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Tipo: TCC
Título : Detecção de inversão de eletrodos no ECG de 12 derivações usando Deep Learning: uma comparação de desempenho com arquiteturas CNN e RNN
Autor : Alves, Isac Andrade
Tutor: Moraes, Jermana Lopes de
Palabras clave en portugués brasileño: Eletrocardiograma;Inversão de eletrodos;Deep Learning;Eficiência computacional;Detecção automática
Palabras clave en inglés: Electrocardiogram;Electrode misplacement;Deep Learning;Computational efficiency;Automatic detection
Áreas de Conocimiento - CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS
Fecha de publicación : 2025
Citación : ALVES, Isac Andrade. Detecção de inversão de eletrodos no ECG de 12 derivações usando Deep Learning: uma comparação de desempenho com arquiteturas CNN e RNN. 2025. 58 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia de Computação) – Campus de Sobral, Universidade Federal do Ceará, Sobral, 2025.
Resumen en portugués brasileño: O serviço de telecardiologia da Telehealth Network of Minas Gerais (TNMG) começa com a realização do eletrocardiograma (ECG) de 12 derivações em uma unidade remota, que é enviado para Belo Horizonte, onde um médico especialista realiza o laudo. A TNMG emite mais de 4.000 ECGs por dia, mas um dos principais problemas é a inversão dos eletrodos, que compromete a qualidade do exame e pode levar a erros de diagnóstico. Apesar de existirem algoritmos na literatura capazes de identificar esse tipo de falha, muitos não contemplam múltiplas formas de inversão, não empregam técnicas modernas de deep learning (DL) ou não foram validados em bases de dados representativas da realidade clínica, além de apresentarem limitações quanto à eficiência computacional. Diante disso, este estudo tem como objetivo investigar e comparar o desempenho de diferentes arquiteturas de deep learning na identificação automática das cinco inversões de eletrodos mais comuns na prática clínica durante a aquisição do ECG, utilizando uma base de dados proveniente de um sistema real de telecardiologia, a TNMG. Para isso, foram desenvolvidos quatro modelos de redes neurais: CNN, CNN+RNN, CNN+BiLSTM e CNN+BiGRU. Todos os modelos foram treinados com uma base composta por 22.886 exames, dividida entre ECGTrainingSet (70%) e ECGTestSet (30%), destinada ao treinamento e teste, respectivamente. Os exames foram pré-processados para melhorar a qualidade do sinal, e as inversões foram aplicadas por meio de manipulação computacional. Os modelos foram avaliados quanto à capacidade de identificar corretamente as classes de ECG por meio das métricas Se (sensibilidade), Sp (especificidade), PPV (valor preditivo positivo) e F2, além de métricas computacionais como número de parâmetros, uso de memória e GFLOPS. Os modelos CNN+RNN e CNN+BiGRU demonstraram o melhor equilíbrio entre desempenho e eficiência, alcançando Se ≥ 94% e F2 ≥ 96% em múltiplas classes. Os resultados deste estudo têm o potencial de reduzir a necessidade de repetição de exames causada por falhas de aquisição, além de contribuir para a confiabilidade do sistema de telecardiologia ao oferecer uma ferramenta inteligente para detecção automática de inversões de eletrodos, otimizando a operação da TNMG e aumentando a segurança ao paciente.
Abstract: The telecardiology service of the Telehealth Network of Minas Gerais (TNMG) begins with the acquisition of a 12-lead electrocardiogram (ECG) in a remote unit, which is then sent to Belo Horizonte, where a specialist physician performs the interpretation. TNMG issues more than 4,000 ECG reports per day; however, one of the main challenges is electrode misplacement, which compromises the quality of the exam and may lead to diagnostic errors. Although there are algorithms in the literature capable of detecting this type of error, many do not account for multiple forms of electrode reversal, do not employ modern deep learning techniques, or have not been validated on datasets representative of real-world clinical settings. Additionally, they often present limitations in terms of computational efficiency. Given this context, this study aims to investigate and compare the performance of different deep learning architectures in the automatic detection of the five most common electrode misplacements observed in clinical practice during ECG acquisition, using a dataset derived from a real telecardiology system, TNMG. To achieve this, four neural network models were developed: CNN, CNN+RNN, CNN+BiLSTM, and CNN+BiGRU. All models were trained using a dataset composed of 22,886 ECG exams, divided into ECGTrainingSet (70%) for training and ECGTestSet (30%) for testing. The exams were preprocessed to improve signal quality, and the electrode reversals were applied through computational manipulation. The models were evaluated based on their ability to correctly classify ECG types using the metrics Sensitivity (Se), Specificity (Sp), Positive Predictive Value (PPV), and F2-score, as well as computational metrics such as the number of parameters, memory usage, and GFLOPS. The CNN+RNN and CNN+BiGRU models demonstrated the best balance between performance and efficiency, achieving Se ≥ 94% and F2 ≥ 96% across multiple classes. The results of this study have the potential to reduce the need for repeat exams caused by acquisition errors, while also contributing to the reliability of telecardiology systems by offering an intelligent tool for the automatic detection of electrode misplacements, optimizing TNMG’s operations and increasing patient safety.
URI : http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/82525
Lattes del autor: http://lattes.cnpq.br/6512961925043416
ORCID del tutor: https://orcid.org/0000-0002-8510-0013
Lattes del tutor: http://lattes.cnpq.br/5896118063797400
Derechos de acceso: Acesso Aberto
Aparece en las colecciones: ENGENHARIA DE COMPUTAÇÃO-SOBRAL - Monografias

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