Biosignal assessment by heterogeneous sensor data fusion

Abstract

The formulation of a scheme to assess the quality of the electrocardiogram (ECG) and Photoplenthysmography (PPG) signals has been motivated by the emerging applications such as the recording of the vital signals with contact-less technology. In the case of the ECG using capacitive technologies and with PPG using a camera recording. These kind of applications raise new challenges in quality assessment since these signals are considered much worse than the standard signals recorded under favourable conditions and accordingly the necessity for an automatic quality assessment of the signals. This thesis develops data fusion strategies to determine the current reliability of one signal by using another reliable signal of different nature. A scheme of a signal reliability assessment is developed using cross spectral analysis of two biosignals of different nature. An explanation of the cross spectral and coherence methods in the context of biosignal processing is included in the work as well. The classification is tested on standard ECG signals, standard PPG signals and ECG and PPG signals recorded by contact-less technology in the Institut fur Biomedizinische Technik of the Technische Universitat Dresden.

La formulación de un esquema para evaluar la calidad de la señal del electrocardiograma (ECG) y fotopletismografía (PPG) ha sido motivada por las emergentes técnicas de adquisición como la grabación de estas señales vitales a través de una tecnología sin contacto. En el caso del ECG usando electrodos de capacidad y para las señales PPG usando grabaciones con video cámara. Este tipo de aplicaciones incrementan nuevos retos en la evaluación de la calidad, ya que estas señales se consideran mucho peor que las señales grabadas en condiciones estándar. En consecuencia la necesidad de una evaluación automática de la calidad de las señales. Esta tesis desarrolla estrategias de fusión de datos para determinar la fiabilidad actual de una sola señal mediante la comparación de otra señal fiable de distinta naturaleza. Un esquema de una evaluación de la fiabilidad de la señal se desarrolla utilizando análisis espectral transversal de dos bioseñales de diferente naturaleza. Así mismo, una explicación de los métodos espectrales y coherencia cruzada en el contexto de procesamiento de bioseñales está incluido en el trabajo. La clasificación se prueba con señales estándar de ECG, señales estándar PPG y las señales de ECG y PPG registradas con la tecnología sin contacto en el Institut für Technik Biomedizinische de la Technische Universitat Dresden.

La formulació d'un esquema per avaluar la qualitat del senyal de l'electrocardiograma (ECG) i fotopletismografía (PPG) ha estat motivada per les emergents tècniques d'adquisició com l'enregistrament d'aquests senyals vitals a través d'una tecnologia sense contacte. En el cas de l'ECG usant elèctrodes de capacitat i per als senyals PPG usant enregistraments amb vídeo càmera. Aquest tipus d'aplicacions incrementen nous reptes en l'avaluació de la qualitat, ja que aquests senyals es consideren molt pitjor que els senyals gravats en condicions estàndard. En conseqüència la necessitat d'una avaluació automàtica de la qualitat dels senyals és primordial. Aquesta tesi desenvolupa estratègies de fusió de dades per determinar la fiabilitat actual d'una sola senyal mitjançant la comparació amb un altre senyal fiable de diferent naturalesa. Un esquema d'una avaluació de la fiabilitat del senyal es desenvolupa utilitzant anàlisi espectral transversal de dos biosenyals de diferent naturalesa. Així mateix, una explicació dels mètodes espectrals i coherència creuada en el context de processament de biosenyals està inclòs en el treball. La classificació es prova amb senyals estàndard d'ECG, senyals estàndard PPG i els senyals d'ECG i PPG enregistrats amb la tecnologia sense contacte a l'Institut für Technik Biomedizinische de la Technische Universitat Dresden.