyshyn, Vitalii |
| Affiliation: | Тернопільський національний технічний університет імені Івана Пулюя Ternopil Ivan Puluj National Technical University |
| Bibliographic description (Ukraine): | Гринчишин В.І. Метод, алгоритм та програмне забезпечення детектування наявності плодової серцевої активності в абдомінальних ЕКГ-записах : робота на здобуття кваліфікаційного ступеня магістра : спец. 163 - біомедична інженерія / наук. кер. О.В. Гевко. Тернопіль : Тернопільський національний технічний університет імені Івана Пулюя, 2025. 112 с. |
| Erscheinungsdatum: | 15-Dez-2025 |
| Submitted date: | Dez-2025 |
| Date of entry: | 15-Dez-2025 |
| Herausgeber: | Тернопільський національний технічний університет імені Івана Пулюя |
| Country (code): | UA |
| Place of the edition/event: | Тернопільський національний технічний університет імені Івана Пулюя, кафедра біотехнічних систем |
| Supervisor: | Гевко, Олена Василівна Hevko, Olena |
| Committee members: | Хвостівська, Лілія Володимирівна |
| UDC: | 612.176 004.93 004.4 |
| Stichwörter: | 163 біомедична інженерія абдомінальний ЕКГ-сигнал фетальний ЕКГ-сигнал, детектування серцевої активності плода вейвлет-перетворення, шаблонне віднімання MATLAB abdominal ECG signal fetal ECG signal fetal heart activity detection, wavelet transform template subtraction |
| Page range: | 112 |
| Zusammenfassung: | В роботі розроблено метод, алгоритм та програмне забезпечення для автоматизованого детектування наявності плодової серцевої активності в абдомінальних ЕКГ-записах. Проведено аналіз сучасних методів виділення фетального ЕКГ-сигналу, визначено їх обмеження в умовах низького співвідношення
сигнал/шум і значних завад. Побудовано математичну модель абдомінального ЕКГсигналу як суміші материнського, плодових та шумових компонент, сформульовано модель гіпотез для задачі детектування. Запропоновано метод, який поєднує адаптивне шаблонне віднімання материнського комплексу із мультишкальним вейвлет-аналізом у базисі Добеші та локальними фізіологічними критеріями. Розроблено алгоритм та програмне забезпечення в MATLAB, що реалізує всі етапи
обробки сигналу та автоматично формує висновок про наявність плодової серцевої активності. Проведені експериментальні дослідження підтвердили стійкість та ефективність запропонованого методу в умовах сильно зашумлених абдомінальних ЕКГ-записів. The work presents a method, algorithm and software designed for automated detection of fetal cardiac activity in abdominal ECG recordings. A comprehensive review of modern approaches to fetal ECG signal extraction is conducted and their limitations under low signal-to-noise ratio and significant interference are identified. A mathematical model of the abdominal ECG signal as a mixture of maternal, fetal and noise components is developed, along with a hypothesis-based formulation of the detection problem. The proposed method combines adaptive maternal ECG template subtraction with multiscale wavelet analysis using Daubechies wavelets and physiological decision criteria. An algorithm and MATLAB-based software were developed to perform all processing stages and to automatically determine the presence of fetal heart activity. Experimental studies demonstrated the robustness and effectiveness of the proposed approach under highly noisy abdominal ECG conditions. |
| Beschreibung: | Кваліфікаційна робота виконана на кафедрі біотехнічних систем Тернопільського національного технічного університету імені Івана Пулюя. Захист відбудеться 22.12.2025 р. о 10.00 на засіданні ЕК № 26. |
| Content: | ВСТУП 9 РОЗДІЛ 1. ОГЛЯД СУЧАСНИХ МЕТОДІВ ДЕТЕКТУВАННЯ ПЛОДОВОЇ СЕРЦЕВОЇ АКТИВНОСТІ В АБДОМІНАЛЬНИХ ЕКГ-ЗАПИСАХ 12 1.1 Фізіологічні основи формування материнського та плодових ЕКГ-сигналів 12 1.2 Джерела завад та особливості їх впливу 15 1.2.1 Материнська електрокардіограма як домінантна завада 15 1.2.2 М’язові артефакти (ЕМГ) 16 1.2.3 Рухові артефакти матері та плода 16 1.2.4 Дихальні рухи матері 17 1.2.5 Контактні та електродні шуми 17 1.2.6 Індустріальні та електромагнітні завади 17 1.2.7 Внутрішньо-органні та фізіологічні шуми 18 1.3 Огляд існуючих методів детектування наявності плодової серцевої активності в абдомінальних ЕКГ-записах 18 1.3.1 Загальна модель суміші сигналів 18 1.3.2 Метод шаблонного (матричного) віднімання материнського комплексу (Maternal Beat Subtraction / Template Subtraction) 19 1.3.3 Адаптивні фільтри (LMS, RLS та ін.) 20 1.3.4 Методи «Blind Source Separation» (ICA, PCA, SOBI та ін.) 21 1.3.5 Калманівські фільтри і розширений Калман (EKF, Extended State Kalman) 22 1.3.6 Вейвлет-методи та матчені фільтри (wavelet denoising, matched filtering) 23 1.3.7 Емпіричний режимний розклад (EMD) і суміжні нелінійні методи 24 1.3.8 Гібридні та сучасні підходи: поєднання методів і машинне навчання (включаючи глибинні мережі) 24 1.4 Необхідність первинного детектування фЕКГ та обґрунтування актуальності вейвлет-обробки 25 1.5 Висновки до розділу 1 27 РОЗДІЛ 2. МОДЕЛЬ ТА АЛГОРИТМ ДЕТЕКТУВАННЯ НАЯВНОСТІ ПЛОДОВОЇ СЕРЦЕВОЇ АКТИВНОСТІ В АБДОМІНАЛЬНИХ ЕКГ-ЗАПИСАХ 29 2.1 Математична модель абдомінального ЕКГ-сигналу 29 2.1.1. Загальна структура сигналу 29 2.1.2 Моделювання кардіосигналів матері та плоду 30 2.1.3 Модель завад у абдомінальному ЕКГ-сигналі 30 2.1.4 Просторова модель для багатоканального абдомінального ЕКГ-сигналу 31 2.1.5 Математична постановка задачі виділення ЕКГ-сигналу плоду 31 2.1.6 Модель детектування наявності плодової серцевої активності 32 2.2 Метод детектування наявності плодової серцевої активності в абдомінальних ЕКГ-записах 33 2.2.1 Попередня обробка (Pre-filtering) 34 2.2.2 Детекція R-піків материнського ЕКГ-сигналу 34 2.2.3 Побудова материнського шаблону та віднімання 35 2.2.4 Підсилення плодового ЕКГ-сигналу 36 2.2.5 Дискретне вейвлет-перетворення (DWT) та мультишкальний показник 36 2.2.6 Вейвлет індикатор та маскування 37 2.2.7 Локальний адаптивний поріг 37 2.2.8 Детекція R-піків плоду 38 2.2.9 Усереднення сегментів та CWT 38 2.3 Алгоритм детектування наявності плодової серцевої активності в абдомінальних ЕКГ-записах 39 2.4 Висновки до розділу 2 43 РОЗДІЛ 3. ПРОГРАМНЕ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ В MATLAB ТА РЕЗУЛЬТАТИ ДЕТЕКТУВАННЯ НАЯВНОСТІ ПЛОДОВОЇ СЕРЦЕВОЇ АКТИВНОСТІ В АБДОМІНАЛЬНИХ ЕКГ-ЗАПИСАХ 44 3.1 Програмне забезпечення для детектування наявності плодової серцевої активності 44 3.1.1 Початкове очищення робочого середовища 44 3.1.2 Параметри сигналу та фільтрації 44 3.1.3 Завантаження сигналу або синтез 46 3.1.4 Фільтрація та детекція материнських R-піків 46 3.1.5 Створення материнського шаблону та його віднімання 49 3.1.6 Підсилення фетального сигналу через смуговий фільтр 20–70 Гц 50 3.1.7 DWT-мультишкальний добуток 51 3.1.8 Вейвлет індикатор 53 3.1.9 Маска навколо материнських R 54 3.1.10 Локальний адаптивний поріг 55 3.1.11 Пошук піків 56 3.1.12 Перевірка періодичності RR та рішення 59 3.1.13 Витягування фетальних комплексів 60 3.1.14 CWT 62 3.1.15 Візуалізація результатів 65 3.1.16 CWT та усередненими фетальними сигналами 67 3.2 Результати детектування 71 3.3 Висновки до розділу 3 81 РОЗДІЛ 4. ОХОРОНА ПРАЦІ ТА БЕЗПЕКА В НАДЗВИЧАЙНИХ СИТУАЦІЯХ 83 4.1 Охорона праці 83 4.2 Безпека в надзвичайних ситуаціях 85 4.3 Висновки до розділу 4 88 ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ 89 ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ 91 ДОДАТКИ 95 ДОДАТОК А. Теза конференції (скан-копія) 96 ДОДАТОК Б. Програмне забезпечення детектування наявності плодової серцевої активності в абдомінальних ЕКГ-записах 105 |
| URI: | http://elartu.tntu.edu.ua/handle/lib/50411 |
| Copyright owner: | © Гринчишин Віталій Іванович, 2025 |
| References (Ukraine): | 1. Clifford, G. D., Silva, I., Behar, J., & Moody, G. Non-invasive fetal ECG analysis. Physiological Measurement, 2014, 35(8), 1521–1536. DOI: https://doi.org/10.1088/0967-3334/35/8/1521 2. Van Leeuwen, P., Cysarz, D., Edelhäuser, F., & Grönemeyer, D. Heart rate variability in the fetus: a review. Physiological Measurement, 2013, 34(7), R1–R24. DOI: https://doi.org/10.1088/0967-3334/34/7/R1 3. Sameni, R., & Clifford, G. D. A Review of Fetal ECG Signal Processing; Issues and Promising Directions. The Open Pacing, Electrophysiology & Therapy Journal, 2010, 3, 4–20. DOI: https://doi.org/10.2174/1876536X01003010004 4. Behar J., Oster J., Clifford G. D. Non-invasive fetal ECG extraction from the maternal abdominal ECG using an adaptive maternal beat subtraction technique // Physiological Measurement. – 2014. – Vol. 35, No. 8. – P. 1521–1536. – DOI: 10.1088/0967-3334/35/8/1521. 5. Sameni R., Clifford G. D. A Review of Fetal ECG Signal Processing; Issues and Promising Directions // The Open Pacing, Electrophysiology & Therapy Journal. – 2010. – Vol. 3. – P. 4–20. – DOI: 10.2174/1876536X01003010004 6. Sameni R., Clifford G.D. A Review of Fetal ECG Signal Processing; Issues and Promising Directions // The Open Pacing, Electrophysiology & Therapy Journal. – 2010. – Vol. 3. – P. 4–20. 7. Behar J., Oster J., Clifford G.D. Non-invasive fetal ECG extraction from the maternal abdominal ECG using an adaptive maternal beat subtraction technique // Physiological Measurement. – 2014. – Vol. 35, No. 8. – P. 1521–1536. 8. Niknazar M., Rivet B., Jutten C. Fetal ECG extraction by extended state Kalman filtering based on single-channel recordings // IEEE Transactions on Biomedical Engineering. – 2013. – Vol. 60, No. 5. – P. 1345–1354. 9. Mochimaru F., et al. The fetal electrocardiogram by independent component analysis // (publ. 2004). – (стаття про застосування ICA). 10. Martinek R., et al. Comparative Effectiveness of ICA and PCA in Extraction of Fetal ECG // (2018). – (порівняльний аналіз методів BSS). 11. Behar J., et al. A comparison of single-channel fetal ECG extraction methods // (J. Behar, 2014). – (порівняльна робота по single-channel методам). 12. Ungureanu M., et al. Fetal ECG extraction during labor using an adaptive maternal beat subtraction technique // (2007). 13. Silva I., Behar J., Sameni R., et al. Noninvasive fetal ECG: the PhysioNet/Computing in Cardiology Challenge 2013 // Computing in Cardiology. – 2013. – (опис конкурсу і наборів даних). 14. Mohebbian M.R., et al. Fetal ECG Extraction from Maternal ECG using Attention-based CycleGAN / arXiv (2020–2022) – приклади сучасних deep-learning підходів. 13. Khvostivska L., Khvostivskyi M., Dediv I. Mathematical, algorithmic and software support for signals wavelet detection in electronic communications. Proceedings of the 2nd International Workshop on Computer Information Technologies in Industry 4.0 (CITI 2024). CEUR Workshop Proceedings. Ternopil, Ukraine, June 14-16, 2024. Vol. 3742. P.223-234. ISSN 1613-0073. 14. I.V. Yavorskyi, S.V. Uniyat, R.A. Tkachuk, M.O. Khvostivskyi. Algorithmic support of wavelet processing of pulse signals in the morlet basis. Mathematics and Mathematical Simulation in a Modern Technical University. II INTERNATIONAL SCIENTIFIC AND PRACTICAL CONFERENCE for Students and Young Scientists. April 30, 2024. Lutsk, Ukraine. P.51-53. ISBN 978-966-377-250-9. 15. Halyna Franchevska, Mykola Khvostivskyi, Vasyl Dozorskyi, Evheniya Yavorska, Oleg Zastavnyy. The Method and Algorithm for Detecting the Fetal ECG Signal in the Presence of Interference. Proceedings of the 1st International Workshop on Computer Information Technologies in Industry 4.0 (CITI 2023). CEUR Workshop Proceedings. Ternopil, Ukraine, June 14-16, 2023. P.263-272. ISSN 1613-0073. 16. Khvostivskyi M., Bilinchuk M. Method and algorithm for wavelet detection of fetal ECG signal against interferences in the Morlet basis. Collection of Scientific Papers with the Proceedings of the 2nd International Scientific and Practical Conference «Modern Perspectives on Global Scientific Solutions» (December 2-4, 2024. Bergen, Norway). European Open Science Space, 2024. P.262-265. 17. Хвостівський М.О. Яворська Є.Б. Метод виявлення електрокардіосигналу плоду в утробі матері у суміші із завадами. Вісник Хмельницького національного технологічного університету – Хмельницький: ХНУ, 2011. № 3. C.179-184. 18. Хвостівський М.О., Яворська Є.Б. Методичні рекомендації з оформлення кваліфікаційних робіт магістра за спеціальністю 163 Біомедична інженерія. Тернопіль: ТНТУ імені Івана Пулюя, 2020. 23 с. 20. Хвостівський М.О., Яворська Є.Б. Методичні рекомендації з оформлення кваліфікаційних робіт магістра за спеціальністю 163 Біомедична інженерія. Тернопіль: ТНТУ імені Івана Пулюя, 2023. 57 с. 19. Дозорський В.Г., Дозорська О.Ф., Гевко О.В., Дедів Л.Є. Система реєстрації біопотенціалів для електроенцефалографічних досліджень. Перспективні технології та прилади. Збірник наукових праць, Луцьк.-2023. - Випуск 22. - С. 45-54. 20. Kifer V., Zagorodna N., Hevko O. Atrial fibrillation detection on electrocardiograms with convolutional neural networks. Informatyka, Automatyka, Pomiary W. Gospodarce I. 69-73. https://doi.org/10.35784/iapgos.116. 21. Дедів Л.Є. Хвостівський М.О., Дунець В.Л., Шадріна Г.М. Імітаційна модель електрокардіосигналу на основі періодично корельованого випадкового процесу. Вісник Тернопільського державного технічного університету. Тернопіль: ТДТУ ім. І.Пулюя. 2008. №3. С. 201-205. 22. Гевко О.В., Яворська Є.Б. Теоретичні основи побудови математичної моделі суміші електрокардіосигналів матері та плода з врахуванням варіабельності. Науково-практична конференція «Теоретичні та прикладні аспекти радіотехніки і приладобудування». ТНТУ, 2011. http://elartu.tntu.edu.ua/handle/123456789/1213 23. Хвостівська Л.В., Яворський Б.І. Математична модель пульсового сигналу для підвищення інформативності систем діагностики стану судин людини. Вісник кременчуцького національного університету імені Михайла Остроградського. Кременчук, 2015. Випуск 6 (95). С.29-34. 24. Hrynchyshyn V., Hevko O., Khvostivskyi M. Method for assessing the presence of fetal heart activity based on template subtraction and wavelet analysis. Collection of Scientific Papers with the Proceedings of the 4th International Scientific and Practical Conference «Scientific Innovation: Theoretical Insights and Practical Impacts» (December 8-10, 2025, Naples, Italy). European Open Science Space, 2025. P. 496-500. ISBN 979-8-89704-952-3. DOI 10.70286/EOSS-08.12.2025. |
| Content type: | Master Thesis |
| Enthalten in den Sammlungen: | 163 — біомедична інженерія |
Dateien zu dieser Ressource:
| Datei | Beschreibung | Größe | Format | |
|---|---|---|---|---|
| Hrynchyshyn_V_І_RBm-61.pdf | 5,32 MB | Adobe PDF | Öffnen/Anzeigen |
Alle Ressourcen in diesem Repository sind urheberrechtlich geschützt, soweit nicht anderweitig angezeigt.
Administrationswerkzeuge