Αλγοριθμικές τεχνικές για την παρακολούθηση καρδιογραφήματος σε συνθήκες καταγραφής εργαστηρίου φυσιολογίας ζώων:
Creators: name: Μανωλοπούλου, Σταυρούλα Ευάγγελου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2009
Subjects: Ηλεκτροκαρδιογράφημα
Τροχιές δυναμικής
Εντοπισμός καρδιακών παλμών
ECG
Dynamic trajectories
Qrs detection

description: Η καρδιά είναι μία διπλή αντλία, στην οποία πρώτα συστέλλονται οι κόλποι και μετά οι κοιλίες, «πυροδοτώντας» έτσι την κυκλοφορία του αίματος στο υπόλοιπο σώμα. Στην συγκεκριμένη διατριβή μελετάται η ηλεκτρική δραστηριότητα της καρδιάς, όπως αυτή καταγράφεται σε πειράματα που έγιναν για τη λήψη ηλεκτροκαρδιογραφήματος σε αναισθητοποιημένους αρουραίους σε συνθήκες εργαστηρίου φυσιολογίας ζώων. Κατά τη διάρκεια της καταγραφής χορηγήθηκε φαρμακευτική ουσία στα πειραματόζωα. Στόχος είναι να παρακολουθηθεί η μορφολογία του ηλεκτροκαρδιογραφήματος πριν και μετά τη χορήγηση φαρμάκου, δηλαδή πως αποτυπώνεται η επίδραση του φαρμάκου στην ηλεκτρική δραστηριότητα της καρδιάς σε σχέση με την φυσιολογική ηλεκτρική δραστηριότητα.Η παρακολούθηση γίνεται με δύο προσεγγίσεις. Αρχικά σε επίπεδο κυματομορφής και στη συνέχεια σε επίπεδο δυναμικής της χρονοσειράς. Στην πρώτη περίπτωση εστιάζεται η προσοχή σε τμήματα μεμονωμένων καρδιακών παλμών τα οποία αναπαρίστανται σε χώρο ελαττωμένης διάστασης χρησιμοποιώντας «Ανάλυση Κύριων Συνιστωσών» (PCA) και τη δομή «Ελάχιστου Ζευγνύοντος Δένδρου» (MST) ως ταξινομητή μιας κλάσης. Αντίθετα, στη δεύτερη περίπτωση η παρακολούθηση βασίζεται σε ευρύτερα τμήματα της χρονοσειράς, τα οποία αναπαρίστανται σαν τροχιές, ανάμεσα στις οποίες υπολογίζεται η «Αμοιβαία Απόσταση Κοντινότερων Σημείων» (“Mutual Nearest Point Distance”). Με βάση τα αποτελέσματα της πρώτης και της δεύτερης προσέγγισης διαπιστώθηκε ότι η ηλεκτρική δραστηριότητα της καρδιάς διαφέρει σημαντικά μετά τη χορήγηση του φαρμάκου, σε σχέση με τη φυσιολογική ηλεκτρική δραστηριότητα και μάλιστα παρουσιάζει σταδιακές αλλαγές με την πάροδο του χρόνου, τόσο εξαιτίας της επίδρασης του φαρμάκου, όσο και λόγω της αναισθησίας.
description: Heart is a dual-compartment pump, in which atria first contract and then ventricles follow so as to “trigger” the circulation of blood to the rest of the body.In this particular thesis, we study heart’s electrical activity, as this is recorded in experiments performed for electrocardiogram acquisition from anesthetized rats, under real conditions of an animal physiology laboratory. During the recording, rats were administered with a particular drug.The goal of our study was to develop and apply algorithmic techniques in order to track the changes in the morphology of electrocardiogram, before and after the drug administration. This would be helpful in quantifying the influence of drug and could potentially lead to real-time automated dosage adjustment. The employed techniques fall in two different approaches. The first group of algorithms works at the level of waveform-analysis, while the second one follows a dynamical systems approach. In the first case the analysis is focused on single heartbeat segments, which are represented in a reduced (in terms of dimensions) space using “Principal Component Analysis” (PCA) and the “Minimal Spanning Tree” (MST) structure as a one-class classifier.On the other hand, in the second case, the analysis deals with signal-segments encompassing more than 5 heartbeats. Here, a representation based on dynamical trajectories is adopted and a recent method that calculates the “Mutual Nearest Point Distance” (MNPD) between trajectories is employed.The different algorithms are applied on real experimental data and their characteristics (in terms of computational efficiency, robustness to noise and interpretability of results) are compared. In all the utilized algorithms the emphasis was given on the presentation of the outcomes in a way that would facilitate the understanding of experiment’s time course by the biologists.