Bachelor's Thesis

Delineation of single-lead stress ECG from a chest belt

Final Thesis 14.93 MB Appendix 8.49 MB

Author of thesis: Jana Krejčíková

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Lukáš Smital, Ph.D.

Reviewer: Ing. Tobiáš Goldschmidt

Abstract:

This bachelor’s thesis deals with the issue of ECG signal delineation and methods for both single- and multi-lead recordings. The theoretical part summarizes the fundamentals of electrocardiography, the heart’s response to exercise, and selected methods for QRS complex detection and delineation. The practical part focuses on the processing and analysis of a dataset recorded during exercise using a 12-lead system and a Polar H10 chest strap. The preprocessing included signal synchronization and manual correction of R-waves, which subsequently served as reference data. Furthermore, custom metrics were developed to evaluate the accuracy of ECG delineation, and signal delineation was performed using selected freely available algorithms. Based on their evaluation and comparison, a custom algorithm was then proposed and modified. All algorithms were further tested on the recorded dataset, including an analysis of the dependence of detection success rate on the level of physical exercise. Finally, the functionality and accuracy of the individual approaches were verified using the CSE database. The results of the thesis demonstrated differences in the accuracy of individual algorithms and highlighted the contribution of the proposed algorithm to stress ECG delineation.

Keywords:

Electrocardiography, single-lead ECG, 12-lead ECG, QRS complex detection, ECG signal delineation, stress ECG signals, Polar H10, CSE database

Date of defence

16.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Studentka prezentovala výsledky své práce a komise byla seznámena s posudky. Doc. Gumulec položil otázku: Jak jste hodnotila výsledky přes všechny pacienty dohomady? Proč máte nekonzistetní prezentaci u pacientských záznamů? Jaký svod byl hodnocen u 12-svodového EKG? S jakou přesností byl hodnocen nástup vlny P? Ing. Šaclová položila otázku: Anotaci jste dělala sama? Upravovala jste tu poslední verzi Vítka? Studentka obhájila bakalářskou práci a odpověděla na otázky členů komise a oponenta.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Biomedical Technology and Bioinformatics (BPC-BTB)

Composition of Committee

Doc. MUDr. Jaromír Gumulec, Ph.D. (předseda)
doc. Mgr. Ing. Karel Sedlář, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Kateřina Šabatová (člen)
Ing. Lucie Šaclová, Ph.D. (člen)
Ing. Jan Odstrčilík, Ph.D. (člen)
Ing. et Ing. Michal Nohel (člen)

Supervisor’s report
Ing. Lukáš Smital, Ph.D.

Předložená bakalářská práce se věnuje problematice automatického rozměření EKG signálů snímaných při fyzické zátěži, konkrétně porovnání rozměření standardního dvanáctisvodového EKG a jednosvodového záznamu z hrudního pásu Polar H10. Téma je aktuální a má jasný praktický přesah do oblasti nositelné elektroniky a monitorování srdeční činnosti.
V teoretické části o rozsahu přibližně 21 stran, podpořené více než padesáti literárními zdroji, autorka shrnuje funkci srdce a jeho reakci na zátěž, principy elektrokardiografie a především přehled metod detekce QRS komplexů a rozměření EKG signálu. Těžiště práce spočívá v rozsáhlé praktické části, kterou tvoří realizace experimentálního měření a tvorba datasetu synchronních dvanáctisvodových a jednosvodových záznamů, jeho předzpracování a vytvoření referencí ruční korekcí R kmitů, implementace a otestování pěti volně dostupných algoritmů, návrh vlastního algoritmu a závěrečné vyhodnocení doplněné validací na databázi CSE.
Velmi kladně hodnotím objem a kvalitu odvedené experimentální práce, zejména pracné vytvoření spolehlivých referencí na dlouhých zátěžových záznamech a návrh vlastních hodnoticích metrik v situaci, kdy expertní anotace delineace nebyly k dispozici. Oceňuji rovněž návrh úprav algoritmu cílených na zátěžové EKG, díky nimž se podařilo eliminovat výpadky detekce vlny P při vysoké tepové frekvenci, i ověření výsledků na nezávislé databázi CSE. Za hlavní omezení práce považuji skutečnost, že navržené metriky pro hranice vln jsou vztaženy pouze k poloze R kmitů, takže dosažená senzitivita vypovídá spíše o výskytu bodu ve fyziologickém okně než o jeho absolutní přesnosti; této skutečnosti si je však autorka vědoma a v práci ji korektně diskutuje.
Studentka při řešení bakalářské práce postupovala samostatně, iniciativně a systematicky, řádně využívala konzultací a prokázala schopnost propojit teoretické poznatky s náročnou praktickou implementací napříč několika programovými prostředími. Výsledkem je nadprůměrně zpracovaná bakalářská práce, kterou považuji za zdařilou. Zadání bylo splněno v plném rozsahu a práci doporučuji k obhajobě. Points proposed by supervisor: 95

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Tobiáš Goldschmidt

Študentka Jana Krejčíková sa v bakalárskej práci zameriava na rozmeranie 12 a jednosvodvého EKG. V teoretickej časti práce popisuje anatómiu a fyziológiu srdca, princípy elektrokardiografie a rozmerania EKG.  Ďalej študentka detailne popisuje využité algoritmy na delineáciu EKG ako aj postup pri vytváraní algoritmu upraveného pre potreby rozmerania záťažového EKG. Teoretická časť je po obsahovej aj formálnej stránke na výbornej úrovni.
V praktickej časti študentka spracováva synchronizované záznamy z 12-svodového EKG a jednosvodového EKG z 34 záťažových testov. Tieto dáta čiastočne ručne anotuje. Následne implementuje metódy hodnotenia presnosti delineácie pre jednosvodové ako aj 12-svodové EKG. Presnosť delineácie hodnotí u šiestich algoritmov. Okrem štatistického zhodnotenia presnosti delineácie hodnotí presnosť aj vizuálne. Tiež implementuje porovnanie výsledkov v závislosti na intenzite záťaže. Na záver porovnáva algoritmy aj na databáze CSE. Študentka všetky dosiahnuté výsledky vecne diskutuje a analyzuje. Limity jednotlivých algoritmov sú prehľadne popísané a odporúčania pre ich použitie správne formulované. Rovnako ako pri teoretickej časti je praktická časť na výbornej úrovni. Závery vychádzajúce z práce sú zrozumiteľne a logicky formulované a ukazujú, že študentka sa dobre orientuje v skúmanej problematike. Ako veľké pozitívum vnímam otestovanie na ďalšom datasete nad rámec zadania práce.
Práca je po obsahovej stránke rozsiahlejšia, čo však reflektuje objem vykonanej práce. Použitá literatúra je relevantná a citácie v texte sú vhodne použité.
Celkovo je práca na výbornej úrovni. Aj keď práca má veľa silných stránok, najväčšou výhodou práce vnímam možnosť aplikovania výsledkov práce v praxi. Práci nemám absolútne čo vytknúť a preto ju hodnotím za A, 100 bodov. Topics for thesis defence:
  1. Z Tab. 8.3 je zrejmé, že rozdelenie jendnotlivých kategórií záťaže je značne nerovnomerné. Prečo boli zvolené hranice tepovej frekvencie medzi rôznymi intenzitami záťaže práve na 90, 110, 130 a 150 tepov za minútu?
  2. Bolo by možné hodnotiť tachogramy aj inak ako vizuálne?
Points proposed by reviewer: 100

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová