Detecting False Arrhythmias Alarms in the ICU Using a Deep Learning Approach

En el entorno de la Unidad de Cuidados Intensivos (UCI), las falsas alarmas de arritmia se convierten en una perturbación constante que genera estrés tanto para el personal médico como para los pacientes. La elevada tasa de estos informes, unida a la incapacidad de los sistemas de monitorización par...

Full description

Autores:
Moreno Jaimes, German Dario
Ardila Garnica, Karol Milena
Tipo de recurso:
Trabajo de grado de pregrado
Fecha de publicación:
2024
Institución:
Universidad Industrial de Santander
Repositorio:
Repositorio UIS
Idioma:
eng
OAI Identifier:
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Acceso en línea:
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Palabra clave:
Unidades de Cuidados Intensivos
Arritmias cardiacas
Falsas alarmas
Aprendizaje Profundo
Intensive Care Units
Cardiac Arrhythmia
False Alarm
Deep Learning
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Atribución-SinDerivadas 2.5 Colombia (CC BY-ND 2.5 CO)
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description En el entorno de la Unidad de Cuidados Intensivos (UCI), las falsas alarmas de arritmia se convierten en una perturbación constante que genera estrés tanto para el personal médico como para los pacientes. La elevada tasa de estos informes, unida a la incapacidad de los sistemas de monitorización para discernir con precisión entre señales cardiacas normales y arritmias, compromete la calidad de la atención y pone en riesgo la salud de los pacientes. El objetivo de esta investigación fue identificar falsas alarmas utilizando redes neuronales convolucionales (CNN) entrenadas con datos de la base de datos PhysioNet Computing in Cardiology Challenge 2015. Además, exploramos la eficacia de las técnicas de aumento de datos en el entrenamiento del modelo; las métricas de evaluación del rendimiento utilizadas incluyeron la tasa de verdaderos positivos (TPR), la tasa de verdaderos negativos (TNR), la puntuación F1, el área bajo la curva (ROC) y la puntuación final del PhysioNet Computing in Cardiology Challenge 2015. Nuestros resultados sugieren que el modelo propuesto genera una reducción de la tasa de falsos negativos (FN) al 5,9 % y revelan que las técnicas de aumento de datos no tuvieron un impacto significativo en la identificación de falsas alarmas.
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La elevada tasa de estos informes, unida a la incapacidad de los sistemas de monitorización para discernir con precisión entre señales cardiacas normales y arritmias, compromete la calidad de la atención y pone en riesgo la salud de los pacientes. El objetivo de esta investigación fue identificar falsas alarmas utilizando redes neuronales convolucionales (CNN) entrenadas con datos de la base de datos PhysioNet Computing in Cardiology Challenge 2015. Además, exploramos la eficacia de las técnicas de aumento de datos en el entrenamiento del modelo; las métricas de evaluación del rendimiento utilizadas incluyeron la tasa de verdaderos positivos (TPR), la tasa de verdaderos negativos (TNR), la puntuación F1, el área bajo la curva (ROC) y la puntuación final del PhysioNet Computing in Cardiology Challenge 2015. Nuestros resultados sugieren que el modelo propuesto genera una reducción de la tasa de falsos negativos (FN) al 5,9 % y revelan que las técnicas de aumento de datos no tuvieron un impacto significativo en la identificación de falsas alarmas.PregradoIngeniero ElectrónicoIn the Intensive Care Unit (ICU) setting, false arrhythmia alarms become a constant disturbance that generates stress for both medical staff and patients. The high rate of these reports, coupled with the inability of monitoring systems to accurately discern between normal cardiac signals and arrhythmias, compromises the quality of care and puts patients' health at risk. The aim of this research was to identify false alarms using convolutional neural networks (CNNs) trained with data from the PhysioNet Computing in Cardiology Challenge 2015 database. In addition, we explored the effectiveness of data augmentation techniques in training of the model; the performance evaluation metrics used included true positive rate (TPR), true negative rate (TNR), F1 score, area under the curve (ROC), and final score of the PhysioNet Computing in Cardiology Challenge 2015. Our results suggest that the proposed model generates reduction of the false negative rate (FN) to 5.9 % and reveal that data augmentation techniques did not have a significant impact on false alarm identification.application/pdfengUniversidad Industrial de SantanderFacultad de Ingeníerias FisicomecánicasIngeniería ElectrónicaEscuela de Ingenierías Eléctrica, Electrónica y TelecomunicacionesUnidades de Cuidados IntensivosArritmias cardiacasFalsas alarmasAprendizaje ProfundoIntensive Care UnitsCardiac ArrhythmiaFalse AlarmDeep LearningDetecting False Arrhythmias Alarms in the ICU Using a Deep Learning ApproachDetecting False Arrhythmias Alarms in the ICU Using a Deep Learning ApproachTesis/Trabajo de grado - Monografía - Pregradohttp://purl.org/coar/version/c_b1a7d7d4d402bccehttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1fORIGINALNota de proyecto.pdfNota de proyecto.pdfapplication/pdf46803https://noesis.uis.edu.co/bitstreams/4f708300-a58a-44e1-9035-d0413e0e8815/download81406bc209a307e147b6b83cf3752617MD55Documento.pdfDocumento.pdfapplication/pdf2249360https://noesis.uis.edu.co/bitstreams/9055462a-0bf6-40cc-9eb5-2a8a4a97a0e7/download896ae073c50521ab440aa3e89d550f28MD56Carta de autorización.pdfCarta de autorización.pdfapplication/pdf120202https://noesis.uis.edu.co/bitstreams/ecb5a81c-7dc4-4988-8af3-140019d2f1b5/download4802f100a639bb51233a1c1964bcbcf8MD57LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-82237https://noesis.uis.edu.co/bitstreams/fd72a954-ff24-4c58-aa10-d17d329f1341/downloadd6298274a8378d319ac744759540b71bMD5420.500.14071/42555oai:noesis.uis.edu.co:20.500.14071/425552024-05-22 11:18:37.077http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/info:eu-repo/semantics/openAccessembargohttps://noesis.uis.edu.coDSpace at UISnoesis@uis.edu.coRWwgc3VzY3JpdG8gQVVUT1Ig4oCTIEVTVFVESUFOVEUsIGlkZW50aWZpY2FkbyBjb21vIGFwYXJlY2UgYWwgcGllIGRlIG1pIGZpcm1hLCBhY3R1YW5kbyBlbiBub21icmUgcHJvcGlvLCB5IGVuIG1pIGNhbGlkYWQgZGUgYXV0b3IgZGVsIHRyYWJham8gZGUgZ3JhZG8sIGRlbCB0cmFiYWpvIGRlIGludmVzdGlnYWNpw7NuLCBvIGRlIGxhIHRlc2lzIGRlbm9taW5hZGEgY29tbyBzZSBlc3BlY2lmaWNhIGVuIGVsIGNhbXBvIOKAmFTDrXR1bG/igJksIHBvciBtZWRpbyBkZWwgcHJlc2VudGUgZG9jdW1lbnRvIGF1dG9yaXpvIGEgbGEgVU5JVkVSU0lEQUQgSU5EVVNUUklBTCBERSBTQU5UQU5ERVIsIHBhcmEgcXVlIGVuIGxvcyB0w6lybWlub3MgZXN0YWJsZWNpZG9zIGVuIGxhIExleSAyMyBkZSAxOTgyLCBsYSBMZXkgNDQgZGUgMTk5MywgZWwgRGVjcmV0byA0NjAgZGUgMTk5NSwgbGEgRGVjaXNpw7NuIEFuZGluYSAzNTEgZGUgMTk5MywgeSBkZW3DoXMgbm9ybWFzIGdlbmVyYWxlcyBzb2JyZSBkZXJlY2hvcyBkZSBhdXRvciwgcmVhbGljZSBsYSByZXByb2R1Y2Npw7NuLCBjb211bmljYWNpw7NuIHDDumJsaWNhLCBlZGljacOzbiwgZGlzdHJpYnVjacOzbiBiYWpvIGxhIG1vZGFsaWRhZCBkZSBhbHF1aWxlciwgcHLDqXN0YW1vIHDDumJsaWNvIG8gaW1wb3J0YWNpw7NuIGVuIGZvcm1hdG8gaW1wcmVzbyB5IGRpZ2l0YWwsIGxhIHRyYW5zZm9ybWFjacOzbiwgbGEgcHVibGljYWNpw7NuIGNvbW8gb2JyYSBsaXRlcmFyaWEsIGxpYnJvIGVsZWN0csOzbmljbyAoZS1Cb29rKSBvIHJldmlzdGEgZWxlY3Ryw7NuaWNhLCBpbmNsdXllbmRvIGxhIHBvc2liaWxpZGFkIGRlIGRpc3RyaWJ1aXJsYSBwb3IgbWVkaW9zIHRyYWRpY2lvbmFsZXMgbyBwb3IgSW50ZXJuZXQgYSBjdWFscXVpZXIgdMOtdHVsbyAgcG9yIGxhIFVuaXZlcnNpZGFkIHkgY29uIHF1aWVuIHRlbmdhIGNvbnZlbmlvIHBhcmEgZWxsbywgaW5jbHV5ZW5kbyBsYSBwb3NpYmlsaWRhZCBkZSBoYWNlciBhZGFwdGFjaW9uZXMsIGFjdHVhbGl6YWNpb25lcyB5IHRyYWR1Y2Npb25lcyBlbiB0b2RvcyBsb3MgaWRpb21hczsgbGEgaW5jb3Jwb3JhY2nDs24gYSB1bmEgY29sZWNjacOzbiBvIGNvbXBpbGFjacOzbiwgbGEgdHJhZHVjY2nDs24sIGZpamFjacOzbiBlbiBmb25vZ3JhbWEsIHB1ZXN0YSBhIGRpc3Bvc2ljacOzbiBlbiBmb3JtYXRvIGFuw6Fsb2dvLCBkaWdpdGFsLCBhdWRpb3Zpc3VhbCwgbWFnbsOpdGljbywgeSwgZW4gZ2VuZXJhbCwgbG9zIGZvcm1hdG9zIGVuICBxdWUgc2UgcHVlZGEgcmVwcm9kdWNpciB5IGNvbXVuaWNhciAgZGUgbWFuZXJhIHRvdGFsIHkgcGFyY2lhbCBtaSB0cmFiYWpvIGRlIGdyYWRvIG8gdGVzaXMuIAoKTGEgcHJlc2VudGUgYXV0b3JpemFjacOzbiBzZSBoYWNlIGV4dGVuc2l2YSBhIGxhcyBmYWN1bHRhZGVzIHkgZGVyZWNob3MgZGUgdXNvIHNvYnJlIGxhIG9icmEgZW4gZm9ybWF0byBvIHNvcG9ydGUgYW7DoWxvZ28sIGZvcm1hdG8gdmlydHVhbCwgZWxlY3Ryw7NuaWNvLCBkaWdpdGFsLCDDs3B0aWNvLCB1c28gZW4gcmVkLCBJbnRlcm5ldCwgZXh0cmFuZXQsIGludHJhbmV0LCBlbnRyZSBvdHJvcyBmb3JtYXRvcyB5IG1lZGlvcy4KCkVsIEFVVE9SIOKAkyBFU1RVRElBTlRFLCBtYW5pZmllc3RhIHF1ZSBsYSBvYnJhIG9iamV0byBkZSBsYSBwcmVzZW50ZSBhdXRvcml6YWNpw7NuIGVzIG9yaWdpbmFsIHkgbGEgcmVhbGl6w7Mgc2luIHZpb2xhciBvIHVzdXJwYXIgZGVyZWNob3MgZGUgYXV0b3IgZGUgdGVyY2Vyb3MsIHBvciBsbyB0YW50bywgbGEgb2JyYSBlcyBkZSBzdSBleGNsdXNpdmEgYXV0b3LDrWEgeSBkZXRlbnRhIGxhIHRpdHVsYXJpZGFkIHNvYnJlIGxhIG1pc21hLiAgCgpQYXJhIHRvZG9zIGxvcyBlZmVjdG9zIGxhIFVOSVZFUlNJREFEIElORFVTVFJJQUwgREUgU0FOVEFOREVSIGFjdMO6YSBjb21vIHVuIHRlcmNlcm8gZGUgYnVlbmEgZmU7IGVuIGNvbnNlY3VlbmNpYSwgZW4gY2FzbyBkZSBwcmVzZW50YXJzZSBjdWFscXVpZXIgcmVjbGFtYWNpw7NuIG8gYWNjacOzbiBwb3IgcGFydGUgZGUgdW4gdGVyY2VybyBlbiBjdWFudG8gYSBsb3MgZGVyZWNob3MgZGUgYXV0b3Igc29icmUgbGEgb2JyYSBlbiBjdWVzdGnDs24sIEVsIEFVVE9SIOKAkyBFU1RVRElBTlRFLCBhc3VtaXLDoSB0b2RhIGxhIHJlc3BvbnNhYmlsaWRhZCwgeSBzYWxkcsOhIGVuIGRlZmVuc2EgZGUgbG9zIGRlcmVjaG9zIGFxdcOtIGF1dG9yaXphZG9zLgo=