Classificação de arritmias cardíacas via rede neural convolucional com mecanismo de atenção local

dc.contributor.advisor1CASTRO, Adriana Rosa Garcez
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/5273686389382860
dc.contributor.advisor1ORCIDhttps://orcid.org/0000-0001-5884-4511
dc.contributor.memberOLIVEIRA, Roberto Célio Limão de
dc.contributor.memberOHASHI JÚNIOR, Orlando Shigueo
dc.contributor.member1Latteshttp://lattes.cnpq.br/4497607460894318
dc.contributor.member1Latteshttp://lattes.cnpq.br/8905793797626608
dc.contributor.member1ORCIDhttps://orcid.org/0000-0002-6640-3182
dc.creatorRAMOS, Daniel Dantas do Amaral
dc.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/9540859226489139
dc.date.accessioned2026-01-28T20:16:09Z
dc.date.available2026-01-28T20:16:09Z
dc.date.issued2025-09-22
dc.description.abstractCardiac arrhythmias represent alterations in the rhythm or frequency of heartbeats and are associated with significant health risks. The electrocardiogram (ECG) remains the primary non-invasive examination for their diagnosis; however, the manual analysis of long recordings is labor-intensive and prone to errors. Considering the challenges arising from manual ECG signal analysis, automatic arrhythmia classification systems based on artificial intelligence have been proposed in the literature as a promising alternative to support medical diagnosis. Within this context, this work presents the proposal of an automatic cardiac arrhythmia classifier based on Convolutional Neural Networks (CNN – AlexNet), with an integrated local attention mechanism in its architecture, developed under the inter-patient paradigm. The study focused on investigating and defining the most suitable technique, between Gramian Angular Field (GAF) and Hilbert Space-Filling Curve (HSFC), for converting ECG temporal signals into images to be used as input for the CNN, and on evaluating the impact of different internal configurations of the proposed local attention mechanism, specifically regarding the choice of activation function (Hyperbolic Tangent or Sigmoid) and kernel type (fixed or adaptive). For the experiments, the MIT-BIH Arrhythmia Database was used, and the performance of the trained models was evaluated according to standardized metrics, such as accuracy, precision, sensitivity, specificity, and F1-score. The experiments showed that the combination of GAF with the Hyperbolic Tangent activation function and adaptive kernel in the attention module achieved the best result, reaching an accuracy of 97.88% and an F1-score of 0.7678. The model outperformed the baseline CNN (AlexNet) architecture without the attention module and demonstrated competitive performance compared to solutions previously presented in the literature, even without the application of additional data balancing techniques.
dc.description.affiliationBRANVIER
dc.description.resumoAs arritmias cardíacas representam alterações no ritmo ou frequência dos batimentos do coração e estão associadas a riscos significativos à saúde. O eletrocardiograma (ECG) permanece como o principal exame não invasivo para seu diagnóstico, sendo que a análise manual de longos registros é trabalhosa e sujeita a erros. Considerando as dificuldades provenientes da análise manual do sinais de ECG, sistemas automáticos de classificação de arritmias baseados em inteligência artificial vêm sendo propostos na literatura como alternativa promissora para apoio ao diagnóstico médico. Dentro deste contexto, este trabalho apresenta a proposta de um classificador automático de arritmias cardíacas baseado em Redes Neurais Convolucionais (CNN - Alexnet), com mecanismo de atenção local integrado a sua arquitetura, desenvolvido considerando o paradigma interpaciente. O estudo se concentrou na investigação e definição da técnica mais adequada, entre Gramian Angular Field (GAF) e Hilbert Space-Filling (HSFC), para a conversão dos sinais temporais de ECG em imagens, para serem utilizadas como entrada para a CNN e, em avaliar o impacto de diferentes configurações internas do mecanismo de atenção local proposto, especificamente no que diz respeito à escolha da função de ativação (Tangente Hiperbólica ou Sigmóide) e do tipo de kernel (fixo ou adaptativo). Para os experimentos foi utilizada a base de dados MIT-BIH Arrhythmia Database, sendo que o desempenho dos modelos treinados foi avaliado segundo medidas de desempenho padronizadas, como acurácia, precisão, sensibilidade, especificidade e F1-score. Os experimentos mostraram que a combinação GAF com função de ativação Tangente Hiperbólica e kernel adaptativo no módulo de atenção apresentou o melhor resultado, alcançando acurácia de 97,88
dc.identifier.citationRAMOS, Daniel Dantas do Amaral. Classificação de arritmias cardíacas via rede neural convolucional com mecanismo de atenção local. Orientadora: Adriana Rosa Garcez Castro. 2025. 84 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) - Instituto de Tecnologia, Universidade Federal do Pará, Belém, 2025. Disponível em: https://repositorio.ufpa.br/handle/2011/17896. Acesso em:.
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufpa.br/handle/2011/17896
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.source1 CD-ROMpt_BR
dc.source.uriDisponível na internet via correio eletrônico: bibliotecaitec@ufpa.br
dc.subjectEletrocardiograma (ECG)
dc.subjectRedes Neurais Convolucionai
dc.subjectMecanismo de atenção
dc.subjectTransformação de sinais em imagens
dc.subjectElectrocardiogram (ECG)
dc.subjectConvolutional Neural Networks (CNNs)
dc.subjectAttention Mechanism
dc.subjectSignal-to-Image Transformation
dc.subject.areadeconcentracaoCOMPUTAÇÃO APLICADA
dc.subject.cnpqCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA
dc.subject.linhadepesquisaINTELIGÊNCIA COMPUTACIONAL
dc.titleClassificação de arritmias cardíacas via rede neural convolucional com mecanismo de atenção local
dc.typeDissertaçãopt_BR

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