Gerçek zamanlı gömülü sistemler için rastgele orman tabanlı şok tavsiye algoritması
Öz
Ani kalp durması (SCA), kalbin kan dolaşımını sağlayamayacak kadar etkisiz hale gelmesi durumudur. SCA'ya sebeb olan en yaygın ritim bozukluklarından ikisi ventriküler fibrilasyon ve ventriküler taşikardidir. Bu ritim bozukluklarının düzeltilmesi için kalbe elektrik şoku verilmesi hayati önem taşır. Otomatik Harici Defibrilatör (AED) cihazları, hastanın kalp ritmini analiz eder ve gerektiğinde otomatik olarak elektrik şoku uygular. AED cihazı, ritim bozukluklarının tespiti için elektrokardiyogram sinyallerini toplar, şok tavsiyesi algoritmaları (SAA) ile hastaya şok verilip verilmeyeceğine karar verir. Ancak AED’de yürütülecek bir SAA geliştirme süreci, gömülü sistemlerin sınırlı veri işleme kapasitesi gibi bazı zorluklar barındırmaktadır. Algoritma gömülü sistemde çalışacağı için kısıtlı veri işleme kabiliyeti olan bir ortamda kalp ritimlerini başarıyla ayırt edebilecek nitelikte olmalıdır. Mevcut çalışmalar incelendiğinde, eşik tabanlı ya da makine öğrenmesi (ML) temelli SAA’ların bulunduğu ve birçok ML tabanlı SAA’nın yüksek sınıflandırma başarısı sunduğu görülmektedir. Ancak, bu algoritmaların yalnızca küçük bir kısmı gerçek zamanlı gömülü sistemlerde test edilmiş ve AED cihazlarına uygunluğu değerlendirilmiştir. Bu çalışmada, halka açık bir veri seti kullanılarak, geleneksel bir ML yöntemi olan rastgele orman ile SAA geliştirilmiştir. Önerilen algoritma, şok uygulanabilir ritimlerde %92.9 duyarlılık ve şok uygulanmaması gereken ritimlerde %99.2 özgüllük değerleri sağlamıştır. Yüksek seviye programlama dili ile geliştirilen SAA, C diline entegre edilerek mikrodenetleyici tabanlı bir geliştirme kitinde test edilmiştir. 500 kB bellek ihtiyacı ve 75 mikro saniyelik tespit süresi ile algoritmanın AED cihazlarında kullanım için uygun olduğu ve başarıyla entegre edilebileceği kanıtlanmıştır.
Anahtar Kelimeler
Kaynakça
- [1] American Heart Association. “Heart Attack and Sudden Cardiac Arrest Differences”. https://www.heart.org/en/health-topics/heart-attack/about-heart-attacks/heart-attack-or-sudden-cardiac-arrest-how-are-they-different (10.11.2024).
- [2] American Heart Association. “Arrhythmias”. https://watchlearnlive.heart.org/index.php?moduleSelect=arrhyt (10.11.2024).
- [3] House Energy and Commerce Committee. “H. Rept. 118-520-Cardiomyopathy Health Education, Awareness, and Research, and Aed Training In The Schools Act Of 2024". https://www.congress.gov/congressional-report/118th-congress/house-report/520/1 (10.11.2024).
- [4] Acharya R, Fujita H, Oh S, Raghavendra U, Tan J, Adam M, Gertych A, Hagiwara Y. “Automated identification of shockable and non-shockable life-threatening ventricular arrhythmias using convolutional neural network”. Future Generation Computer Systems, 79, 952–959, 2018.
- [5] Nguyen M, Nguyen T, Le H. “A review of progress and an advanced method for shock advice algorithms in automated external defibrillators”. BioMedical Engineering Online, 21(1), 22, 2022.
- [6] Gurkan H, Hanilci A. “ECG based biometric identification method using QRS images and convolutional neural network”. Pamukkale University Journal of Engineering Sciences, 26(2), 318–327, 2020.
- [7] Figuera C, Irusta U, Morgado E, Aramendi E, Ayala U, Wik L, Kramer-Johansen J, Eftestøl T, Alonso-Atienza F. “Machine learning techniques for the detection of shockable rhythms in automated external defibrillators”. PLoS One, 11(7), e0159654, 2016.
- [8] Nasimi F, Yazdchi M. “LDIAED: A lightweight deep learning algorithm implementable on automated external defibrillators”. PLoS One, 17(2), e0264405, 2022.
Ayrıntılar
Birincil Dil
Türkçe
Konular
Algoritmalar ve Hesaplama Kuramı
Bölüm
Araştırma Makalesi
Erken Görünüm Tarihi
31 Ekim 2025
Yayımlanma Tarihi
5 Haziran 2026
Gönderilme Tarihi
21 Kasım 2024
Kabul Tarihi
13 Ekim 2025
Yayımlandığı Sayı
Yıl 2026 Cilt: 32 Sayı: 3