Виявлення епізодів апное та гіпопное сну за даними ЕКГ та ЕЕГ сигналів методами машинного навчання

Анотація

Стаття присвячена застосуванню методів машинного навчання для комп’ютеризованого виявлення епізодів апное сну на основі аналізу одноканальних сигналів електрокардіограми (ЕКГ) та електроенцефалограми (ЕЕГ). Для дослідження можливостей машинного навчання для виявлення апное на основі аналізу ЕКГ та ЕЕГ було використано відкриті бази даних Apnea-ECG та MIT-BIH polysomnographic database з ресурсу PhysioNet, які містять анотації до кожної хвилини записів, що вказують на наявність або відсутність апное/гіпопное сну в поточний момент часу. Метою даної роботи є визначення та порівняння інформативних ознак виявлення епізодів апное сну за показниками варіабельності серцевого ритму та електричної активності мозку, а також вибір методів машинного навчання, що забезпечують найвищу точність класифікації. Розглянуто показники кардіоритмограм у часовій та частотній областях, спектрально-часові та вейвлет-характеристики, а також параметри ЕЕГ сигналів на основі відношення енергії ЕЕГ ритмів, показника Херста, фрактальної розмірності Хігучі та ентропії вибірки для ЕЕГ сигналів. Використовуючи різні набори ознак, було визначено точність класифікації для моделей на основі дерев рішень, дискримінантного аналізу, методу опорних векторів, методу k-найближчих сусідів та ансамблевого навчання. На основі цього запропоновані набори ознак та класифікатори, що забезпечують найвищу точність розпізнавання епізодів апное сну за даними ЕКГ та ЕЕГ сигналів.