Classificação automática de arritmias cardíacas através de redes neurais convolucionais multimodais com mecanismo de atenção

dc.contributor.advisor1CASTRO, Adriana Rosa Garcez
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/5273686389382860
dc.contributor.advisor1ORCIDhttps://orcid.org/0000-0001-5884-4511
dc.contributor.memberARAÚJO, Jasmine Priscyla Leite de
dc.contributor.memberOLIVEIRA, Roberto Célio Limão de
dc.contributor.memberPONTE, Márcio José Moutinho da
dc.contributor.memberOHASHI JÚNIOR, Orlando Shigueo
dc.contributor.member1Latteshttp://lattes.cnpq.br/4001747699670004
dc.contributor.member1Latteshttp://lattes.cnpq.br/4497607460894318
dc.contributor.member1Latteshttp://lattes.cnpq.br/4760076685971693
dc.contributor.member1Latteshttp://lattes.cnpq.br/8905793797626608
dc.contributor.member1ORCIDhttps://orcid.org/0000-0003-3514-0401
dc.contributor.member1ORCIDhttps://orcid.org/0000-0002-6640-3182
dc.contributor.member1ORCIDhttps://orcid.org/0000-0002-0724-3721
dc.contributor.member1ORCIDxxx
dc.creatorDI PAOLO, Ítalo Flexa
dc.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/7195767161641034
dc.creator.ORCIDhttps://orcid.org/0000-0001-6968-6571
dc.date.accessioned2026-02-10T14:39:39Z
dc.date.available2026-02-10T14:39:39Z
dc.date.issued2025-02-19
dc.description.abstractThe electrocardiogram (ECG) is a non-invasive technology capable of recording heartbeats and is the most widely used technique for diagnosing heart diseases. Among the conditions that can be diagnosed, cardiac arrhythmia is one of the most common heart disorders, characterized by irregular heartbeats. However, interpreting long ECG signal recordings is a tiring and challenging task when performed visually, which can be time- consuming for medical specialists. Advances in technology and artificial intelligence have enabled progress in the study and development of automatic systems to support medical diagnosis. In this context, this thesis aims to propose a framework for the classification of cardiac arrhythmias based on a multimodal Convolutional Neural Network (CNN) with an attention mechanism. The framework takes as input ECG signal segments transformed into images using the Hilbert Space Filling Curve (HSFC) and Recurrence Plot (RP) techniques. It was developed and evaluated using the public MIT- BIH and PTB databases, following the AAMI (ANSI/AAMI EC57) guidelines and considering both inter-patient and intra-patient paradigms. Due to the high class imbalance in the databases, complementary data augmentation techniques were evaluated during the experimental phase, with two techniques standing out: SMOTE and WGAN-GP. The results achieved, considering variations in the input structure related to the number of ECG leads (MLII lead and V+MLII leads), can be considered competitive with state-of-the-art works. Particularly noteworthy are the results of the structure for two ECG leads, which achieved, for the MIT-BIH database in the intra-patient paradigm, 99.72%, 98.19%, 97.26%, 99.34%, and 97.72% for overall accuracy, precision, sensitivity, specificity, and F1-Score, respectively. In the inter-patient paradigm, the results obtained were 98.48%, 94.15%, 80.23%, 96.34%, and 81.91%, respectively.
dc.description.affiliationUEPA - Universidade do Estado do Pará
dc.description.resumoO eletrocardiograma (ECG) é uma tecnologia não invasiva capaz de registrar os batimentos cardíacos, sendo a técnica mais utilizada para o diagnóstico de doenças do coração. Dentre as doenças que podem ser diagnosticadas, a arritmia cardíaca é uma das cardiopatias mais comuns, sendo caracterizada pela ocorrência de batimentos cardíacos irregulares. Entretanto, a interpretação de longos registros de sinais de ECG é uma tarefa cansativa e desafiadora, quando feita de forma visual, que pode demandar tempo por parte dos médicos especialistas. A evolução da tecnologia e da inteligência artificial tem permitido avanços para o estudo e desenvolvimento de sistemas automáticos para auxílio ao diagnóstico médico. Dentro desse contexto, esta tese visa apresentar a proposta de uma estrutura para classificação de arritmias cardíacas baseada em uma Rede Neural Convolucional (CNN) multimodal com mecanismo de atenção. A estrutura recebe como entrada segmentos de sinal ECG transformados em imagens a partir das técnicas Hilbert Space Filling Curve (HSFC) e Recurrence Plot (RP) e foi desenvolvida e avaliada a partir do banco de dados público MIT-BIH e PTB, seguindo as diretrizes da AAMI (ANSI/AAMI EC57) e considerando os paradigmas interpaciente e intrapaciente. Devido ao alto desbalanceamento de classes nos bancos de dados, técnicas complementares de aumento de dados foram avaliadas durante a fase de experimentos, destacando-se duas: SMOTE e WGAN-GP. Os resultados alcançados, considerando variações na entrada daestrutura relacionadas ao número de derivações do ECG (derivação MLII e V + MLII), podem ser considerados competitivos com trabalhos apresentados no estado da arte, com destaque para os resultados da estrutura para duas derivações do ECG, tendo obtido, para a base MIT-BIH, no paradigma intrapaciente, 99,72%, 98,19%, 97,26%, 99,34% e 97,72% de acurácia global, precisão, sensibilidade, especificidade e F1-Score, respectivamente. No paradigma interpaciente, os resultados atingidos foram de 98,48%, 94,15%, 80,23%, 96,34% e 81,91%, respectivamente.
dc.description.sponsorshipUEPA - Universidade do Estado do Pará
dc.identifier.citationDI PAOLO, Ítalo Flexa. Classificação automática de arritmias cardíacas através de redes neurais convolucionais multimodais com mecanismo de atenção. Orientadora: Adriana Rosa Garcez Castro. 2025. 154 f. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica) - Instituto de Tecnologia, , Universidade Federal do Pará, Belém, 2025. Disponível em:https://repositorio.ufpa.br/handle/2011/17989 . Acesso em:.
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufpa.br/handle/2011/17989
dc.languageporpt_BR
dc.language.isopt
dc.publisherUniversidade Federal do Parápt_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.publisher.departmentInstituto de Tecnologiapt_BR
dc.publisher.initialsUFPApt_BR
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Elétricapt_BR
dc.rightsAcesso Abertopt_BR
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Internationalen
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.source1 CD-ROMpt_BR
dc.source.uriDisponível na internet via correio eletrônico: bibliotecaitec@ufpa.br
dc.subjectClassificação de arritmias
dc.subjectEletrocardiograma
dc.subjectRedes Neurais Convolucionais
dc.subjectSinais temporais como imagens
dc.subjectMecanismo de atenção
dc.subjectClassification of arrhythmias
dc.subjectElectrocardiogram
dc.subjectConvolutional neural networks
dc.subjectTime series as images
dc.subjectSynthetic images
dc.subjectAttention mechanism
dc.subject.areadeconcentracaoCOMNPUTAÇÃO APLICADA
dc.subject.cnpqCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA
dc.subject.linhadepesquisaINTELIGÊNCIA COMPUTACIONAL
dc.titleClassificação automática de arritmias cardíacas através de redes neurais convolucionais multimodais com mecanismo de atenção
dc.typeTesept_BR

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