Método de análise de componentes dependentes para o processamento, caracterização e extração de componentes de sinais biomédicos

Abstract

Na área de processamento de sinais biomédicos a extração de informação, baseada em um conjunto de medidas adquiridas no tempo, é considerada de suma importância. A qualidade desta informação extraída permite avaliar o funcionamento dos diversos órgãos. Objetivos: (1) propor o método de análise de componentes dependentes para auxiliar a extração de componentes de interesse, a partir de medidas multivariadas; (2) caraterizar as componentes extraídas através de representações em termos de tempo e freqüência, e espectro de potência; e, (3) aplicar o método e avaliar as componentes de interesse extraídas no contexto real MCGf, MGG e fMRI. A proposta para a extração fundamenta-se no método chamado de Análise de Componentes Dependentes ACD. As medidas a serem processadas são multivariadas a partir de sensores distribuídos, espacialmente, no corpo humano dando origem a um conjunto de dados correlacionados no tempo e/ou no espaço. Observa-se que os sinais de interesse raramente são registrados de forma isolada, e sim misturados com outros sinais superpostos, ruído e artefatos fisiológicos ou ambientais, onde a relação sinal-ruído é geralmente baixa. Nesse contexto, a estratégia a ser utilizada baseia-se na ACD, que permitirá extrair um pequeno número de fontes, de potencial interesse, com informações úteis. A estratégia ACD para extração de informação é aplicada em três importantes problemas, na área de processamento de sinais biomédicos: (1) detecção do sinal do feto em magnetocardiografia fetal (MCGf); (2) detecção da atividade de resposta elétrica do estômago em magnetogastrografia (MGG); e, (3) detecção de regiões ativas do cérebro em experimentos de imagens por ressonância magnética funcional (Functional Magnetic Resonance Imaging, fMRI). Os resultados, nos três casos estudados, mostraram que o método utilizado, como estratégia, é efetivo e computacionalmente eficiente para extração de sinais de interesse. Concluímos, baseados nas aplicações, que o método proposto é eficaz, mostrando seu potencial para futuras pesquisas clínicas._________________________________________________________________________________________ ABSTRACT: An important goal in biomedical signal processing is the extraction of information based on a set of physiological measurements made along time. Generally, biomedical signals are electromagnetic measurements. Those measurements (usually made with multichannel equipment) are registered using spatially distributed sensors around some areas of the human body, originating a set of time and/or space correlated data. The signals of interest are rarely registered alone, being usually observed as a mixture of other spurious, noisy signals (sometimes superimposed) and environmental or physiological artifacts. More over, the signal-to-noise ratio is generally low. In many applications, a big number of sensors are available, but just a few sources are of interest and the remainder can be considered noise. For such kind of applications, it is necessary to develop trustful, robust and effective learning algorithms that allow the extraction of only a few sources potentially of interest and that hold useful information. The strategy used here for extraction of sources is applied in three important problems in biomedical signal processing: (1) detection of the fetal magnetocardiogram signal (fMCG); (2) detection of the electrical activity of the stomach in magnetogastrograms (MGG); and (3) detection of active regions of the brain in experiments in functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI). The results, within the three cases of study, showed that the DCA method used as strategy is effective and computationally efficient on extraction of desired signals.