DSCSSA: A Classification Framework for Spatiotemporal Features Extraction of Arrhythmia Based on the Seq2Seq Model With Attention Mechanism

心跳 人工智能 计算机科学 模式识别(心理学) 特征提取 过采样 节拍(声学) 人工神经网络 带宽(计算) 声学 计算机网络 计算机安全 物理
作者
Xiangdong Peng,Weiwei Shu,Congcheng Pan,Zejun Ke,Huaqiang Zhu,Xiao Na Zhou,William Wei Song
出处
期刊:IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:71: 1-12 被引量:9
标识
DOI:10.1109/tim.2022.3194906
摘要

In the field of arrhythmia classification, classification accuracy has always been a research hotspot. However, the noises of electrocardiogram (ECG) signals, the class imbalance of ECG data, and the complexity of spatiotemporal features of ECG data are all important factors affecting the accuracy of ECG arrhythmias classification. In this paper, a novel DSCSSA ECG arrhythmias classification framework is proposed. Firstly, discrete wavelet transform (DWT) is used to denoise and reconstruct ECG signals to improve the feature extraction ability of ECG signals. Then synthetic minority over-sampling technique (SMOTE) oversampling method is used to synthesize a new minority sample ECG signal to reduce the impact of ECG data imbalance on classification. Finally, a convolutional neural network (CNN) and sequence to sequence (Seq2Seq) classification model with attention mechanism based on bi-directional long short-term memory (Bi-LSTM) as the codec is used for arrhythmias classification, the model can give corresponding weight according to the importance of heartbeat features, and improve the ability to extract and filter the spatiotemporal features of heartbeats. In the classification of five heartbeat types, including normal beat (N), supraventricular ectopic beat (S), ventricular ectopic beat (V), fusion beat (F), and unknown beat (Q), the proposed method achieved overall accuracy (OA) value and Macro-F1 score of 99.28% and 95.70% respectively, in public MIT-BIH arrhythmia database. These methods are helpful to improve the effectiveness and clinical reference value of computer-aided ECG automatic classification diagnosis.

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