Temporal Feature-Based Classification Into Myocardial Infarction and Other CVDs Merging CNN and Bi-LSTM From ECG Signal

人工智能 计算机科学 卷积神经网络 模式识别(心理学) 深度学习 心肌梗塞 特征提取 特征(语言学) 冗余(工程) 二元分类 支持向量机 内科学 医学 语言学 哲学 操作系统
作者
Monisha Dey,Nuzaer Omar,Muhammad Ahsan Ullah
出处
期刊:IEEE Sensors Journal [IEEE Sensors Council]
卷期号:21 (19): 21688-21695 被引量:35
标识
DOI:10.1109/jsen.2021.3079241
摘要

Heart attack else wise termed as myocardial infarction (MI) causes irreparable death of cardiac muscles yielding the focal reason for most casualties among all cardiovascular diseases (CVDs'). A 12-lead electrocardiogram (ECG) generally depicts cardiac abnormalities and so customary deep learning (DL) approaches use the whole signal for binary detection purposes, that is separating healthy control (HC), and MI classes. This paper proposes an alternative approach where 21 temporal features in lieu of the temporal signal are collected from the 12 lead data to reduce redundancy and class imbalance keeping the vital information intact. Then these extracted features are fed into a detection model consisting of a one dimensional (1-D) convolutional neural network (CNN) and a bidirectional long short-term memory (bi-LSTM) layer which classifies into three classes, namely: HC, MI, and non-myocardial infarction (non-MI) subjects for a realistic and reliable assessment. The model's performance is evaluated using 517 records acquired from the Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) database and a state-of-art overall accuracy of 99.246%, kappa of 0.983, and macro averaged F1 score of 98.86% were achieved using stratified 5-fold cross-validation. DL methods suffer to make unbiased decisions in the case of class imbalance due to an insufficient amount of data for a particular class and thus temporal features are employed to inherently reduce this problem. The successful performance of the extracted features depends on the precise detection of fiducial points, and so multiple novel algorithms have been introduced in this paper.
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