Registro en el INDIXE de Tesis Digitales de REMERI
ID
oai:tesis.ipn.mx:123456789/13977
TIPO
Tesis de Licenciatura
TÍTULO
Comparación de técnicas y propuesta de algoritmos de compresión para ECG
AUTOR
Madariaga Estrada, Humberto Giovanni.
ASESORES
Fernández Zavala, Raúl. Garrido Garduño, Martín Horacio. Santiago Godoy, Rafael.
INSTITUCIÓN
Instituto Politécnico Nacional (IPN)
FECHA
2015-06-04
PAIS
México
TEMAS
UPIITA.
DESCRIPCIÓN
Con este trabajo se logró desarrollar un algoritmo de compresión que permite recuperar la información del ECG con un factor de pérdida mínimo, sin comprometer la resolución indispensable para el diagnóstico y post 'proceso de la señal.
Se implementaron diversas técnicas de compresión para señales de ECG digitalizadas; haciendo uso de técnicas sin pérdidas, para modelos estáticos, dinámicos y adaptables, así como transformaciones y codificaciones. Se compararon y seleccionaron para lograrse finalmente una comprensión con una distorsión mínima para su descompresión posterior.
Un dispositivo de monitoreo de ECG genera un volumen masivo de información y, dependiendo de la aplicación la frecuencia de muestreo se encuentra entre 125 y 500 Hz siendo cada muestra digitalizada entre 8 y 12 bits. Un estudio ECG puede entregar hasta 12 canales con información distinta.
Para el caso de un solo canal a 8 bits y 125 Hz, se producen alrededor de 7.5 KB por minuto y cerca de 450 KB por hora. En el caso extremo 12 canales a 500 Hz y 12 bits generaran al menos 540 KB por minuto y 32.4 MB por hora. En estudios completos de detección de arritmias se acostumbra manejar grabaciones de 24 hrs. entregando entre 10.8 MB y 777.6 MB; los cuales deben ser almacenados en un equipo portátil. En este tipo de situaciones es necesario ocupar una técnica de reducción del tamaño de información ya que el volumen de ella es muy grande.
Se propone una técnica que conjunta características de varios modelos de compresión, así como la modificación de los mismos. Se obtiene finalmente un desempeño comparable con los algoritmos preexistentes y una fácil implementación.
Se han hecho varios intentos para la compresión de ECG, que concluyen en algoritmos específicos, que aprovechan la continuidad de la señal para aproximarla a líneas rectas o curvas simples (FAN, SAPA, AZTEC). Estos modelos logran índices buenos de reducción a costa de una gran pérdida de información que limita el uso de los mismos, siendo aplicables exclusivamente a estudios donde la resolución no es crítica.
Otros esquemas, reducen el ancho de banda o el número de muestras ocupadas (TP). Algoritmos conjuntos ocupan una reducción en la cantidad de datos y aproximación a segmentos de líneas con mejores resultados (CORTES). Las codificaciones, básicas reducen el número de bits ocupados para representar las señales (DPCM).Los modelos de predicción resultan poco eficaces (LPDPCM). La aplicación de codificación de entropía (EC) no mejora significativamente, mientras que algunas mezclas resultan más efectivas (ECLPDPCM). El uso de aproximación por curvas consigue mejores resultados en la calidad de la señal reconstruida (Spline). Las transformaciones ortogonales logran perdidas menores y un valor bueno de compresión (Fourier, Descriptores, DCT, HT, KLT). La aplicación sucesiva de estas transformaciones (KLT^2) produce factores de compresión altos y pérdidas inferiores.
Se han publicado estudios comparativos de los algoritmos típicos, ocupados en ECG, así como propuestas de nuevos modelos y transformaciones que sean útiles (LOT, CCSP, IlR), también se han reportado avances sobre técnicas nuevas o transformaciones, sin ofrecer parámetros de comparación con los ya existentes basados en información estándar.
Estas publicaciones consideran algoritmos con pérdidas y en una sola etapa. Casi no se han tratado de adaptar los métodos de compresión sin pérdidas existentes, que aprovechan el nivel alto de entropía de la información. Un ejemplo de una de estas técnicas adaptadas: el ALZ77, es de los primeros trabajos realizados.
Este trabajo presenta la modificación y mezcla de algunas técnicas de compresión, algunas de ellas ofreciendo un umbral o tolerancia relacionada inversamente con la calidad de la señal recuperada. La eficiencia es similar a los anteriores.
Se obtuvieron una serie de implementaciones de las técnicas de compresión estudiadas en MatLab y otras en C. Se hace un estudio comparativo del desempeño de ellos y se evalúa la propuesta con los mismos parámetros.
Se conjunto la facilidad de implementación con la velocidad de procesamiento; usando instrucciones sencillas en virtud que el algoritmo será ocupado en dispositivos portátiles; cuyas características de velocidad son limitadas..