Komprese a hodnocení kvality signálů EKG - Němcová, Andrea (Vysoké učení technické v Brně. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií, 2021)
Ztrátová komprese signálů EKG je užitečná a v současnosti stále se rozvíjející oblast. Stále se vyvíjí nové a nové kompresní algoritmy. V této oblasti ale chybí standardy pro hodnocení kvality signálu po kompresi. Existuje tedy sice mnoho různých kompresních algoritmů, které ale buď nelze objektivně porovnat vůbec, nebo jen zhruba. V oblasti komprese navíc nikde není popsáno, zda mají na výkon kompresních algoritmů vliv patologie, popřípadě jaký. Tato dizertační práce poskytuje přehled všech nalezených metod pro hodnocení kvality signálů EKG po kompresi. Navíc bylo vytvořeno 10 nových metod. V rámci práce byla provedena analýza všech těchto metod a na základě jejích výsledků bylo doporučeno 12 metod vhodných pro hodnocení kvality signálu EKG po kompresi. Také je zde představen nový kompresní algoritmus „Single-Cycle Fractal-Based (SCyF)“. Algoritmus SCyF je inspirován metodou založenou na fraktálech a využívá jednoho cyklu signálu EKG jako domény. Algoritmus SCyF byl testován na čtyřech různých databázích, přičemž kvalita signálů po kompresi byla vyhodnocena 12 doporučenými metodami. Výsledky byly porovnány s velmi populárním kompresním algoritmem založeným na vlnkové transformaci, který využívá metodu „Set Partitioning in Hierarchical Trees (SPIHT)“. Postup testování zároveň slouží jako příklad, jak by měl vypadat standard hodnocení výkonu kompresních algoritmů. Dále bylo statisticky prokázáno, že existuje rozdíl mezi kompresí fyziologických a patologických signálů. Patologické signály byly komprimovány s nižší efektivitou a kvalitou než signály fyziologické.

Lossy compression of ECG signals is useful and still challenging and developing area. In recent years, new and new compression algorithms are developed. Unfortunately, there is a lack of standards for compression quality assessment. Thus, there are plenty of methods, performance of which cannot be objectively compared at all or can be compared only in a rough guess. Moreover, it is not much known, whether and how the pathologies in ECG signals influence the compression algorithms performance. In this thesis, a review of all found methods for the assessment of ECG signal quality after compression and reconstruction is presented. 10 new methods were created. The known and the new methods were analysed and based on the results, 12 of them were recommended for further use. New Single-Cycle Fractal-Based (SCyF) compression algorithm is introduced. SCyF algorithm was inspired by fractal-based method and uses one cycle of ECG signal as a domain. It was tested on four different databases using 12 recommended quality metrics and compared with known and popular method based on wavelet transform and Set Partitioning in Hierarchical Trees (SPIHT). The testing process serves as an example how the standardization of ECG signal compression assessment should look like. Further, it was statistically proven that the difference between compression of physiological and pathological signals exists. Pathological signals were compressed with lower efficiency and quality than physiological signals.
Compression and Quality Assessment of ECG Signals
Keywords: ztrátová komprese; elektrokardiogram; EKG; telemedicína; SPIHT; fraktály; SCyF; diagnostická kvalita; hodnocení kvality; PRD; efektivita komprese; lossy compression; electrocardiogram; ECG; telemedicine; SPIHT; fractals; SCyF; diagnostic quality; quality assessment; PRD; compression efficiency