PyCBPE: umframework opensource para estudo de desempenho de algoritmos de aprendizagem de máquina aplicados para estimar a pressão arterial através de sinais de fotopletismografia
Data
2021-07-15
Autores
Título da Revista
ISSN da Revista
Título de Volume
Editor
Resumo
Heart diseases are a major cause of death nowadays. A typical sign of a serious heart
conditions is the high blood preassure, which can be employed for helping the diagnosis of several heart diseases. However, the proper diagnosis of many heart illness may
require a continuous monitoring of blood preassure, which can be difficult to achieve,
since the standard sphygmomanometer method does not allow a continuous measurement of blood pressure, and the invasive cannula method is costly, unconfortable for the
patient and requires access to hospital facilities. As an alternative, techniques employing photopletismography signals (PPG) have been proposed recently to estimate the
blood pressure. These techniques use PPG signals, which can be acquired with a noninvasive sensor that can applied to the patient’s finger, for instance. Recent advances
in the literature show that these signals can be used as input for machine learning
models to provide an adequate estimation of blood pressure, according to some international standards for medical equipments. Besides an increasing number of studies
in this field of knowledge, the authors usually do not make their simulations avaialable, what makes it difficult to compare different approaches. This work proposes an
opensource framework to help researchers to compare the performance of machine
learning algorithms, employed to estimate the blood pressure using PPG signals. The
methodology to develop the framework is presented in detail in this document and a
performace comparison of the models generated by four machnie learning algorithms
(Linear Regression, Decision Tree, Random Forest and AdaBoost) is presented. The
comparison show that using the proposed framework, the models achieve perfomance
results similar to those obtained in the literature.
Descrição
Doenças cardíacas são uma grande causa de mortes na atualidade. Um indicador tí
pico de doenças cardíacas graves é a pressão arterial elevada, que pode ser usada
para auxiliar no diagnóstico de muitas doenças do coração. Contudo, o diagnóstico
apropriado de muitas doenças pode requerer um monitoramento contínuo da pressão
sanguínea, o que pode ser difícil de se obter, uma vez que o método padrão, baseado
no esfigmomanômetro, não permite medições contínuas e a cânula invasiva é custosa, desconfortável para o paciente e necessita de infraestrutura hospitalar. Como
alternativa, técnicas aplicando sinais de fotopletismografia (PPG) têm sido propostas
recentemente para estimar a pressão arterial. Essas técnicas usam sinais de PPG,
que podem ser aferidos através de um sensor nãoinvasivo, aplicados no dedo do paciente, por exemplo. Avanços recentes na literatura mostram que esses sinais podem
ser usados como entradas para modelos de algoritmos de aprendizagem de máquina,
com o propósito de estimar a pressão arterial de forma a atender alguns padrões internacionais para equipamentos médicos. Embora o número de trabalhos relacionados
a este campo de estudo esteja aumentando, os autores normalmente não disponibilizam suas simulações, o que dificulta a comparação entre essas diferentes abordagens.
Este trabalho propõe um framework de código aberto para auxiliar na comparação de
desempenho entre algoritmos de aprendizagem de máquina, aplicados para estimar
a pressão arterial a partir de sinais de PPG. A metodologia utilizada para desenvolver
o framework é detalhada neste documento e uma comparação de desempenho entre
modelos gerados por quatro algoritmos de aprendizagem de máquina (Regressão Linear, Árvore de Decisão, Random Forest e AdaBoost) é apresentada. A comparação
mostra que usando o framework proposto, os modelos conseguem alcançar desempenhos semelhantes aos obtidos na literatura.
Palavras-chave
Pressão arterial, Fotopletismografia, Aprendizagem de máquina, Framework opensource
Referência
LUZ, Luigi Fernando Marques da. PyCBPE: umframework opensource para estudo de desempenho de algoritmos de aprendizagem de máquina aplicados para estimar a pressão arterial através de sinais de fotopletismografia. 2021. 84 f.Trabalho de conclusão de curso (Graduação em Engenharia Eletrônica) - Unidade Acadêmica do Cabo de Santo Agostinho, Universidade Federal Rural de Pernambuco, 2021.