تشخیص سکته قلبی حاد با استفاده از سیگنال‌های ECG حاصل از حسگرهای پوشیدنی: مقایسه‌ای بین رویکردهای یادگیری ماشین و یادگیری عمیق

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان

دانشکده مهندسی پزشکی.دانشگاه صنعتی سهند.تبریز.ایران

10.22034/tjee.2026.70183.5101

چکیده

تشخیص به‌موقع سکته قلبی حاد (AMI) برای کاهش مرگ‌ومیر و بهبود پیامدهای درمانی اهمیت اساسی دارد، اما محدودیت دستگاه‌های پوشیدنی متداول در ثبت چندلید ECG، به‌ویژه لیدهای قفسه سینه، شناسایی دقیق AMI را دشوار می‌سازد. این مطالعه با هدف ارزیابی عملکرد مچ‌بند پوشیدنی ECG (wECG) مجهز به سه الکترود، در مقایسه با سیگنال‌های ECG مرجع (دارای 12لید) انجام شد. چارچوب پیشنهادی، بیماران AMI را به‌طور متمایز از افراد سالم و مبتلایان به سایر بیماری‌های قلبی‌عروقی (CVD) طبقه‌بندی می‌کند. سیگنال‌های خام ECG و wECG ابتدا پیش‌پردازش شدند و سپس ویژگی‌های آماری مرتبه‌بالا، توصیف‌گرهای Hjorth و مولفه‌های دامنه و فاز حاصل از تبدیل فوریه سریع استخراج گردید. با استفاده از اطلاعات متقابل (MI) و آزمون F، ویژگی‌ها و لیدهای کلیدی انتخاب شدند. این ویژگی‌ها به الگوریتم‌های یادگیری ماشین (SVM، DT، KNN، XGBoost) و یادگیری عمیق (CNN، ResNet، DenseNet، LSTM) داده شد تا مدلی دقیق و توضیح‌پذیر برای تشخیص AMI توسعه یابد. نتایج نشان داد سیگنال‌های ECG مرجع در جداسازی افراد سالم از بیماران (AMI و CVD) با XGBoost و CNN به میانگین صحت ۱۰۰% رسید، در حالی که در تمایز AMI از CVD میانگین صحت به 4/99% (ResNet) تا 2/96% (SVM) کاهش یافت. در داده‌های wECG، جفت لید V5-LA بهترین عملکرد را داشت و با XGBoost به میانگین صحت 1/98% در طبقه‌بندی گروه CTRL در برابر CVD دست یافت، اما میانگین صحت تمایز AMI از CVD به 2/93% (CNN) کاهش یافت. این نتایج نشان می‌دهد wECG، به‌ویژه در ترکیب با جفت لید V5-LA و XGBoost، پتانسیل بالایی برای تشخیص اولیه AMI دارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Acute Myocardial Infarction Detection Using ECG Signals from Wearable Sensors: a Comparison Between Machine Learning And Deep Learning Approaches

نویسندگان [English]

  • Amir hossein Tajarrod
  • Tania Hossein Khani
  • Asghar Zarei
  • Mousa Shamsi
Faculty of Biomedical Engineering, Sahand University of Technology, Tabriz, Iran
چکیده [English]

Timely detection of acute myocardial infarction (AMI) is essential for reducing mortality rates and improving treatment outcomes. However, traditional wearable devices face limitations in capturing multi-lead ECG signals, especially from chest leads, which makes accurate AMI detection challenging. This study aimed to evaluate the performance of a wrist-based ECG (wECG) device equipped with three electrodes, comparing it to the reference ECG signals (12 leads). The proposed framework effectively distinguishes AMI patients from healthy individuals and those with other cardiovascular diseases (CVD). Initially, raw ECG and wECG signals were preprocessed to extract higher-order statistical features, Hjorth descriptors, and amplitude and phase components derived from the Fast Fourier Transform. Key features and leads were selected using mutual information (MI) and the F-test. These selected features were then used in various machine learning algorithms (SVM, DT, KNN, XGBoost) and deep learning models (CNN, ResNet, DenseNet, LSTM) to develop an accurate and interpretable model for AMI detection. The results indicated that the 12-lead ECG achieved an impressive average accuracy of 100% in distinguishing healthy subjects from patients (both AMI and CVD) when using XGBoost and CNN. However, the accuracy for differentiating AMI from CVD decreased to 99.4% (using ResNet) and 96.2% (using SVM). For wECG data, the V5-LA lead demonstrated the best performance, achieving an average accuracy of 98.1% in differentiating control subjects from CVD patients with XGBoost. Nevertheless, the accuracy for distinguishing AMI from CVD was limited to 93.2% (using CNN).These findings suggest that wECG has potential for the early detection of AMI.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Machine learning
  • Deep learning
  • Acute myocardial infarction
  • ECG
  • Wrist-Worn ECG