Interpretabilidade de modelos de aprendizado de máquina para classificação de arritmias cardíacas

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2024
Autor(a) principal: Marques, Bruno Torres
Orientador(a): Magalhães, Regis Pires
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Não Informado pela instituição
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Área do conhecimento CNPq:
Link de acesso: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/79555
Resumo: Cardiovascular diseases are a public health problem throughout the world and are the leading cause of death in many countries. Among cardiovascular diseases, cardiac arrhythmias are the most common and, for this reason, their precise classification has been of great interest in biomedical studies. The analysis of ECG is one of the most effective tools for detecting and classifying heart disease, and the use of machine learning models can help in this process. However, the interpretability of these models is a challenge, since they can be considered “black boxes”, i.e. it is not possible to understand how they reach certain conclusions. In this context, this work addresses the issue of the explainability of machine learning models for classifying cardiac arrhythmias in ECGs. To this end, it proposes an approach for building interpretable models, which allow the identification of the main characteristics of ECGs that influence the detection of cardiac arrhythmias, as well as carrying out explanations at model, class and ECG signal level. The explainability of the models is achieved by generating visual explanations that allow doctors and other health professionals to understand how the model reaches certain conclusions. The results show that the variability of RR intervals, the median of RR and PR intervals and the signal-to-noise ratio are crucial for classifying cardiac arrhythmias.
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spelling Marques, Bruno TorresCruz, Lívia AlmadaMagalhães, Regis Pires2025-01-28T14:59:58Z2025-01-28T14:59:58Z2024MARQUES, Bruno Torres. Interpretabilidade de modelos de aprendizado de máquina para classificação de arritmias cardíacas. 2024. 71 f. Dissertação (mestrado) – Universidade Federal do Ceará, Campus de Quixadá, Programa de Pós-Graduação em Computação, Quixadá, 2024.http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/79555Cardiovascular diseases are a public health problem throughout the world and are the leading cause of death in many countries. Among cardiovascular diseases, cardiac arrhythmias are the most common and, for this reason, their precise classification has been of great interest in biomedical studies. The analysis of ECG is one of the most effective tools for detecting and classifying heart disease, and the use of machine learning models can help in this process. However, the interpretability of these models is a challenge, since they can be considered “black boxes”, i.e. it is not possible to understand how they reach certain conclusions. In this context, this work addresses the issue of the explainability of machine learning models for classifying cardiac arrhythmias in ECGs. To this end, it proposes an approach for building interpretable models, which allow the identification of the main characteristics of ECGs that influence the detection of cardiac arrhythmias, as well as carrying out explanations at model, class and ECG signal level. The explainability of the models is achieved by generating visual explanations that allow doctors and other health professionals to understand how the model reaches certain conclusions. The results show that the variability of RR intervals, the median of RR and PR intervals and the signal-to-noise ratio are crucial for classifying cardiac arrhythmias.As doenças cardiovasculares são um problema de saúde pública em todo o mundo, sendo a principal causa de mortes em muitos países. Dentre as doenças cardiovasculares, as arritmias cardíacas são as mais comuns e, por isso, sua classificação precisa tem sido de grande interesse em estudos biomédicos. A análise do Eletrocardiograma (ECG) é uma das ferramentas mais eficazes para a detecção e classificação de doenças cardíacas, e o uso de modelos de aprendizado de máquina pode auxiliar nesse processo. No entanto, a interpretabilidade desses modelos é um desafio, uma vez que eles podem ser considerados “caixas-pretas”, ou seja, não é possível entender como eles chegam a determinadas conclusões. Nesse contexto, este trabalho aborda a questão da explicabilidade de modelos de aprendizado de máquina para classificação de arritmias cardíacas em ECGs. Para isso, propõe uma abordagem para a construção de modelos interpretáveis, que permitam a identificação das principais características dos ECGs que influenciam na detecção de arritmias cardíacas, bem como a realização de explicações ao nível de modelo, classes e sinal de ECG. A explicabilidade dos modelos é alcançada por meio da geração de explicações visuais que permitem aos médicos e outros profissionais de saúde entender como o modelo chega a determinadas conclusões. Os resultados revelam que a variabilidade dos intervalos RR, a mediana dos intervalos RR e PR e a relação sinal-ruído são cruciais para a classificação das arritmias cardíacas.Interpretabilidade de modelos de aprendizado de máquina para classificação de arritmias cardíacasinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisclassificação de arritmias cardíacaeletrocardiogramainteligência artificial explicávelCIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA: CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃOinfo:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da Universidade Federal do Ceará (UFC)instname:Universidade Federal do Ceará (UFC)instacron:UFChttp://lattes.cnpq.br/7195981513707548http://lattes.cnpq.br/8972397134674530ORIGINAL2024_dis_btmarques.pdf2024_dis_btmarques.pdfapplication/pdf1240081http://repositorio.ufc.br/bitstream/riufc/79555/1/2024_dis_btmarques.pdf2fe6dca757bcbb14b7881f5f32c2db23MD51LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-81748http://repositorio.ufc.br/bitstream/riufc/79555/2/license.txt8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33MD52riufc/795552025-01-28 11:59:59.245oai:repositorio.ufc.br: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Repositório InstitucionalPUBhttp://www.repositorio.ufc.br/ri-oai/requestbu@ufc.br || repositorio@ufc.bropendoar:2025-01-28T14:59:59Repositório Institucional da Universidade Federal do Ceará (UFC) - Universidade Federal do Ceará (UFC)false
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