Bachelor's Thesis

Analysis of the informational value of ECG features from a segmentation neural network for detecting myocardial infarction

Final Thesis 4.45 MB Appendix 3.45 kB

Author of thesis: Jakub Duchaj

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: MUDr.Ing. Richard Ředina

Reviewer: Ing. Jiří Chmelík, Ph.D.

Abstract:

This thesis focuses on the analysis of the informational value of feature maps extracted by a segmentation neural network from ECG signals for the purpose of MI classification. The main objective of the work is to understand how discriminative information is represented in these features and to evaluate its usability for classification tasks using machine learning methods.
The thesis includes a theoretical introduction to ECG signal acquisition and processing, followed by an exploratory data analysis. The insights obtained from the analysis are subsequently used to design and evaluate classification experiments. The best achieved
F1 score of the classification reached 0.469. The results show that the performance of the classification algorithm is primarily influenced by the chosen feature representation.

Keywords:

electrocardiography, myocardial infarction, classification, machine learning, PTB-XL

Date of defence

16.06.2026

Result of the defence

Not defended (thesis was not successfully defended)

znamkaFznamka

Grading

F

Process of defence

Student prezentoval výsledky své práce a komise byla seznámena s posudky. Komise se shodla, že student v BP nesplnil bod 5 v zadání. Student neobhájil bakalářskou práci.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Biomedical Technology and Bioinformatics (BPC-BTB)

Composition of Committee

doc. Ing. Petr Kudrna, Ph.D. (předseda)
Ing. Markéta Jakubíčková, Ph.D. (místopředseda)
MUDr.Ing. Richard Ředina (člen)
Ing. Martin Králík (člen)
Ing. Jiří Vitouš (člen)
doc. Ing. Radim Kolář, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
MUDr.Ing. Richard Ředina

Předložená práce se věnuje klasifikaci kardiologických diagnóz z EKG signálů nad databází PTB-XL s využitím příznaků extrahovaných konvoluční neuronovou sítí. Práce je na nízké úrovni, a to jak po stránce odborné, tak po stránce zpracování.
Za dostatečnou považuji práci s daty. Databáze PTB-XL je popsána správně a srozumitelně a logicky jsou vysvětleny i prahy pro řazení záznamů do jednotlivých tříd. I zde však narážím na první výhradu: odstranění pacientů z hraničního pásma je odůvodněno jen slabě a autor neuvádí, kolik záznamů mu po této filtraci zůstalo. Tím je ztížena reprodukovatelnost a posouzení, na jak velkém vzorku vlastně výsledky stojí.
Po stránce struktury a rešerše práce obsahuje pasáže, které nejsou pro vlastní řešení relevantní (kapitoly 1.1 Vznik a měření EKG signálu, 1.2 Části fyziologického EKG, 2.1 Předzpracování). Naopak v částech, kde by hloubka byla potřeba, práce zůstává na povrchu. V textu například zcela chybí popis EKG u diagnózy, na jejíž klasifikaci se práce zaměřuje. V kapitole 2.3 navíc dochází k záměně pojmů logistické a lineární regrese, což je věcná chyba, nikoli pouhá nepřesnost.
Hlavní problém ovšem spočívá v tom, že práce nedostatečně komunikuje vlastní metodický postup, a řada klíčových kroků tak není ověřitelná ani pochopitelná. Konkrétně:
Není zřejmé, z čeho a za jakým účelem je počítána analýza hlavních komponent (PCA), ani jak jsou získané komponenty dále využity; samotné použití PCA na již extrahované příznaky je legitimní, avšak v práci není doloženo ani vysvětleno. S tím souvisí nejasnost, co představují „počty komponent" na obrázcích 4.5, 4.8 a 4.11.
Není objasněn způsob výpočtu Fisherova skóre. Vzhledem k tomu, že autor pracuje s dvourozměrnou příznakovou mapou pro jednotlivého pacienta, není jasné, jak je skóre stanoveno, a chybí i kritérium, podle něhož je následně hodnoceno jako „slabé".
Obrázek 4.2 není srozumitelný – z práce nelze určit, zda jde o jedinou mapu, či o rozdíl mezi více třídami.
Není dostatečně popsána práce s příznaky: jejich případná agregace, to, co konkrétně vstupuje do jednotlivých modelů, a zdůvodnění těchto voleb. Není zřejmé ani to, jakým způsobem byla aplikována logistická regrese, a zcela chybí popis procesu učení modelu MLP.
K těmto nejasnostem se přidává nedostatek metodické pečlivosti. Optimalizace modelů je minimální až žádná, doprovodné snímky (zejména ukázky signálů) jsou v nízké kvalitě a student možnosti konzultací během zpracování nevyužil, což se na výsledné podobě práce zřetelně projevilo.
Student spolu s textem práce odevzdal i čtyři skripty v programovacím jazyce Python. Tyto skripty ale netvoří ucelené řešení (chybí generování jakýchkoli grafických výstupů, předložená pipeline není nijak zapojená). V přílohách zcela chybí výpočty Fisherova skóre a PCA, na kterých student staví svůj postup. Reprodukovatelnost lze v kontextu odevzdané přílohy vyloučit.
Bod 5 zadání (porovnání přístupů a diskuse možností doladění či transfer learningu) je naplněn pouze zčásti. Z mého pohledu tak zadání nebylo dostatečně splněno a daná problematika zdaleka nebyla vyčerpána.
S ohledem na výše uvedené odborné i formální nedostatky navrhuji hodnocení F, 30 bodů. Points proposed by supervisor: 30

Grade proposed by supervisor: F

Reviewer’s report
Ing. Jiří Chmelík, Ph.D.

Student se ve své bakalářské práci zabýval využitím abstraktních příznaků extrahovaných pomocí segmentační hluboké neuronové sítě z 12 svodových EKG signálů pro klasifikaci infarktu myokardu. Byla využita databáze PTB-XL, která obsahuje kromě velkého množství záznamů také anotace a samotné příznakové mapy. Pro klasifikaci byly použity 3 modely strojového učení a byl testován vliv různě upravených příznakových map na jejich úspěšnost. Pro vyhodnocení byly použity 3 metriky v rámci křížové validace. Po odborné stránce má práce mnoho nedostatků, počínaje neodůvodněnou nebo laickou volbou procesních kroků, pokračuje nejasným a nereprodukovatelným provedením, a konče neprovedenou optimalizací hyperparametrů modelů. Například není jasné, jak je samotná 2D příznaková mapa vkládána na vstup modelů. Dále nerozumím převodu 2D mapy do PCA prostoru – znamená to, že všechny kanály i časové vzorky byly pouze zřetězeny za sebe? Zdrojové kódy pro přípravu agregovaných příznakových map pomocí PCA a Fischerova skóre nejsou dostupné. Postrádám řádnou strukturu zdrojových kódů včetně dokumentace a skriptu pro spuštění celé navržené pipeline – ten obsahuje pouze definice funkcí bez docstringů nebo README. Mám vážné pochybnosti o splnění bodů zadání 1) a 5). Literární rešerši metod strojového učení v kardiologii text práce neobsahuje; je zde pouze jedna strana (kap. 2.3) obsahující obecný a nedostatečný popis běžně používaných metod klasifikace. O zlepšení výsledků modelů, natož doladění nebo transfer-learning se student nejen nepokusil, ale ani nezmínil. Práce obsahuje řadu nepravdivých, zavádějících nebo nepodložených tvrzení, a většina kroků je prováděna ad hoc. Mezi metrikami pro vyhodnocení modelů chybí minimálně také specificita a pozitivní prediktivní hodnota. Po formální stránce práce obsahuje překlepy, chybějící odkaz na obrázek a nekvalitní obrázky. Seznam literatury je velmi omezený, nesplňuje žádnou citační normu, a reference postrádají položky pro jednoznačnou identifikaci zdrojů. Celkově je práce nedostatečná, nesplňuje požadavky kladené na bakalářské práce a hodnotím ji stupněm F (25 bodů). Points proposed by reviewer: 25

Grade proposed by reviewer: F

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová