Method for Blink Detection in Single Channel of Invasive Electromyogram Signal

Скорочена інформація про документ
dc.contributor.authorBobrov, A. L.
dc.contributor.authorBorysenko, O. M.
dc.contributor.authorPopov, A. O.
dc.date.accessioned2023-05-25T10:12:51Z
dc.date.available2023-05-25T10:12:51Z
dc.date.issued2021
dc.description.abstractProblem statement. Facial nerve damage is the cranial nervous system disorder often leading to facial muscle paralysis, which might be effectively restored using functional electrical stimulation of the fully or partially denervated circular muscle of the eye to achieve muscle contraction to close the eyelids. To control the invasive stimulation system, the automated detection of the blink event in the intact eye is used as a trigger. To achieve this, the new approach to single channel invasive electromyogram (EMG) signal analysis is proposed. Materials and Methods. The combined time-spectral approach to blink detection consists of the two stages, starting from the thresholding of filtered EMG signals in the sliding window, which is followed by comparing the total spectral power in the Fourier domain to minimum and maximum thresholds. If both conditions are met, the EMG in the current window is considered to contain the blink event. In the experiment, the EMG data recorded from the one male adult healthy volunteer is used, the signal contained an acceptable amount of artefacts and was recognized as reflecting the usual EMG. The true positive rate (TPR), positive predictive value (PPV), False Discovery Rate (FDR), and False Negative Rate (FNR) is used as a performance metrics. Results. In the result of applying the proposed blink detection algorithm with 500 ms duration of the time window and 100 ms overlap, the following performance metrics are obtained: TPR=93%, PPV=63%, FDR=7%, FNR=37%. Impact. Acceptable true positive rate of blink detection suggests the method is promising for wider applications in the clinical settings and might be incorporated in the prototypes of implanted systems for facial muscle paralysis restoration using functional electrical stimulation for further development.uk
dc.description.abstractotherПошкодження лицьового нерва - це розлад черепної нервової системи, який часто призводить до паралiчу м’язiв обличчя, який можна ефективно вiдновити за допомогою функцiональної електричної стимуляцiї повнiстю або частково денервованого кругового м’яза ока, щоб досягти скорочення м’язiв для закриття повiки. Для управлiння системою iнвазивної стимуляцiї в якостi пускового механiзму використовується автоматичне виявлення подiї моргання в неушкодженому оцi. Для цього в роботi запропоновано новий пiдхiд до аналiзу одноканального сигналу iнвазивної електромiограми (ЕМГ). Комбiнований часово-спектральний пiдхiд до виявлення моргання складається з двох етапiв, починаючи з порiвняння з порогом вiдфiльтрованих ЕМГ-сигналiв у ковзному вiкнi, за яким слiдує порiвняння загальної спектральної потужностi в областi Фур’є з мiнiмальним та максимальним порогами. Якщо виконуються двi умови, вважається, що ЕМГ у поточному вiкнi мiстить подiю моргання. В експериментi використовуються данi ЕМГ, записанi вiд одного дорослого здорового чоловiкадобровольця; сигнал мiстив прийнятну кiлькiсть артефактiв i визнаний таким, що вiдображає звичайну ЕМГ. Чутливiсть (TPR), позитивне прогнозне значення (PPV), коефiцiєнт помилкового виявлення (FDR) та хибно-негативний коефiцiєнт (FNR) використовуються як показники ефективностi. В результатi застосування запропонованого алгоритму виявлення моргання з тривалiстю часового вiкна 500 мс та перекриттям 100 мс отриманi такi показники ефективностi: TPR=93%, PPV=63%, FDR=7%, FNR=37%. Прийнятна чутливiсть виявлення моргання свiдчить про те, що метод є перспективним для бiльш широкого застосування в клiнiчних умовах i може бути застосований у прототипах iмплантованих систем вiдновлення паралiчу м’язiв обличчя за допомогою функцiональної електричної стимуляцiї для їх подальшого розвитку.uk
dc.description.abstractotherПовреждение лицевого нерва - это расстройство черепной нервной системы, которое часто приводит к параличу мышц лица, который можно эффективно восстановить с помощью функциональной электрической стимуляции полностью или частично денервированной круговой мышцы глаза, чтобы добиться сокращения мышц для закрытия века. Для управления системой инвазивной стимуляции в качестве пускового механизма используется автоматическое обнаружение события моргания в неповрежденном глазу. Для этого в работе предложен новый подход к анализу одноканального сигнала инвазивной электромиограммы (ЭМГ). Комбинированный временно-спектральный подход к выявлению моргания состоит из двух этапов: сравнение с порогом отфильтрованных ЭМГ-сигналов в скользящем окне, за которым следует сравнение общей спектральной мощности в области Фурье с минимальным и максимальным порогами. Если выполняются три условия, считается, что ЭМГ в текущем окне содержит событие моргания. В эксперименте используются данные ЭМГ, записанные от взрослого здорового мужчины-добровольца; сигнал содержал приемлемое количество артефактов и признан отражающим обычную ЭМГ. Чувствительность (TPR), положительное прогнозное значение (PPV), коэффициент ложного обнаружения (FDR) и ложно-отрицательный коэффициент (FNR) используются как показатели эффективности. В результате применения предложенного алгоритма обнаружения моргания с продолжительностью временного окна 500 мс и перекрытием 100 мс получены следующие показатели эффективности: TPR=93%, PPV=63%, FDR=7%, FNR=37%. Приемлемая чувствительность обнаружения моргания свидетельствует о том, что метод является перспективным для более широкого применения в клинических условиях и может быть применен в прототипах имплантированных систем восстановления паралича мышц лица с помощью функциональной электрической стимуляции для их дальнейшего развития.uk
dc.format.pagerangePp. 48-52uk
dc.identifier.citationBobrov, A. L. Method for Blink Detection in Single Channel of Invasive Electromyogram Signal / Bobrov A. L., Borysenko O. M., Popov A. O. // Вісник НТУУ «КПІ». Радіотехніка, радіоапаратобудування : збірник наукових праць. – 2021. – Вип. 85. – С. 48-52. – Бібліогр.: 15 назв.uk
dc.identifier.doihttps://doi.org/10.20535/RADAP.2021.85.48-52
dc.identifier.orcid0000-0002-8786-456Xuk
dc.identifier.orcid0000-0003-0125-2990uk
dc.identifier.orcid0000-0002-1194-4424uk
dc.identifier.urihttps://ela.kpi.ua/handle/123456789/56106
dc.language.isoenuk
dc.publisherКПІ ім. Ігоря Сікорськогоuk
dc.publisher.placeКиївuk
dc.relation.ispartofВісник НТУУ «КПІ». Радіотехніка, радіоапаратобудування : збірник наукових праць, Вип. 85uk
dc.rights.urihttps://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
dc.subjectelectromyographyuk
dc.subjectfacial nerve paralysisuk
dc.subjectblink detectionuk
dc.subjectелектромiографiяuk
dc.subjectпаралiч лицьового нервуuk
dc.subjectдетектування морганняuk
dc.subjectэлектромиографияuk
dc.subjectпаралич лицевого нерваuk
dc.subjectдетектирование морганияuk
dc.subject.udc004.89uk
dc.titleMethod for Blink Detection in Single Channel of Invasive Electromyogram Signaluk
dc.title.alternativeМетод детекцiї моргання в одноканальному сигналi iнвазивної електромiограмиuk
dc.title.alternativeМетод детекции моргания в одноканальном сигнале инвазивной электромиограммыuk
dc.typeArticleuk

Файли

Контейнер файлів
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз
Назва:
1723-4752-1-10-20210630.pdf
Розмір:
470.52 KB
Формат:
Adobe Portable Document Format
Опис:
Завантажити
Ліцензійна угода
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
Назва:
license.txt
Розмір:
9.1 KB
Формат:
Item-specific license agreed upon to submission
Опис:
Завантажити

Зібрання

Вісник НТУУ «КПІ». Радіотехніка, радіоапаратобудування : збірник наукових праць, Вип. 85