Indonesi an  Journa l  of El ect ri cal Engineer ing  an d  Comp ut er  Scie nce   Vo l.   12 ,  No.   3 ,  Decem ber   201 8 , p p.   1 289 ~ 1 296   IS S N: 25 02 - 4752, DO I: 10 .11 591/ijeecs .v1 2 .i 3 .pp 1 289 - 1 296          1289       Journ al h om e page :  http: // ia es core.c om/j ourn als/i ndex. ph p/ij eecs   Cardia c Moti ons Classi fication  on S equential PSA X  Echocar diogram       Adam S hidqu l Az i z 1 , R iy an t o  Si git 2 , Ach m ad  B as u ki 3 , T au fik  Hid ayat 4   1,2,3 Inform at ic s a nd  Com pute r  En gine er ing,  Polit e knik  E le ktron ika Nege ri   Suraba ya,   Surab a y a   4 Depa rtment   of   Pedia trics,   Airlangga  Univer si t y ,   Suraba y a       Art ic le  In f o     ABSTR A CT   Art ic le  history:   Re cei ved   J ul   1 ,  201 8   Re vised  A ug   3 0 , 2 01 8   Accepte d  S ep   2 1 , 201 8       Cardi a c  wal l  m oti ons c l assific a tion on  2 - dimensional   (2D) echoc ard iogra ph i c   images  is  an   im porta nt   issue  fo r  quantitative  di agnosii ng  of   he art   d isea se .   Unfortuna tel y ,   t he  bad  qual i t y   of  ec hocardiogr am  ca use  computat ion a l l y   cl assifi ca t ion  on   ca rdi ac   wa ll   m o ti ons  is  stil l  b e come  a  big  ho m ework  for  m an y   r ese ar che r s  to  provid e  th e  best  resul t.   Ec ho ca rdiogr am  is  pr oduce d   b y   soundw ave s  which  absolu te l y   m ake   it s  imag es  have   spe ckle  noise  in  diffe ren t  int ensi t y .   The re fore ,   this   rese arc h  improves  a  set  of  m et hodolog y   to   cl assif y   c ard iac  wall   m oti on  se m i - aut om at ically .   R aw  ec ho ca r diogra m   will  be  enha n ce d  an d  segm ent ed  to   ta ke  th e  bound ar y   o f  endocard ium  of  le ft  vent ri cul ar  in   PSAX  ca rdia c  images.   New  improvem en t  of  Sem i - aut om at i ca l l y   m et hodolog y   is   appr oac h  on  det ecti ng  the  cont our  of   endoc ard ium  and  will   be  input e d  as  good  fea ture s  in  Luc as - Kana de  Optical   Flow  in  al l  seq uent i al   e choc arg rap hic   imag es.   On  cl assif y ing  ca rdi ac   wal l  m oti ons,  thi s  rese arc h  proposes  two  important   fea tur es  inc luding  le ngth  of   displa c ement  a nd   flow  dire c t ion.   New  prop rosed  flow  determ ina ti on   al gorit hm   and  E ucl id ea n  dista n c e  is  used  to  ca lculate  those  fea tu res.   All  the   fea tur es  will   b e  t rai ned  b y   N eur a l   Network  (NN )  and  valida te d  b y  Le av e  On e   Out  (LOO)  to  g et   ac cur ate  resul t.   NN   m et hod,   which  is   v al id ated  b y   LOO,   has  the be st   resu lt   of   81. 82%   cor rec tn ess t han   the ot her   compare d   m et hods.   Ke yw or d s :   E uclidea n dist ance   F low dete rm in at ion  alg ori thm   Lucas - Ka na de  op ti cal  f l ow   N eu ral  netw ork   S em i - autom at i cal ly  card ia c  m ot ion s classi f ic at ion     Copyright   ©   201 8   Instit ut e  o f Ad vanc ed   Engi n ee r ing  and  S cienc e .    Al l   rights re serv ed .   Corres pond in g  Aut h or :   Ad am  Sh id qul  Aziz ,   Inform at ic s an d  C om pu te r  E nginee rin g,     Po li te kn i k  Ele ktr on i ka Nege r i Su rab ay a,  S urabaya .   Em a il :  azi z.add am @g m a il .co m       1.   INTROD U CTION   Hear t,  wh ic h  is  locat ed  withi n  th or aci c  cavi ty ,  is  on e  of  th e  m os t  i m po rtant  orga n  in  the   body.  T he   siz e  of   ty pical   hear t  is  just  li ke   a  hu m an  fist:   12   cm   in  le ng th,  8  cm   in  wide ,  an d  6  cm   in  thickne ss.  Howev e r,  hear t  has  a  vital   j ob   of  pum pin g  a nd   s pr ea di ng   blood   th rou ghout  the  body  [1] .  hear t  flo w s  ox yge n - co nta inin g  blood  th rou ghou t   the  body.   O xyge n  will   dec om po se  glu c os e  i n  t he   bl ood  a nd  pro du ce   A de nosin e   Trip hosphat e  ( ATP)  an d  bec om e  a  us efu l  energy  f or   cel l ular  res pirati on.  T he   deat h  s ta ti sti c  rep or t  of   the  card i ov asc ular   disease   in   2018  has   be en   al arm ing .  W or l d  Healt h  Orga nizat ion   ( WH O )  re port ed  t hat   card i ov asc ular  d ise ase  ca us e d  17,7  m illi on   de at hs   e ver y  ye ar ,  it   m eans  31%   of  al l  gl obal   de at hs   a re  ca us e d  by   card i ov asc ular   dise ase  [2] .  Ther e f or e,   ec ho ca r diogra phy  app ea rs  as   one  of  non - inv asi ve  an d  painles s   te chnolo gy  to  create   i m age  of   hu m an  hear t.   The  expert  in  echo ca r diogra ph y  dia gnos e  hear t  co ndit ion  base d  on  so m e  sy m pto m s  wh ic h  a ppear  i n  th e   im age.  O ne  exa m ple  of   sy m pto m   is  card ia c  wall   m otion .  Ca rd ia c  wall   m otion   ca n  giv e  a n  i nd i cat ion   wh et her  the  hear t  is   he al thy  or  not.  Nev e rtheless ,  echo ca r diogra ph y  ha s   so m e  lim it ation s  inclu ding  im age  qu al it y,  op erat or   depend e ncy,  an d  interp reter  de pe nd e ncy  [ 3] .  Th os e   lim it at ion   aff e ct s  an  im pact  on  th e  acc ur acy   of  the  doct or’s   dia gnos is.   T he   accu racy  of  th e  doct or’s   dia gnos i s   dep e nds  on   th e  do ct or’ s  knowle dge  an d  ex per ie nce.  This   case  m otivates  so m e  of   engi neer s  sta rt  to  create   var i ou s  i nv e nt ion s  relat ed  to  im age  pr oc essing  on  ech ocardio gr am .  So m e  of   the  inv e ntions  f oc us   on   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2502 - 4752   Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci,   Vo l.   12 , N o.   3 ,  Dece m ber  2 01 8   :   1 289   –   1 296   1290   enh a ncem ent  [4 - 7] .  The  obj ect iv e  of  e nh a ncem ent  is  to  rem ov e   sp ec kle  noi se  an d  s harp en  in   echo ca r diogra ph ic   im age.  M os t  of   m edical   researc h  pro po se  m edian  filt e r  to  rem ov e  spe ckle  no ise   in  i m age.  The  oth e r  i nventions  fo c us  on  cl assify in g  the  ec hocar di ogram   beco m e   so m e  of  s pec ific   co nd it io n  [8 - 9] .  Current  resea r ch,   not  on ly   2 - dim ension al   echo ca r diogram ,  bu t  al so   3 - dim ensio nal  ech oc ard i ographic  im age.   So ,  the i nv e nti on on dia gn os i ng ech oca rd i ographic i m age is stil l op e ned.   The  hi gh   risk  of   m or ta li ty   th at   caused   by  card i ov asc ular  disease  m otivate s  researc her s   to  dev el op   a   com pu ta ti on al   diagnosis  with  their  own  a ppr oac h  in  m any  ty pes  of   resou rce.  Espe ci al ly  on   2D  or   3D   echo ca r diogra ph ic   im age,  th is  ty pe  of   res ource  c onti nu e s   to  be  a  t rend  for  resea rc her   to  dia gnos e.  Me ysam   Siy ah  Ma ns oo ry,  et .al  [9]   ev al uated  hea rt  m ov e m ent  to  diag nose  hea rt  disease.  He  use d  the  I ndepe nd e nt   Com pu te r  Al gorithm   (I CA )  t o  ob ta in   the  fe at ur es  of  ec hocard i ography.  Me ysam   us ed  the  ne ural   net work  t o  cl assify   an d  obta ined   the   hi gh e s t  accu racy   of  95.7%  f or  norm al   data  and  93. 8%   f or  abno rm al   data.  Sari na  Ma ns or  an d  J  Aliso n  N ob le   [10]   in  20 08   c onduct ed   a  cl assif ic at i on   st ud y  on   wall   m ov em e nt  of   echo ca r diogra ph ic   im ages  usi ng   t he  Hidd en  Ma r kov  M od el   (H MM )   m et ho d  a nd  usi ng   Leave  O ne  O ut   Vali dation ( LO O)  m et hod  re s ulted in  an a ve rag e  accu racy  of 80%.   In   this  resea rc h,   we  would  li ke  to  inv e sti ga te   wh et he r  the  flo w  di recti on  and   le ngth  of   m ov e m ent  as  featur e s  on   ca rd ia c  wall   m otion   can  cl ass ify   hear t  cond it ion .  Th os e  f eat ur es  are  th e  te chn iq ue  of  the  echo ca r diogra ph y  e xpert  to  diag nose  car di ac  wall   m otio n.   We  us e d  se m i  autom a ti ca ll y  go od  featu re  f or   Lucas - Ka na de   Op ti ca l  Flow  to  ob ta in  th ose   featur es .  Finall y,  arti fici al  neu ral  net work   is  perf or m ed  to   cl assify  the ca r diac wall  m otion.        2.   WALL  MOTI ON ABN ORMALITIE S   Ech ocardio gr a ph y  pr oduces  four   ty pes  of   views:  sho rt  axis  (SAX ),   lo ng   a xis  (L AX),  apical   tw o  cham ber   ( A2 C ),   a pical   f our  cham ber   ( A4 C ).   nev e rtheless ,  this  re searc h  fo c us   on  S A X  vie w.   O n  P SAX   echo ca r diogra m ,  the  exp e rt  will   ob ser ve   wall   m otion s   of   le ft  ve ntri cular  to  deter m ine  the  curr ent  first   j ud gem ent  of   hear t  c onditi on.  a bnorm al i ties  of  he art  will   be  in dicat ed   by  m otion s  of   e ndoca r dium   and   per ic ar diu m   ti ssu e.  Hear t  m ove m ent  and   siz e  of   t he  hear t  se gm ent  wall   when  c on tract in g  and   relaxati on   have   an  in dicat ion o f  hea rt  disease.  Pandian  et al   [ 11 ]   e xp la i ns  th at   m ov em ent o f  the le ft v e ntri cular  wall  that  is not   sy m m e try   and   thickeni ng   of   t he  hea rt  wall   in  ge ner al   gi ve s  a  sign   of  m yo car dial  isc he m ia   or   infar ct i on.  He  con cl ud e d  t hat  the  thicke ning  an d  m ov em ent  of  the  hea rt  wall   pro vide s  an  in dicat io n  of  the  hea rt's  wall   abno rm aliti es.           Figure  1. Ty pe s of  Wall  Moti on s  Ab norm al i ti es       Figure  1  s how s  there  a re  f our  ty pes   of  w al l  m otion s  ab norm al i ti es  su ch  as  norm al ,   dysk i nesia ,   hypoki nesia,  a kin esi a.  Li ke  exp la ine d  by  Ca therine  Otto  [ 12 ] ,  norm al   co nd it io n  is  endo card i um   m ov ing   into   deep   to wa rd   t he  center  nor m al l y  du rin g  s yst ole,  dysk ine sia   is  end oca r diu m   m ov ing   in  dif fer e nt  dir ect ion s,   hypoki nesia  is  endoca rd i um   m ov ing   into  de ep  tow a r d  the  center  slo wly  durin g  syst ole  (am plit ud e  le ss  than  5  m m ),   and   akin esi a  is  end oca r diu m   no t  m ov ing   at   al l.  In   thi s  researc h,   Dy sk inesia ,  hypo kin esi a,  a nd   a ki nesia   will  b e cla ssifi ed  as  abn or m al  hea rt con diti on .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci     IS S N:  25 02 - 4752       Card i ac  M otio ns  Cl assi fi cation o n Se qu e ntial P SAX  E ch oc ar di ogram   ( A dam  Shid qul Azi z )   1291   3.   RESEA R CH MET HO D   Ma in  idea  i n  t his  res e arc h  is  how  t o  cl assify   card ia c   m otion s  on  ech oca rdi ographic  im ages  by  us in g  flo w  di recti on  and  le ngth  of  m ov e m ent  as  f eat ur es.   Bo unda ry  of  e ndocardium   in  this  r esearch   is  obta ined   sem i - autom at i cal ly . I t m eans th at  syst e m  j ust  n eed  a ce nter po i nt coo rd i na te  of e ndocardi um  in  first ru nnin g.     This  resea rc h  us in g  set   of  va rio us   m et ho ds   befor e  getti ng   final  dia gnos e  of   wall   m otion.  Fig ur e  2  sh ows  t her e  are  f our  ste ps  in  the  propose d  al gorith m   including  enh a ncem ent,  segm entat ion ,   feature   extracti on,  an d  cl assifi cat ion.   En ha ncem ent  an d  se gm entat ion   has   bee n  com plete ly   exp la ined   by  Ri ya nto   Sigit  et.al   [ 13 ]   in h is  p a per.          Figure  2. Pro pose d  Al gorith m       3.1 .      Enh an c e ment   Sp ec kle  noise   is  a  m a in  pro bl e m   in  the  m os t  of   ech ocardi ogra ph ic   im age.  The   hi gh e r  intensit y  of  sp ec kle  no ise ,  the  m or e  diff ic ult  to  be  obse r ved   for   the  do c tor.   S o,   e nhanc e m ent  is  need e d  to  rem ov e  s pe ckle  no ise   an d  t he  f inal  res ult  to  c onve rt  ob j ect   of  im age  into  e dg e .  E nhance m ent  is  di vid e d  int o  fou r  ste ps .   The   exp la natio n  is  as foll ows:     a )   Me dian  Hi gh  B oost Fi lte r   M edian  Hi gh   Boo st  filt er  is  a  new   m od ifie d  of  ba nd   pass   filt er.  The  hi gh - boos t  filt er  c an  be  us ed  t o  enh a nce  high  f reque ncy  com pone nt  w hile  sti ll   keep ing   the   low  f re qu e ncy   com po ne nts.  Usu al ly ,  Hi gh   Boo s t   filt er  us e s  m ean  fitl er  as  l ow  pass  filt er  in   it s  co m bin at ion.   H ow e ve r,  this   resea rch  us es  m edian  filt er   a s  lo w  pass  filt er  in  c om po sin g  Hi gh  Bo os t  Fil te r.  Me dian  filt er  ha s  good  perf orm ance  on  re du ci ng   s pec kle  noise   in   i m age.  The  fu ndam ental  eq uat ion   of  high  boost  f il te r  is m entione d  as  foll ows:      ℎ = 0 + ∗ ℎ                   (1)     Eq uation  1  ex plains  t hat  hi gh  boos t  im age  (Ih b)  is  re su lt ed  by  a pp e nding  pi xel  value   of  or i gin al   i m age ( I 0) w it h hig h pass im age  (Ihp) a nd  m ul ti pled  with   determ ined  co ns ta nta  (c).      ℎ =  + ∗ ℎ                 (2)     Eq uation  2  de scr ibes   the  high  boos t  c onvo luti on   ke rn el .   Kernel  is  ob ta ined  by  a pped ing   al l  pas s   kernel ( Wa p) a nd contanta   (c )  m ult ipled  by hi gh   pass  k e r nel (Wh p).      ℎ =   0 −                    (3)     Othe rside, hi gh pass im age ( I hp)  ca n be pr oduce d by ori gi nal im age ( I0) m inu s lo w pas s i m age ( Il p) .  Lo w  pas s  filt er  is  us e d  to   re m ov e  or   reduc e  no ise .  I n  thi s  researc h,  hi gh  bo os t  filt er  us es  m edian  fi lt er  to  rem ov e sp ec kl e noise c on ta in ing  i n  ec ho c ar diogr am .    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2502 - 4752   Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci,   Vo l.   12 , N o.   3 ,  Dece m ber  2 01 8   :   1 289   –   1 296   1292   b)   M orpholo gy   M orpholo gy  is   a  br oad  set   of  im age  proce ssing  ope rati ons  t hat  proc es s  im ages  base d  on  s hap es .  Mor phologica l  is  div i ded  int o  dilat ion   a nd  erosi on.  C ombinati on  of   dilat ion   a nd  er osi on   m akes  tw o  ne w   al gorithm s o f o pen i ng and cl osi ng.      ∘ = ( ⊝ ) ⊕                 (4)     ∘ = ( ⊕ ) ⊝                 (5)     Eq uation  4  is  an  openi ng   m orp ho l og ic al .  Op e ning  is  th e  dilat ion   of   t he  er os io n  of  a  set   A  by  a   structu rin g  el e m ent  B.  Equ a ti on   5  is  a  cl os in g  m or phol og ic al .  Cl os i ng  is  a  set   (b i nar y  im age)   A  by  a  s tructu rin g  el e m ent B is t he  e ro si on of t he dil at ion  of t hat s et .      c )   Thre s ho ldi ng   Thr e sholdi ng   processi ng   will   conver t  im age  into  bin a ry  im age.  This   m et hod  will   create   a  bla c k  wh it e  i m age.  To  co nvert  i m age  to  bin a ry,  i m age  m us t  be  conver t  into  gray scal e  i m age  and   co nverti   it   into   bin a ry w it h det erm ined  thres hold  value . T he fo rm ula o f bin ary pi xel d et e r m inati on  is e xpla ined  as  fo ll ow s:     ( , ) = { 0 , ( , ) < ℎ 1 , ( , ) ≥ ℎ                 (6)     d )   Cann y  Fil t er   Ca nn y  Fil te r  is   an  e dge  detect ion   op e rato r  t hat  use s  al   m ulti - sta ge  al gori thm   to  detect   a  wide   ra nge   of ed ges  i n  im a ge.   The  Proces s of Ca nn y e dg e d et ect io n  al gorithm  can be  bro ken do wn to 5  diff e re nt steps:   1)   Apply Ga us sia n fil te r  to sm ooth the im age in o rd e r  to  r em ov e the  noise   2)   Find the i ntens it y gr adie nts  of the im age   3)   Apply n on - m axim u m  su ppres sion t o get ri d of sp ur i ous  res pons e  to  e dge  detect ion   4)   Apply d ouble t hr es hold t o determ ine p otenti al  ed ge s   5)   Track  ed ge  by  hyste resis:   Fi naliz e  the  dete ct ion   of   e dges   by  sup pr es sin g  al l  the  oth er   edges  that  a re   w eak  and  not c onnected  to st r ong  e dges.     3. 2 .      Se gme ntati on   Segm entat ion   is  a  ne xt  ste p  af te r  en han c em e nt  to  ta ke   only   the  co ntour   of  endoca rd i um .  t he  c on t our   will   beco m e  go od  feat ur e  f or  Lucas - Ka nad e   Op ti cal   Flow   to  est i m at e   m o ti on   of  en do ca rd i um   in  sequ e nt ia l   echo ca r diogra ph ic  im ages.  T her e  are  t hr ee  s te ps  in  seg m entat ion  m et ho d.  The  e xpla natio n  is as  foll ows:     a )   Re gion Fil t er   Re gion  Fil te r  will   rem ov e  al l  unnecessa ry  con t our  a nd  e dg e   outsi de  of  determ ined  ra ng e .  Ra nge   value  is  deter m ined  m anu al ly   fr om   center  po i nt  of  en doc ard i um   to  est i m at ion   of   t he  ou te st  of   e ndoc ard iu m   bounda ry.      b)   Co ll ine ar   Coll inear  will   rem ov e  con t our  an d  e dg e   inside  dete r m ined  ra ng e .  The  eq ua ti on   of   c olli nea r   descr i bed in  E qu at io n 7.      1 ( 2 − 3 )   +   2 ( 3 − 1 )   +   3 ( 1 − 2 )   =   0           (7)     Eq uation  7  ex plains  ab out  three  po i nts  in   on e  strai ght  li ne.   The  thir d  one  will   be   detect ed  as   unnecessa ry  point an d wil l be  rem ov ed.      c )   Tr ian gle E quation   This  m et ho d  is  propose d  s pec ia ll y  by  Riyanto  Sigit   et .al  [13]   to  co nn ect   t wo   unco nnect ed  li ne.   T w o  determ ined  po ints  will   be  c hoos e n  base d  on  the  cl os est   an gle  f ro m   tho s e  points .  T he  e xp la nation  is  as   fo ll ows:   1)   Syst e m   has  to   determ ine  the   ap prox im at e  center  of  the  enclose d  reg i on  that  will   be   co nn ect e d  by  cal culat in g  t he c entr oid .     2)   The  e ndpoints  of   t he  bo unda r y  are  m ark ed  as  two  c ouples   po i nt  that  wil l  be  co nnect ed .  Th os e  points  can  be  il lustrat ed  as  first  po i nt  is  B  an d  t he   seco nd  one  is   C.  T hen,  the  center  point  be com e  the  third  po i nt.  S o, BA C wil l be  form ed  as  tri an gle.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci     IS S N:  25 02 - 4752       Card i ac  M otio ns  Cl assi fi cation o n Se qu e ntial P SAX  E ch oc ar di ogram   ( A dam  Shid qul Azi z )   1293   3)   The  ga p  in   the   boun dar y  is  m ini m iz ed  by  fixing  one  of  the  e nd  points   m   su ch  as  po i nt  B.  point  C  i s   al lowed  to  tra nsvers e  in ward along  the   bo undar y un ti l  the point  at  w hic h  the  a ng le   B AC is  m ini m iz ed  is  fou nd.   4)   The o pen bo undar y i s t hen co nn ect e d by a   li ne fr om  p oin t  B t o po i nt C.      3. 3 .      Fe ature  Extr act i on   Lucas - Ka na de   Op ti cal   Flo w   is  perf or m ed  to  est i m at e  the  boun dar y  of   endoca rd i um   i n  se qu e ntial   echo ca r diogra ph ic   im ages.  Op ti cal   Flow   us es  inten sit y  of   im age  to  determ ine  identic al   pix el   in  a no t he r   i m a ge.   I n  Op ti cal   Flow  ( , , )   is  the  inte ns it y  of  pix el s   with   ( , )   express  l ocati on  of   t he  pix el   an d  t  express  tim e. Basi cal ly , O ptica l Flow  can  be desc ribe d by  E quat ion 8   [ 3] :     ( , , ) = ( + ∆ , + ∆ , +  )             (8)     ∆   an d  ∆   are  deter m ined  as  belo w:     { ∆ =  ∆ =                    (9)     ( , )   are  vel ocity   com po ne nts  in  horizo ntal  an d  ver ti cal   direct ion s  at   the  po i nt  ( , ) .  ∆ , ∆   are   m ov e m ent  at   m entioned   dir ect ion   res pect ively .  More over,  δt  is  the  sm a ll - tim e  int erv al   bet ween  two  seq uen ti al  fra m es.    This  researc h  s plit s  vid e o  of  e cho ca r diogram   bec om e  te n  f r a m es.  All  f ram es  are   a  repres entat ion  of  on e  hear t  cy cl e  fr om   dias tole  to  syst ole.  B y  us ing   O ptica l  Flow ,  determ ining   bounda r y  of   endoca rd i um   can   perform ed  in a ll  seq ue ntial  f r a m es w it hout repeat ing t he  in it ia l pr ocess  of  enh a ncem ent an d se gm entat io n.             Figure  3. Luca s - Ka na de Op ti cal  Flow Esti m at ion       Boun dar y  of  endoca rd i um   that  has  been   obta ined  from   se gm entat ion   m e thod  will   be  good  feat ur e s   in  Op ti cal   Flo w.   O ptica l  Flo w  of  Lucas - Ka nad e  will   find   identic al   pix el   in  nex t  im age  base d  on  the  c losest  intensit y i n  two  pix el s.  Fi gur e 3  sh ows Opti cal  Flow  es tim at ion  can  fin d m os t  o f  pix el  bet ween  tw o  i m ages in  on e  set   se qu e nt ia l  i m ages.  H oweve r,   the  s uc cess  rate  of   O pt ic al   Flow   est im at ion   dep e nd s  on   th e  qual it y  of   all   fr am es.  If   the  ne xt  i m age  has  bad  q ualit y,  then  O ptica l  Flow   will   be  diff i cult  to  find   ide nt ic al   pix el   and   surel y  m any  of   nex t  good  feat ur es  will   be  m issed.   This  resea rc h  us es  11   set   of   echo ca r diogra m s  wh ic h  are  div ide d  beco m e  two  gro up  cl ass  of  norm al   and   a bnorm al .  Sp eci f ic al ly ,  there  a re  fi ve  norm al  an d  si x  a bnorm a l   echo ca r diogra m s.    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2502 - 4752   Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci,   Vo l.   12 , N o.   3 ,  Dece m ber  2 01 8   :   1 289   –   1 296   1294   Ever y  go od   f eat ur es  f ound ed  in  eve ry  im ages  will   be  extracte d  in to  necessa ry  featur e  for   cl assifi cat ion .  Ther e   are   tw o  featur e s  that  is   le ng t h  of  m ov e m ent  and  fl ow  of   directi on s.  T ho s e  feat ures  ar e   basic sym pto m  for  t he do ct or  to d ia gnos e  h e art co ndit ion  t hro ugho ut  wall   m ot ion  in  S AX ech ocardio gra m .      3. 3 . 1  Le n gth  of  Movemen t o r D ispl acemen t   Len gth   of   m ove m ent  is  a  le ngth  betwee n  t w o  points  from   i m age  A  to  im a ge  B  w her e  im age  B  is  the  nex t  good f eat ur e im age o n  s equ e ntial  ech oc ard i ogram . P oin t i n  i m age B is g ood feat ure  estim at ed  by O ptica l  Flow. T he  e qu at ion   of len gth   of d is placem ent is d esc ribe d b el ow :     = √ ( + 1 − ) 2 + ( + 1 − ) 2             (10)     Eq uation  10  e xpla ins  dif fer e nc e  ( d)   is   obta in ed  from   sq uar e d  root  of   su m   of  squa red  dif f eren ce   of  x  and y.     3. 3 . 2  Fl ow  Dir ection  D e term inat i on   Flow   Directi on   is  a  featur e  that  descr ibes  a  directi on  of   m ov em ent  betwe en  to  pix el .  T he re  are  two  kind  of   directi on s   that  is  un c hange d,   i nw a r d  a nd   outwa rd.   U nch a nged  pi xel  is  tw o  pix e ls  sta y  in  one  place.  Inward  is  go od  feat ur es  m o ving  insi de  to wards  the  ce nt er  point  of   e ndoca r diu m .  Outwar d  is  good  featur e s  m ov ing   ou tsi de  tow a r d  f r om   the cente r po i nt  o f  end ocardiu m .              (1)   (2)   (3)         (4)   (5)   (6)     Figure  4. Al gorithm  o f  Dete r m inati on  of  Flow Dir ect ion        Figure 4   s hows   so m e  al go rith m s  to  determ ine  kind o f  flo w  directi on  be tw een  tw o  se que ntial   i m ages.  flo w  di recti on  determ inati on  us es   first  bo unda ry  of  e ndoca r diu m   as  an  i niti al   co ntour .  T her e   are  six  al gorithm s d escribe d belo w:   a)   Image  part  ( 1 ) :   an  uncha nge d  pix el   is  a  con d it io n  w her e  the  nex t  est i m at ed - pix el   (C)  do e s  no t  cha ng e  against  pr e vi ous p i xel ( B) .   b)   Image  pa rt   ( 2):   a n  ou t ward  pi xel  is  a  c ondit ion  that  occurs   w hen  the   ne xt   est i m at ed - pixe l  (C)   is  outsi de   the init ia l co nto ur  wh il e t he p rev i ou s  p i xel (B )  is i ns i de  the   init ia l con t our (A ).   c)   Image  part  ( 3) :   ano ther  out ward  pi xel  is  a  conditi on   th at   al so   occurs   wh e n  previ ous  (B)  an d  ne xt   est i m at ed - pix e l  (C)  are  inside  the  init ia l  con t our  ( A) ,  bu t  the  ne xt  est i m at ed - pix e d  has  a  short er   disp la cem ent than t he p rev i ous  pix el .   d)   I m age  part  ( 4 ) :   an  inwa r d  pix el   is  a  con diti on   that  occ urs  wh e n  previ ous   (B)  and   nex t  est i m at ed - pix e l  (C)  a re  in side  the  init ia l  co nto ur  (A),   but  th e  ne xt  est im a t ed - pix e d  has  a   longe r  disp la c e m ent  than   th e   pr e vious  pix el .     e)   Image  part  ( 5):   ano t her   in wa rd   pi x el   is  a  con diti on  that  al so   occ ur s  wh e n  pr evi ous  pix el   (B)  is  ou tsi de  the init ia l co nto ur a nd the  n e xt esti m a te d - pi xel ( C )  are  insi de  the  init ia l con t our (A ).    f)   Image  part  ( 6 ) :   an  inwa r d  pix el   is  a  con diti on   that  occ urs  wh e n  previ ous   (B)  and   nex t  est i m at ed - pix e l  (C)  are  outsi de   the  init ia l  cont our  ( A) ,  but  the  ne xt  est i m ated - pix e d  ha s  a   sh ort er  disp la ce m ent  than  th e   pr e vious  pix el .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci     IS S N:  25 02 - 4752       Card i ac  M otio ns  Cl assi fi cation o n Se qu e ntial P SAX  E ch oc ar di ogram   ( A dam  Shid qul Azi z )   1295       Figure  5. Re su l t of Flo w Direc ti on   Determ inati on       Figure  5  s ho ws  the  res ult  of   fl ow   direct ion   bet wee n  two  se quentia l  i m ag es.  Every   directi on   is   represe nted  by   diff ere nt  col or.  The  blue   pix el s  re pr ese nt  inward  dir e ct ion   an d  the   red   pix el s  re pr ese nt  ou t ward  dire ct ion.  The  re su lt   sh owe d  that  bi t  of   pix el s  ca n  be  tracke d  co rrec tl y.  Ho we ve r,   the  res ult  can  sti ll   be use d  as t he ne xt  good  feat ur es .      3. 4 .       Clas si ficat i on     On e  cy cl e  of   hear t  sta rted  f r om   diastole   to  syst ole  is   rep r esented  by  10  fr am es.  So ,  th ere  are  nin e  changes  betwe en  tw o  c onsec utive  im ages  duri ng   one  cy cl e.  The re  a re  t wo   featu res  t ha t  will   be  ext r act ed  in  on e   cha nge  tha t  is  flow  direct ion   (F)  an d  le ngth  of  dis placem ent  (L) .   Th er efore,  i n  one  c yc le   of   hear t,  t here   are  18  featu res   that  will   be  ob ta ined  a nd   will   be  us ed  as  f eat ur es  in  cl as sific at ion   m et h od.  Ar ti fici al   Neu ral  Netw ork  is  pro po s ed  for  cl ass ify ing   the  feat ur es  bec om e  t wo   cl asse s  that   is  norm al   and   abno rm al .  Ab norm al  can  be divid ed   beco m e thr ee  he art co ndit ion  t hat is  dysk ine s ia , ak ine sia , hypokine sia .           Figure  6. Pro pose d  Cl assifi ca ti on  Met ho d         4.   RESU LT   A N D DIS CUSSI ON   Ther e  a re  11   s et s  of   f ram es  t hat  su c ces sf ul  to  segm ent  in  this  researc h.   Th os e  dataset s   are  div i de d  into  tw o  cl asse s  of   norm al   and   ab norm al .  Sp eci fical ly ,  there  are  5  norm al   dataset s  and   6  ab norm al   dataset s.  Pr op os e d  m et h od   i n  F ig ure  6   has  been   a ppli ed.   Fl ow  d irect ion  h as b een obtai ned   a nd  t he   sta ti sti c  resu lt   of   t he   featur e  d e scri be d  i n Ta ble 1.       Table  1.   Stat ist ic  o f  Flo w Dire ct ion   Co n d itio n   Flo w I n  ( in wa rd)   Flo w Out (ou tward )   No r m al   57%   43%   Ab n o r m al   35%   65%     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2502 - 4752   Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci,   Vo l.   12 , N o.   3 ,  Dece m ber  2 01 8   :   1 289   –   1 296   1296   Table  1  ex plain  flo w  directi on  of   norm al  and   ab norm al  hav e  dif fer e nt  re su lt .  Norm al   c l ass  has  the   per ce ntage  value  of  inwa rd   f low  hi gh e r  tha n  outwa rd   fl ow.  Ot herwise,  abno rm al  cl ass   has  the  pe rce ntage   value o f  in ward f l ow lo wer t ha n ou t ward  flo w.  T hese  r es ults co rr es pond  w it h  the e xp la na ti on  in  secti on  2  that   the  char act eris ti c  of   no rm al   hear t  is  al l   of   tissu es  m ov ing   i ns ide .  Table  1  sh ows  di ff e rence   per centa ge  valu e   betwee n  in ward  flo w  an d  out ward  flo w  in  norm al   c la ss  i s  s m al le r  than  diff e re nce  valu e  in  ab norm al   cl ass.   This is ca us e d by the re ar e  sti ll  w r ong deter m inati on  in  f lo w direct io n.     Cl assifi cat ion   i s  pe rfor m ed  by  us i ng  Ra pi dMiner  with   fe w  of  cl assifi cat io n  m et ho ds.  Ta ble  2   s how s   the  com par iso n  res ult  of   ev ery  m et ho d.   P ercenta ge  is  ob ta ined  with  Lea ve  O ne  O ut  (LOO)   validat io n  m et ho d.   T his  validat io n  m e t hod  is  com m on ly   us ed  to  va li date  featur e   in  m edical   c om pu ti ng   case .  It  is  ob s er ved   that  neural  netw ork   with  le arn in g  rate  0.01   has  the  highest  pe r form ance  with  value  81. 82% .  The   seco nd p la ce is  suppo rt   vect or m achine w it h per form ance val ue  is  72.73% .        Table  2.  Cl assi ficat ion  Res ults    Metho d   Res u lt ( %)   Near est  Neig h b o r  ( N =  3 )   5 4 .55 %   Neu ral  N etwo rk ( L R = 0.0 1 )   8 1 .82 %   Naïv e Bay es   6 3 .64 %   Su p p o rt  Vector M achi n e   7 2 .73 %       5.   CONCL US I O N   Diag nose  of   ca rd ia c   m otion s   by  ech oca rd i ogra phy  ex per t  i s  base d  on  flo w  of  directi on   and  le ngth  of  disp la cem ent  of   ec hocar diogram .  Lucas - Kan a de  O ptica l  Flow  is  ap plied  in   feat ure  extracti on  t o  est i m at e   good  feature   of  al l  co ns ec utive  ec hocar diogram .  Ex per im ent  in   F ig ur e   3  s h ow s   that  Lucas - Ka na de  Op ti cal   Flow   has  good   perform ance  to  est im a te   go od  feat ur e  i n  th e  nex t  im age.  Flow   directi on   can  be  deter m ined   alm os t  pr eci sel y  with  pr op ose d  al gorithm .  Len gth   of  dis pl ace m ent  can  be  cal culat ed  by  us in g  eq uat ion   8.  Flow   Directi on  an d  le ngth  of  dis placem ent   featur e s  has  good  e nough  pe rfor m ance  by  us in g  neural  ne twork .   Howe ver,  op ti m iz at ion   is  ne eded  to   im pr ov e  the   re su lt .  This  researc h  pro ves  th os e   two  feat ur es   ca n  be  use d  to d ia gnos e  car diac d ise ase  c om pu ta ti on al ly .       REFERE NCE S   [1]   J.  G.  B et ts  et al . ,   “ Anatom y   and P h y siolog y ” .   Ho uston:  OpenStax ,   2016 .   [2]   W orld  Hea lt h   Or gani z at ion ,   “ On  W orld  Hea rt   Da y   W HO   c al ls f o r   accelerate d   a ct i on  to  pr eve n t  th e   world’s l e adi ng   globa l   killer”,  20 18.   [Onlin e] .   Av ai l abl e :  ht tp: / /www . who.i nt/ c ard iova scul ar_ dis eas es/e n/. [Ac c essed:  06 - Jul - 2018] .   [3]   P.  Torka shv and,  H.  Behna m ,   and   Z.   San i, “M odifi ed  Opti ca l   Flow  Te chn ique   for  C ard iac  Motions   Anal y sis   in  Ec hoc ard iogr ap h y   Im age s,”   vol .   2,   no.   Jul y ,   pp .   1 – 8,   2012 .   [4]   Maity ,   A.  Pa tt an ai k,   S.  Sagn ika, and  S.   Pani, “A   compara ti v e  stu d y   on  appr o ac h e s to  spec k le noi s e  red u ct ion   in   images, ”   Proc.   -   1st I nt. Conf. Co m put.   Intell .   Ne t works ,   CINE  20 15,   no .   Mar ch, p p.   148 – 155 ,   201 5.   [5]   Y. - W .   Song a nd   S.  S.  Udpa ,   “ A  New Morphologi cal  Approa ch  fo r  Reducing  Spe c kle   Noise   in   Ultr asonic   Im ag es, ”   pp.   1397 – 1400 ,   1997.   [6]   N.  Rajal akshm i,   K.  Nara y a nan ,   a nd  P.  Am udhavalli ,   “ W ave let - bas ed  weigh te d   m edi an  f il t er  for   im age   d enoi sing   of   MRI bra in im ag es, ”  Indone s.   J .   El e ct r.   Eng. Co mput.   Sc i. ,   vo l. 1 0,   no .   1 ,   pp .   201 – 206,   2018 .   [7]   S.  A.  Sa le em  an d  T. A.   Raz ak, “A n  eff e ct iv e  noi se  ada p ti ve   m edian  fi lt er   for   removing  high   densi t y   impuls e  no ise s  in  co lor  imag es, ”  Int .   J. E l ectr. Com put.   Eng . ,   v ol.   6 ,   no .   2 ,   pp .   6 11 – 620,   2016 .   [8]   O.  Bobkova ,   V.   V.  Z y uz in, S.  V .   Pors hnev,   and V.  V.  Bobkov ,   “ Expe ri enc e   of   using of   m a chi ne   l ea rning   m et hods  to  id ent if y   th e  l e ft  ven tri c le re gi o n  in ec ho ca rdiog rap hic records,”  2016  IEEE  10 th Int.   Con f. A ppl .   I nf.   Comm un.   Technol . ,   pp .   1 – 5,   2016 .   [9]   M.  S.  Mansoor y ,   M.  As htiy a ni, and H. T. N., “Ca rdia c   Motion   Ev al ua ti on  for   Dise ase   Diagnosis   U sing I CA Ba sis  Neura l  N et work, ”  2009  In t. A ss oc.   Comput .   S ci.  I nf.   Te chnol.  -   Sp ring Conf . ,   no .   1 ,   pp .   496 – 500 ,   2 009.   [10]   S.  Mansor a nd   J.   A.  Nobl e, “LOCA L  W ALL  M OTION   CLASS I FICA TION OF  STRESS   ECHOCA RDIOGRAP H Y US IN G A HIDDEN MA RKOV  MODEL   AP PR OA C H Sari na  M ansor ,   J Al ison Nobl e, ”   pp.   1295 – 1298 ,   2008.   [11]   N.  G.  Pand ia n ,   D.  J.  Skorton ,   S.   M.  Col li ns,   H. L.   Fa lset t i, E.  R .   Burke, a nd   R.   E .   Kerb er,  “ Hetr o gene i t y   of   le f t  vent ri cul ar   segm ent a l  wal l thic k e ning  and   ex cur si on  in two di m en sional   ec hoc ard i ogra m s of  norm al   hum an   subjec ts, ”  vo l. Am .   J.  Car ,   no .   51 ,   pp .   1667 – 1673 ,   1983.   [12]   C.   Otto ,   R .   Sch wae gle r ,   and  R .   Free m a,   “ Te x tbo ok  of  Cl ini c al E c hoca rdiogr aph y ” .   2013 .   [13]   R.   Sigi t, A.   R .   B ara kbah ,   I .   A .   Su li stij ono ,   and  A.   S.  Aziz,  “ Autom at i c  c ard i ac seg m ent at ion   using  tri angle and  opti c al   f low, ”   In dones.   J .   Elec tr .   Eng.   Comput .   S c i. ,   vol .   8 ,   no .   2 ,   p p.   315 – 326 ,   201 7.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.