Semi-Blind Source Separation for fetal ECG extraction
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Contents VI CONTENTS Acknowledgments --------------------------------------------------------------------------------------- I Sommario -------------------------------------------------------------------------------------------------- II Abstract---------------------------------------------------------------------------------------------------- V Contents --------------------------------------------------------------------------------------------------- VI List of Figures -------------------------------------------------------------------------------------------- IX Glossary -------------------------------------------------------------------------------------------------- XII 1 Introduction ----------------------------------------------------------------------------------------- 1 2 Fetal Monitoring ----------------------------------------------------------------------------------- 3 2.1 A Brief History ------------------------------------------------------------------------------------------ 3 2.2 Monitoring Techniques ------------------------------------------------------------------------------ 4 2.3 Fetal Electrocardiography --------------------------------------------------------------------------- 6 2.3.1 Electrocardiogram---------------------------------------------------------------------------------------------- 6 2.3.1.1 ST Segment: Oxygen deficiency -------------------------------------------------------------------- 8 2.3.2 The most important Invasive and Noninvasive Techniques --------------------------------------- 12 2.3.2.1 Invasive: Internal Monitoring ---------------------------------------------------------------------- 12 2.3.2.2 Noninvasive: External Monitoring (AECG) ------------------------------------------------------ 12 2.3.3 Interfaces and Noise affecting the fECG Signal -------------------------------------------------------- 13 2.3.4 Electrode position --------------------------------------------------------------------------------------------- 16 3 Comparison of fECG Extraction Methods -------------------------------------------------- 22 3.1 Past research ----------------------------------------------------------------------------------------- 22 3.2 Adaptive filtering ------------------------------------------------------------------------------------ 23 3.2.1 Least Mean Squares (LMS) adaptive filter -------------------------------------------------------------- 25 3.2.2 Artificial Intelligence (AI) ------------------------------------------------------------------------------------ 26 3.2.2.1 FIR Neural Network ----------------------------------------------------------------------------------- 27 3.2.2.2 Dynamic neural network ---------------------------------------------------------------------------- 27 3.3 Orthogonal basis function------------------------------------------------------------------------- 29 3.4 Subtraction of an average pattern -------------------------------------------------------------- 30 Contents VII 3.5 State space projection ----------------------------------------------------------------------------- 34 3.6 Wavelet Transform (WT) -------------------------------------------------------------------------- 37 3.7 Temporal structure --------------------------------------------------------------------------------- 40 3.8 Polynomial networks ------------------------------------------------------------------------------- 42 3.9 Independent Component Analysis (ICA) ------------------------------------------------------ 44 4 Independent Component Analysis for Extraction of fECG ----------------------------- 52 4.1 Cocktail party problem ----------------------------------------------------------------------------- 52 4.2 Principal Component Analysis (PCA): Second-order approach -------------------------- 55 4.2.1 PCA by variance maximization ----------------------------------------------------------------------------- 55 4.2.2 Singular Value Decomposition (SVD) --------------------------------------------------------------------- 58 4.3 Independent Component Analysis (ICA): High-order approach ------------------------ 60 4.3.1 Restrictions in ICA --------------------------------------------------------------------------------------------- 60 4.3.2 Ambiguities of ICA --------------------------------------------------------------------------------------------- 62 4.3.3 Preprocessing for ICA ---------------------------------------------------------------------------------------- 63 4.3.3.1 Centering the variables ------------------------------------------------------------------------------ 63 4.3.3.2 Uncorrelatedness and Whitening ----------------------------------------------------------------- 63 4.3.4 Gaussian variables are forbidden ------------------------------------------------------------------------- 65 4.3.5 Measuring of nongaussianity ------------------------------------------------------------------------------ 66 4.3.5.1 Kurtosis --------------------------------------------------------------------------------------------------- 68 4.3.5.2 Negentropy --------------------------------------------------------------------------------------------- 69 4.3.6 ICA Algorithms ------------------------------------------------------------------------------------------------- 71 4.3.6.1 Comon’s -------------------------------------------------------------------------------------------------- 71 4.3.6.2 Joint Approximate Diagonalization of Eigenmatrices (JADE) ------------------------------ 72 4.3.6.3 Information maximization (Infomax) ------------------------------------------------------------ 73 4.3.6.4 Fixed Point ICA (FastICA) ---------------------------------------------------------------------------- 74 4.3.6.5 Cumulant Based Independent Component Analysis (CuBICA) ---------------------------- 75 4.3.6.6 Minimum Renyi’s Mutual Information (MeRMaId) ------------------------------------------ 76 5 Semi-Blind Source Separation Approach -------------------------------------------------- 78 5.1 Problem description -------------------------------------------------------------------------------- 78 5.2 ICA algorithms ---------------------------------------------------------------------------------------- 79 5.2.1 FastICA algorithm implementation ----------------------------------------------------------------------- 79 5.2.2 JADE algorithm implementation -------------------------------------------------------------------------- 79 Contents VIII 5.3 ICA without pre-filtering --------------------------------------------------------------------------- 80 5.3.1 First case: 39 th week ------------------------------------------------------------------------------------------ 81 5.4 ICA with pre-filtering ------------------------------------------------------------------------------- 85 5.4.1 Filtering ---------------------------------------------------------------------------------------------------------- 85 5.4.1.1 Notch Filter --------------------------------------------------------------------------------------------- 86 5.4.1.2 Low Pass Filter ----------------------------------------------------------------------------------------- 94 5.4.1.3 Baseline Wander Removal -------------------------------------------------------------------------- 95 5.4.1.4 Maternal ECG suppression ------------------------------------------------------------------------ 100 5.4.2 First case: 39 th week ---------------------------------------------------------------------------------------- 101 5.4.3 Second case: 25 th week ------------------------------------------------------------------------------------ 108 5.4.4 Third case: 30 th week --------------------------------------------------------------------------------------- 115 5.5 Averaged fECG -------------------------------------------------------------------------------------- 118 6 Conclusions and Future Works ------------------------------------------------------------- 122 References --------------------------------------------------------------------------------------------- 125
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Semi-Blind Source Separation for fetal ECG extraction
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Informazioni tesi
Autore: | Federico Conte |
Tipo: | Laurea II ciclo (magistrale o specialistica) |
Anno: | 2008-09 |
Università: | Università degli Studi di Napoli - Federico II |
Facoltà: | Ingegneria |
Corso: | Ingegneria biomedica |
Relatore: | Mario Cesarelli |
Lingua: | Inglese |
Num. pagine: | 145 |
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