T E L K O M N I K T elec o m m un ica t io n,  Co m pu t ing ,   E lect ro nics   a nd   Co ntr o l   Vo l.   19 ,   No .   4 A u g u s t   2 0 2 1 ,   p p .   1 2 6 0 ~ 1 2 7 2   I SS N:  1 6 9 3 - 6 9 3 0 ,   ac cr ed ited   First Gr ad b y   Kem en r is tek d i k ti,  Dec r ee   No : 2 1 /E/KPT /2 0 1 8   DOI : 1 0 . 1 2 9 2 8 /TE L KOM NI K A. v 1 9 i4 . 1 9 3 7 1     1260       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //jo u r n a l.u a d . a c. id /in d ex . p h p /TELK OM N I K A   An auto ma tic  sc r eening  appro a ch f o r obs truct iv e sl e ep a pnea   from p ho tople thys mo g ra ph using   ma chine learning   t echniqu es       Sm ily   J ey a   J o t hi E . 1 Anitha   J . 2 J ud H ema nth 3   1 De p a rtme n o Bi o m e d ica En g in e e rin g ,   Av in a sh il in g a m   In stit u te f o Ho m e   S c ien c e   a n d   Hig h e Ed u c a ti o n   f o Wo m e n ,   Co imb a to re ,   I n d ia   2 ,3 De p a rt m e n o El e c tro n ics   a n d   Co m m u n ica ti o n   E n g i n e e rin g ,   Ka ru n y a   I n stit u te o f   Tec h n o lo g y   a n d   S c ien c e s,  Co imb a to re ,   I n d ia       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   J an   5 ,   2 0 2 1   R ev is ed   Ma r   1 7 ,   2 0 2 1   Acc ep ted   Ma r   3 0 ,   2 0 2 1       Ob stru c ti v e   sle e p   a p n e a   (OSA),   a   v e ry   c o m m o n   sle e p   d iso rd e r   re m a in a a n   u n d e r d iag n o se d   r o o c a u se   fo r   s e v e ra c a rd io v a sc u lar  a n d   c e re b r o v a sc u lar  d ise a se s.  In   th is  p a p e r,   we   p ro p o se   a n   e fficie n a n d   a c c u ra te  sy ste m   th a t   u ti li z e a   si n g le  se n s o f o e ff e c ti v e   sc re e n in g   o f   OSA  u sin g   m a c h in e   l e a rn in g   a lg o r it h m s.  T h e   a u to m a ti c   sc re e n in g   s y ste m   in v o l v e a   p h o to p leth y sm o g ra m   (P P G sig n a l,   a   n o v e l   a lg o rit h m   t o   d e tec a n d   re m o v e   th e   c o rr u p ted   p a rt   o f   t h e   sig n a l,   a   fe a tu re   e x trac ti o n   m o d u le  t o   e x tra c se v e ra fe a tu re fro m   t h e   P P G   wa v e fo rm   a n d   a   c las sifier  m o d u le  w h ic h   h e lp in   sc re e n in g   fo OSA Th e   e lem e n tal  id e a   b e h in d   t h is  wo rk   is  t h a th e re   is  a   c h a ra c teristic  re latio n sh ip   b e twe e n   th e   sh a p e   o th e   P P G   wa v e fo rm   a n d   th e   o x y g e n   d e sa tu ra ti o n   in   th e   a p n e a   p a ti e n ts.  Th e   m e th o d   a d e sc rib e d   wa tes ted   o n   2 8 5   su b jec ts,  i n c lu siv e   o b o t h   n o rm a a n d   a p n e a   p a ti e n t s,  a n d   th e   re su lt we re   o b tain e d   a fter  10 - f o l d - c ro ss   v a l id a ti o n   o f   th e   d if fe re n m a c h in e   lea rn in g   tec h n iq u e v iz. ,   u n iv a riate   re g re ss io n ,   m u l ti v a riate   r e g re ss io n ,   su p p o rt  v e c t o m a c h in e   a n d   ra n d o m   fo re st.  Th e   b e st r e su lt s in   sc re e n in g   OSA   we re   o b tain e d   fr o m   ra n d o m   f o re st  a lg o rit h m   with   t h e   h i g h e st  p e rfo rm a n c e   (Ac c :   9 8 . 0 % ,   S e n :   9 8 . 6 % ,   S p e c:   9 9 . 3 % fo a ll   t h e   c o m b in e d   fe a tu re s.  Th e   p ro p o se d   w o rk   is  a n   e ffe c ti v e   sy s tem   fo a u to m a ti c   sc re e n in g   o f   O S fro m   a   sin g le  P P G   se n so r,   th e re b y   re d u c in g   t h e   n e e d   f o a   v e ry   e x p e n siv e   a n d   o v e rn i g h p o ly s o m n o g ra p h y   sle e p   stu d y .   K ey w o r d s :   Mu ltiv ar iate  r eg r ess io n   Ob s tr u ctiv s leep   ap n ea   Ph o to p leth y s m o g r am   R an d o m   f o r est   Su p p o r v ec to r   m ac h in e   Un iv ar iate  r eg r ess io n   T h is i a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   J u d Hem an th   Dep ar tm en t o f   E lectr o n ics an d   C o m m u n icatio n   E n g in ee r i n g   Kar u n y I n s titu te  o f   T ec h n o lo g y   an d   Scein ce s   Kar u n y Nag a r ,   C o im b ato r e,   6 4 1 1 1 4 ,   T a m iln ad u ,   I n d ia   E m ail:  ju d eh em an t h @ k ar u n y a . ed u       1.   I NT RO D UCT I O N   Sleep   d is o r d er s   h as  n o b ec o m v e r y   co m m o n   h ea lth   c o n d itio n   a f f ec tin g   ab o u 2   to   4 o f   th e   ad u lt  p o p u latio n   an d   h a v e f f ec o n   s ev er al  asp ec ts   o f   life .   Am o n g   th s ix ty   d if f e r e n s leep   d is o r d er s   id en tifie d   b y   th I n ter n atio n al   C lass if icatio n   o f   Sleep   Dis o r d er s   [ 1 ] ,   o b s tr u ctiv s leep   ap n ea   ( OSA)   is   o n o f   th m o s co m m o n   o n e,   ch ar ac ter ized   b y   ep is o d es  o f   co m p lete,   in ter m itten o r   p ar ti al  o b s tr u ctio n   an d   r ep etitiv co llap s o f   th u p p er   air way   d u r in g   s leep .   R esear ch   r ep o r ts   o n   th p r ev alen c o f   th s y n d r o m e   am o n g   th a d u lt p o p u latio n   es tim ates th at  it i s   m u ch   h ig h er   i . e.   ab o u 5 0 % in   p atien ts   with   ca r d io v ascu lar   an d   ce r eb r o v ascu lar   d is ea s es  [ 2 ] .   Ob s tr u ctiv s leep   ap n ea   is   cu r r en tly   d iag n o s ed   u s in g   p o ly s o m n o g r ap h y   ( PS G)   an d   is   co n s id er ed   as   th g o ld   s tan d ar d .   PS is   u s u ally   p er f o r m ed   in   s leep   la b s   as   an   o v e r n ig h s leep   s tu d y .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KOM NI KA   T elec o m m u n   C o m p u t E l Co n tr o l         A n   a u to m a tic  s creen in g   a p p r o a ch   fo r   o b s tr u ctive   s leep   a p n e a   fr o   ( S mily  Je ya   Jo t h i.  E )   1261   Du to   th lim itatio n   o f   s leep   lab s   in   h o s p itals   an d   clin ics  an d   d u e   to   c o m p le x ity   o f   t h ab o v e   d iag n o s tic   tech n iq u e,   t h p r o ce d u r is   q u ite  ex p e n s iv an d   c u m b er s o m to   u s [ 3 ] .   T h e r ef o r e ,   th n ee d   f o r   a n   alter n ativ e,   s im p le  an d   r o b u s t scr ee n in g   o f   OSA  is   ju s tifie d   b y   th s ize  o f   th p o p u latio n   a f f ec ted .   Sev er al  ap p r o ac h es  alter n ativ e   to   PS G   h av b ee n   p r o p o s ed   wh ich   aid s   in   th d ay   tim m o n ito r in g   o f   OSA  u s in g   in d iv id u al  s ig n als  v iz. ,   r esp i r ato r y ,   elec tr o ca r d i o g r ap h y   ( E C G) p h o t o p leth y s m o g r ap h y   ( PP G) E E G,   s n o r in g   lo u d n ess ,   Sp O 2   o r   co m b i n atio n   o f   two   o r   m o r s ig n als.  As  r ep lace m en to   th ese  m eth o d s   an d   to   th o v e r n ig h PS s tu d ie s ,   th is   wo r k   p r o p o s es  th u s o f   n o n - in v asiv e,   l o w - c o s t   d ev ice  s u ch   as  p h o to p let h y s m o g r ap h y   ( PP G)   th at  ca n   b ef f o r tles s ly   ap p lie d   ev en   to   o u tp atien ts .   Ucar   et  a l.   [ 4 ]   d escr ib es  an   a p p r o a c h   t o w a r d s   d e t e r m i n i n g   t h e   c o n n e c t i o n   b e t w e e n   t h e   r e s p i r a t o r y   a r r e s t s   a n d   P PG   s i g n a l   o f   O S A   p a t i e n ts   a n d   h a s   d e p i ct e d   s i g n i f i ca n t   as s o ci a t i o n   i n   u s i n g   PP G   s i g n a f o r   d i a g n o s is   o f   O S [ 4 ] .   T h i s   s i g n a c a n   ea s il y   a s s e s s   t h t ac t i le   a r te r i a p a l p a ti o n   o n   t h e   f i n g e r s   ca p i l la r i es   b y   v i r t u e   o f   t h d i f f e r e n c es   i n   l i g h t   a b s o r p t i o n   [ 5 ] .   Pre cisely ,   s im p le  an d   r o b u s t n o n - in v asiv d ev ice  th at  ca n   p r o v id r ea l tim s cr ee n in g   f o r   OSA  is   th s u b ject  o f   in ter est d u t o   its   ea s y   av ailab ilit y   an d   less   d is co m f o r t to   th p atien ts   [ 6 ] .   An   ap p r o ac h   f o r   au t o m ated   r ec o g n itio n   o f   OSA  f r o m   E C r ec o r d in g s   s h o ws  f alse  n eg ativ r esu lts   wh en   p atien ts   wi th   a   h is to r y   o f   ca r d io v ascu lar   d is ea s es  wer e   in clu d ed   [ 7 ] .   Mo s r ec en r es ea r ch   ap p r o ac h   o n   au to m ated   OSA  d etec tio n   u s in g   ca r d io p u lm o n ar y   s ig n al  th at  u tili ze s   b o th   h ea r r ate  s ig n al  an d   r esp ir atio n   r ate  s ig n al  d e m o n s tr ates  r ed u ce d   s en s itiv ity   an d   s p ec if i cit y   f o r   s u b ject - s p ec if ic   cr o s s   v a lid atio n   in   s p ite  o f   its   co m p lex   in s tr u m en ta tio n   a n d   ca lib r atio n   p r o ce d u r es [ 8 ] .   An o th er   s tu d y   th at  m ak es u s o f   ca r d io r esp ir ato r y   m o d el - b ased   d ata - d r iv en   ap p r o ac h   f o r   OSA  d etec tio n   co m b in es  m ea s u r em en s ig n als  f r o m   v ar io u s   s en s o r   m o d alities   with   th m at h em atica m o d el  o f   ca r d io r esp ir ato r y   s y s tem   in   th e   co n te x o f   im p r o v in g   th d etec tio n   p er f o r m an ce   o f   OSA.   lim itatio n   o f   th is   m eth o d   is   th at  th tim d elay   an d   th r esh o ld   v a lu es  o f   Sp O 2   v ar y   f r o m   o n in d iv id u al  to   an o th e r .   T h d if f icu lty   lies   in   th f ac th at  g en er alize d   an d   s u b ject - in d ep en d en t v alu co u ld   n o b o b tain ed   [9 ] r ec en r esear ch   p er s p ec tiv to   ac cu r ately   d etec s leep   ap n ea   h as  p u f o r war d   th e   s ig n if ican ce   o f   l o n g   s h o r t - ter m   m em o r y   n etwo r k   b ased   o n   R R   in ter v a s ig n als.  T h m a in   lim itatio n   o f   t h e   wo r k   h ap p e n s   to   b e   f r o m   t h lo h o ld   v alid atio n   ac c u r a cy   o f   8 1 . 3 0 an d   th e   in s u f f icien win d o w   s ize   ch o s en   to   ex t r ac t th R R   in ter v als [ 1 0 ] .       2.   B ACK G RO UND   I is   im p o r tan to   u n d er s tan d   t h p h y s io lo g ical  f ac to r s   th at  s u p p o r th th eo r etica esti m ati o n   o f   OSA  ch ar ac ter is tics   f r o m   th PP G   s ig n al.   T h f o llo win g   s ess io n   d escr ib es  th r elatio n   b etwe en   t h ese  p h y s io lo g ical   f ac to r s   an d   th s ig n al  p r o ce s s in g   tech n i q u es  u s ed   t o   ex tr ac t   th f ea tu r es  r elev an t   to   ch a n g es  in   PP d u e   to   OSA.   T h h em o d y n am ics  an d   th ca r d io v ascu lar   ac tiv ity   o f   an   OSA  p atien s way   b etw ee n   v en tilato r y   an d   ap n eic  p er i o d s ,   d u to   r ec u r r e n ap n ea s .   T h co n s eq u en ce s   o f   r e p etitiv s u r g es  cu r b   th e   n o r m al  h ea r r ate  a n d   b lo o d   p r ess u r an d   th u s   co n tr i b u te  to   th e   ad v e r s ef f ec ts   o n   th ca r d io v ascu lar   ac tiv ity .   H y p o x ia - a   co n d itio n   wh er o x y g en   s u p p ly   to   th ti s s u es  ar r ed u ce d ,   m ag n if ied   n eg ativ in tr a - th o r ac ic  p r ess u r p r o m p ted   d u t o   o b s tr u cted   p h ar y n x   a n d   s leep   ar o u s als  ar th e   m ain   p ath o p h y s io lo g ical  f ea tu r es  o f   OSA.   T h v a r iab ilit y   in   h ea r r ate  m ay   d if f er   am o n g   i n d iv id u als  an d   it  d ep en d s   o n   th h y p o x ia  s ev er ity   an d   in tr in s ic  h y p o x ic  ch em o   s en s itiv ity .       2 . 1 .     P a t ho ph y s io lo g y   o f   O S s y nd ro m e   Ob esit y ,   th ick en ed   p h ar y n g ea walls,  r ed u ce d   m u s cle  to n o f   n aso - p h a r y n x   d u r in g   s leep h y p er ten s io n   an d   o t h er   p ath o l o g ies  co n tr ib u te  to   OSA  [ 1 1 ] .   I also   af f ec ts   th g en er al  h em o d y n a m ics  an d   th s tate  o f   th au to n o m o u s   s y s tem   an d   it  i s   r elate d   to   t h in d iv id u al’ s   d em o g r ap h ic   an d   m o r p h o lo g ic     p ar am eter s   [ 1 2 ] .   T h u s ,   m ea s u r em en o f   p ar am ete r s   lik ag e,   s ex ,   weig h t,  a n d   h eig h an d   b o d y   m ass   in d e x   r em ain s   p r e - r eq u is ite.     2 . 2   O SA a nd   blo o d v is co s it y   B lo o d   v is co s ity   is   th in ter n al  r esis tan ce   o f f er e d   b y   th e   b l o o d   ag ain s s h ea r   f o r ce s   a n d   is   d eter m in e d   b y   th e   v is co s ity   o f   p lasma ,   h e m ato cr it  an d   th b io m ec h a n ical  p r o p e r ties   o f   r e d   b l o o d   ce lls   [ 1 3 ] .   C h an g es  i n   th r h e o lo g ical   p r o p er ties   o f   b lo o d   a n d   p lasma   lea d s   to   an   in cr ea s in   b lo o d   cl o ttin g   a n d   p er h ap s   r em ain s   to   b v ital  f ac to r   in   tr ig g er in g   c ar d io v ascu lar   co m p licatio n s   d u to   OSA  [ 1 4 ] .   T h er e   is   s tr o n g   ev id e n ce   t h at  th e   b lo o d   v is co s ity   an d   th p lasm v is co s ity   ar ab n o r m ally   h i g h   in   OSA  p atien ts   [ 1 5 ] .   T h f lu ctu atio n s   in   th b lo o d   p r ess u r ad v e r s ely   af f ec t h r esp o n s o f   b lo o d   v ess el  wall  an d   th er eb y   m o d if y   th v ess el     co m p lian ce   [ 1 6 ] .   T h ef f ec t o f   b lo o d   v is co s ity   an d   b lo o d   v ess el  co m p lian ce   ar r ef lecte d   o n   th s h ap o f   PP wav ef o r m .           Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   1 6 9 3 - 6 9 3 0   T E L KOM NI KA   T elec o m m u n   C o m p u t E l Co n tr o l Vo l.  19 ,   No .   4 Au g u s t 2 0 2 1 :    1 2 6 0   -   1 2 7 2   1262   2 . 3   O SA a nd   hea rt   r a t v a r ia bil it y   T h ass o ciatio n   b etwe en   s ev e r ity   o f   OSA  an d   h ea r r ate  v a r iab ilit y   h as  b ee n   s tu d ied   ex te n s iv ely   b y   d o in g   tim d o m ain   an d   f r eq u en cy   d o m ai n   an aly s is   o f   h ea r r ate  v ar iab ilit y   ( HR V) ,   s lee p   ar o u s als,  o x y g e n   d esatu r atio n   an d   o t h er   s leep   p ar am eter s .   T h e   f r e q u en c y   d o m ain   in d ices  ten d   to   y ield   a   b etter   r esu lt  wh e n   co m p ar ed   to   tim d o m ain   in d i ce s   [ 1 7 ] .   Hen ce f o r th ,   t h v ar ia b ilit y   in   th h ea r r ate  d u to   OSA  is   r ef lecte d   in   th p o wer   s p ec tr u m   o f   th h ea r t r ate.       2 . 4 .     O SA a nd   ba ro re f lex es   T h is   r elate s   th h ea r t   r at an d   th b lo o d   p r ess u r e.   T h f ac t   u n d er ly i n g   is   th at,   an   i n cr ea s in   b lo o d   p r ess u r ac tiv ates  th ca r o tid   s in u s   an d   a o r tic  ar c h   b a r o r ec e p to r s   wh ich   in h ib its   th e   s y m p ath etic  o u tf lo w   an d   r ed u ce s   th h ea r r ate.   T h e   o p p o s ite  ef f ec is   ex p er ien ce d   d u t o   d e c r ea s in   b lo o d   p r ess u r [ 1 8 ] .     So lar o   et  a l.   [ 1 9 ]   d escr ib th s p ec tr al  p r o p er ties   o f   h ea r r ate  v ar iab ilit y   an d   its   r elatio n   to   b lo o d   p r ess u r e   lev els.  Faza n   J r   et  a l .   [ 2 0 ]   h av e   in v esti g ated   t h r elat io n   b etwe en   h ea r t   r ate  v ar i ab ilit y   an d   h u m an   b ar o r ef le x es.      2 . 5   O SA a nd   brea t hin g   ra t e   I h as  b ee n   m ad clea r   th r o u g h   s ev er al  s tu d ies  th at  th e   r e s p ir ato r y   f r eq u e n cy   h as  e f f ec t s   o n   b lo o d   p r ess u r lev els  [ 2 1 ] .   Sig n al  p r o ce s s in g   tech n iq u es  to   ex t r a ct  th lo f r eq u e n cy   c o m p o n en ts   o f   PP s ig n al  h elp   in   m e asu r in g   th r esp ir at io n   r ate.   Du to   th well - k n o wn   f ac o f   h ig h   n o n - lin ea r ity   an d   n o n - s tatio n ar y   p r o p er ties   o f   b i o s ig n als ,   em p ir ical  m o d d ec o m p o s itio n   ( E MD )   alg o r ith m   is   b est  s u ited   an d   is   ca p ab le   o f   ac cu r ately   esti m atin g   th e   r es p ir ato r y   r ate  f r o m   PP s i g n al.   T h is   p r o v id es  an   alter n ativ to   u s in g   a   s ep ar ate   s en s o r   m o d u le  f o r   m o n ito r i n g   r esp ir atio n   r ate.         3.   M E T H O DO L O G   A   d e t a il e d   a c c o u n t   o f   t h e   m a te r i a l s   a n d   m e t h o d o l o g i e s   u s e d   i n   t h e   v a r i o u s   m o d u l es   o f   t h p r o p o s e d   s y s te m   a r e   d e s c r i b e d   i n   t h is   s es s i o n .   I n   c o n t r a s t   t o   t h e   a b o v e   d i s c u s s e d   m e t h o d s   t h e   a p p r o a c h   p r o p o s e d   i n   t h is   p a p e r   m e a s u r es   t h e   d i f f e r e n c i n   t h e   t r a n s i t   t i m b e t w ee n   t h s u c c ess i v e   P PG   w a v e f o r m   a n d   a l s o   m e as u r e s   t h r e p e r c u s s i o n s   o f   p h y s i o l o g i c al   a l t e r a ti o n s   i n f li c t e d   o n   t h e   s h a p e   o f   t h e   P PG   w a v e f o r m   a n d   o n   t h e   h e a r t   r a t e .     T h p r o p o s ed   s y s tem   is   o r g a n ized   in to   t h r ee   m o d u les  as  d ep icted   in   t h f lo d iag r am   s h o wn   in   Fig u r 1 .   T h PP wav ef o r m   o b tain ed   f r o m   s im p le  f i n g er tip   PP s en s o r   m o v es  th r o u g h   clea n   s ig n al   d etec to r   m o d u le  th at  elim in a tes  co r r u p ted   u n clea n   s ig n als   wh ich   s et  f o o in   d u to   a r tifa cts  an d   f in g e r   m o v em en ts .   T h is   m o d u le  e n s u r es  th at  th s y s tem   d o es  n o r e q u ir e   an y   r e - ca lib r atio n   with   ch a n g e   in   in d iv id u als  o r   ch a n g e   o v e r   ti m e.   Un co r r u p te d   an d   c o n s ec u tiv ely   r ec o r d ed   4 0 0 0   s am p les  ar p r o ce s s ed   u s in g   m o v in g   av er a g alg o r ith m   to   f u r th er   s m o o th e n   th s ig n al .   T h s ig n al  p r o ce s s in g   an d   f ea tu r e x tr ac tio n   m o d u le  p r o ce s s es  th s ig n al  to   ex tr ac s ev er al  r elate d   f ea tu r es  f r o m   th clea n   PP wa v ef o r m .   Fin ally ,   class if i er   m o d u le  m ak es  a   d ec is io n   b etwe en   th n o r m al  an d   ab n o r m al   v alu es  o f   th e   v ar iab l es  with   th h elp   o f   th ex tr ac ted   f ea t u r es f ed   t o   it.           Fig u r 1 .   B lo ck   d iag r am   o f   th au to m atic  OSA  s cr ee n in g   s y s tem     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KOM NI KA   T elec o m m u n   C o m p u t E l Co n tr o l         A n   a u to m a tic  s creen in g   a p p r o a ch   fo r   o b s tr u ctive   s leep   a p n e a   fr o   ( S mily  Je ya   Jo t h i.  E )   1263   T h tr ain in g   a n d   test in g   o f   th s y s tem   was  ca r r ied   o u t   with   2 8 5   s u b jects  en c o m p ass in g   i n d iv id u als  f r o m   v ar ied   ag e   g r o u p s ,   h ea lth y ,   in d iv id u als  with   h y p er ten s i o n   a n d   ca r d io v ascu lar   d is ea s e,   an d   OSA  p atien ts .   T h in p u PP s ig n al   r ec o r d e d   with   t h h elp   o f   f in g er tip   p u ls o x im eter   d ev ice   ( Ger m an   s en s o r )   an d   th r ef er en ce   ap n ea   s ig n als  o b tain ed   f r o m   th ap n ea   d atab ase  f r o m   Ph y s io n et  wer u s ed   f o r   t r ain in g   th s y s tem .   T h d atab ase  in clu d es  1 6 9   m a le  an d   1 1 6   f em ale  s u b jects,  ag ed   b etwe en   2 0   to   8 5   y ea r s .   T h d atab ase  wid ely   in co r p o r ates  y o u n g   h ea lth y   i n d iv id u als,  d i ab etic  p atien ts ,   b lo o d   p r ess u r e   p atien ts   an d   s leep   ap n ea   p atien ts   with   f o cu s   to   c o r r elate   th s y m p to m s   co m m o n   t o   s leep   a p n ea ,   b l o o d   s u g ar   an d   b lo o d   p r ess u r e.   R ea tim d ig italized   PP s ig n als  r ec o r d ed   u s in g   u n iv er s al  s er ial  b u s   ( USB )   f in g er - tip   p u ls o x im eter   s en s o r ,   ar e   obt ain ed   as  s eq u en ce ,   h av in g   s am p lin g   r ate  o f   1 0 0 0   s am p les  p er   s ec o n d .   T h PP s ig n al  is   g iv en   as  in p u t   to   th clea n   s ig n al  d etec tio n   m o d u le  w h ich   id e n tifie s   clea n   an d   u n c o r r u p ted   s ig n al   X (T )   in co r p o r ated   with   s ev er al  s eg m en ts /f r am es  h av i n g   f r a m len g th   o f   4 0 0 0   co n s ec u tiv ely   r ec o r d ed   s am p les.   T im d u r atio n   o f   two   m in u te  was  s elec ted   s o   as   to   ac co m m o d ate  s u f f icien s a m p les  f o r   esti m atio n   o f   h ea r r ate  an d   r esp ir ato r y   r ate  f r o m   th PP s ig n al.   T h o u tp u t   o f   th clea n   s ig n al  d etec to r   is   f ed   to   th e   s ig n al  p r o ce s s in g   m o d u le,   wh o s o u tp u v ec to r   X F   co n tai n in g   s et  o f   f ea tu r es a r f ed   t o   th m ac h i n lear n in g   m o d u l e.     3 . 1 .     Clea n si g na l det ec t io m o du le   T h u ltima te  aim   o f   th clea n   s ig n al  d etec to r   is   to   elim in ate  th co r r u p ted   s ig n al  len g th   as  s h o wn   in   Fig u r e   an d   to   s elec th f r am th at  h as  clea n   s ig n al   a s   d e p icted   in   Fig u r e   3 .   T h PP s ig n al  r ec o r d e d   at  th f in g er tip   is   u s u ally   v u ln e r ab le   to   s p u r io u s   p ea k s ,   n o is g en e r ated   d u to   m o v em e n ts ,   s ig n al  d is to r tio n   d u to   in itial  tr an s ien ir r eg u lar ities ,   an d   s ig n al  s atu r atio n .   T h o u tp u t   o f   th clea n   s ig n al  d etec to r   is   v ec to r   co n s is tin g   o f   n   n u m b e r   o f   f r am es  with   ea ch   f r am e   h o l d in g   4 0 0 0   clea n   d ata  s am p le s   o b ta in ed   f r o m   th e   PP s ig n al.   T im r eq u ir ed   t o   ac q u ir o n f r am o f   4 0 0 0   co n s ec u tiv s am p les  is   4 s ,   wh ich   is   ca p ab le  o f   tr ap p i n g   s ev er al  h ea r b ea ts .   R ed u cin g   th f r am len g th   b elo 4 s   m ig h g r asp   v e r y   f ew  h ea r b ea ts   r esu ltin g   in   an   u n r eliab le  d ata.   I n   o r d er   to   d i s cr im in ate  b etwe en   clea n   a n d   co r r u p ted   s ig n al,   s et  o f   m o r p h o lo g ical  f ea tu r es   ar ex tr ac ted   f r o m   t h tim e - d o m ain   PP wav ef o r m ,   its   f ir s an d   s ec o n d   d er iv ativ e .           Fig u r 2 C o r r u p ted   PP s ig n al  with   in itial ir r eg u lar ities           Fig u r 3 .   C lean   PP s ig n al  af ter   elim in atin g   th c o r r u p ted   s i g n al  len g th       3. 1 . 1 .   S et   o f   m o rpho lo g ica l f ea t ures   T h m o r p h o lo g ical  f ea tu r es  o f   in ter est  ex tr ac ted   f o r   f ea tu r e   v ec to r   wer p u ls h eig h t/s y s to lic  p ea k ,   d iast o lic  p ea k ,   au g m e n tatio n   i n d ex ,   p u ls in ter v al,   p u ls wid th ,   p u ls ar ea ,   p ea k   to   p ea k   i n ter v al,   n o tc h   tim e,   s y s to lic  p ea k   tim e   an d   d iast o li p ea k   tim as  s h o wn   i n   Fig u r 4 .   Pu ls wid th   i.e . ,   t h tim e   b etwe en   o n s et  an d   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   1 6 9 3 - 6 9 3 0   T E L KOM NI KA   T elec o m m u n   C o m p u t E l Co n tr o l Vo l.  19 ,   No .   4 Au g u s t 2 0 2 1 :    1 2 6 0   -   1 2 7 2   1264   en d   o f   p u ls wav e   clea r ly   co r r elate s   with   th v ascu lar   r esis tan ce   wh ich   is   d u to   p r o lo n g e d   in cr ea s in   b lo o d   p r ess u r e.   T ab le  1   d ef in es  th s et  o f   m o r p h o lo g ical  p ar am et er s   ex tr ac ted .   Pu ls ar ea   is   m ea s u r ed   as  th to tal   ar ea   u n d er   th PP cu r v e,   wh ich   is   also   u s ed   a s   an   in d icato r   o f   to tal  p er ip h er al  r esis tan ce .   T h au g m en tatio n   in d ex   q u an tifie s   th c o n tr ib u tio n   m ad b y   t h e   wav r ef le ctio n   o n   th s y s to lic  ar ter ial   p r ess u r [ 2 2 ] .   I n   ad d itio n   to   th e   a b o v e - m en tio n ed   m o r p h o lo g ical  f ea tu r es  wh ich   ev alu ate  t h ca r d io v as cu lar   f u n ctio n s ,   th e   m ax im u m   am p litu d o f   th f i r s d er iv ativ an d   s ec o n d   d er i v ativ o f   th PP wav ef o r m   is   also   in co r p o r ated   in   o u r   s tu d y .   T h v elo city   o f   b lo o d   f lo in   th e   f in g e r   is   r ep r esen ted   b y   th f ir s d er i v a tiv an d   its   s ec o n d   d er iv ativ s p ea k s   m u ch   ab o u t   th ar ter ial   s tiff n ess   wh ich   is   an   e v id en s y m p to m   o f   OSA.   T h e   p u ls tr a n s it   tim m ea s u r em en t ( PTT )   in   O SA p atien ts   d ep icts   th at  th er i s   an   in cr ea s in   PTT   d u to   ar t er ial  s tiff n e ss.   T h en er g y   p r o f ile,   T x ( t )   an d   s p ec tr al  p o wer   d is tr ib u tio n   o f   PP s ig n al,   S pen   o f   ea ch   f r a m wer esti m ated   u s in g   T ea g er - Kaiser   en er g y   o p er ato r   a n d   s p ec tr al  en tr o p y   o p er ato r   r esp ec tiv el y   [ 2 3 ] ,   [ 2 4 ] .             Fig u r 4 .   C h ar ac ter is tic  f ea tu r es d er iv ed   f r o m   PP wav ef o r m       T ab le  1 .   E x tr ac ted   f ea tu r es f r o m   th PP wav ef o r m   F e a t u r e   D e f i n i t i o n   x   ( s y st o l i c   p e a k )   M a x i m u m   a m p l i t u d e   o f   t h e   si g n a l   y   ( d i a s t o l i c   p e a k )   A mp l i t u d e   o f   t h e   d i a s t o l i c   p e a k   y / x   ( a u g me n t a t i o n   i n d e x )   A mp l i t u d e   o f   d i a st o l i c   p e a k / a mp l i t u d e   o f   t h e   s i g n a l   t pi   ( p u l se   i n t e r v a l )   Ti me   t a k e n   f o r   o n e   c o m p l e t e   P P G   p e r i o d   t pp   ( p e a k   t o   p e a k   i n t e r v a l )   Ti me   e l a p se d   b e t w e e n   t w o   su c c e ssi v e   p e a k s   t 1   ( sy st o l i c   p e a k   t i me)     Ti me   a t   w h i c h   s y st o l i c   p e a k   o c c u r   t 3   ( d i a s t o l i c   p e a k   t i me)   Ti me   a t   w h i c h   d i a st o l i c   p e a k   o c c u r   N t   ( N o t c h   t i me)   Ti me   a t   w h i c h   n o t c h   o c c u r   S D   o f   a m p l i t u d e   S t a n d a r d   d e v i a t i o n   o f   t h e   a mp l i t u d e s   1 st   d e r i v a t i v e _ m a x   a m p   M a x i m u m   a m p l i t u d e   o f   t h e   f i r s t   d e r i v a t i v e   2 nd    d e r i v a t i v e _ ma x   a m p   M a x i m u m   a m p l i t u d e   o f   t h e   se c o n d   d e r i v a t i v e       3. 1 . 2 Cla s s if ier  a lg o rit hm   T h f ea tu r v ec to r   X n (f)  is   th u s   co n s tr u cted   b y   cl u s ter in g   all   th m o r p h o lo g ical  f ea tu r es  a n d   en e r g y   lev els o f   PP s ig n al  co n tain ed   in   ea ch   f r am o f   4 0 0 0   s am p le s .       X n (f)  [   x ,   y ,   y /x ,   t pi ,   t pi , t 1 , t 3 ,   Nt,   SD,  1 st   d er iv m a x _ am p ,   2 nd   d er iv m ax _ am p ,   T x ( t) , S pen ] T     T h class if ier   tak es  X n (f)  a s   it s   in p u an d   d is tin g u is h es  b etwe en   g o o d   s ig n al  an d   b ad   s ig n al  b ased   o n   n o is an d   s ig n al  lo s s .   th r esh o l d - b as ed   class if ier   m ak es  a   class if icatio n   d ec is io n   b ased   o n   v alu e   o f   lin ea r   co m b in atio n   o f   all  th ab o v s tated   f ea tu r es.  T h th r esh o ld s   in itially   wer r eso lv ed   b y   in s p ec tio n   f r o m   s et   o f   ex am p les an d   tr ain e d   u s in g   s et  o f   h an d - lab eled   d atab ase.     T h alg o r ith m   is   d esig n ed   in   s u ch   way   to   elim in ate  th in c o m in g   s ig n a ls   f o r   th e   f ir s 1 5   s ec o n d s   s o   as  to   elim in ate   th s p u r io u s   click s   an d   m o tio n   ar tifa cts  in   th s ig n al   d u e   to   f i n g er   m o v em e n ts .   T h e   s u b jects  wer ad v is ed   to   b i n   r elax ed   s tate  at  th e   tim o f   r ec o r d in g   th r ea l   tim PP s ig n als  u s in g   USB   b ased   f in g er - tip   p u ls o x im ete r ,   with   s am p lin g   r ate  o f   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KOM NI KA   T elec o m m u n   C o m p u t E l Co n tr o l         A n   a u to m a tic  s creen in g   a p p r o a ch   fo r   o b s tr u ctive   s leep   a p n e a   fr o   ( S mily  Je ya   Jo t h i.  E )   1265   1 0 0 0   s am p les/ s ec .   i . e. ,   ea ch   d ata  ac q u is itio n   p r o v id es  1 0 0 0   s am p les.  Data   s am p le s   o b tain ed   f r o m   4   co n s ec u tiv ac q u is itio n s   r ec o r d ed   f o r   4 s ,   ar s to r ed   in   a n   ar r ay   wh ich   f o r m s   o n f r am e/seg m en h av in g   4 0 0 0   s am p les  alto g eth er .   T h class if ier   wo r k s   o n   th e   b asis   o f   ce r t ain   o r d ai n ed   r u les  an d   f u n ctio n s   wr itten   b y   h a n d   af ter   an aly zi n g   v ar io u s   s ig n al s   an d   m ak es  a   d ec is io n   b etw ee n   g o o d   an d   b ad   f r am e/seg m en t.  On ce   a   clea n   s ig n al  o f   m i n u te  o r   m o r e   co n s ec u tiv s am p les  wer o b tai n ed ,   th ac q u is itio n   s to p s   an d   th s ig n al  p r o ce ed s   to   th e   s ig n al  p r o ce s s in g   m o d u le  f o r   f ea tu r ex t r ac tio n .   T h clin ical  p ar am eter s   o f   th s tu d y   g r o u p   ar s h o wn   in   T ab le  2 .         T ab le  2 C lin ical  p ar am eter s   o f   th s tu d y   g r o u p   S u b j e c t s   A g e   G e n d e r   M/F   H e i g h t   cm   W e i g h t   Kg   R e s p . R a t e   / mi n   H e a r t   R a t e   / mi n   S p O 2   B G L   mg / d l   BP   S y s/ d i a   B M I   K g / m 2   Lu n g   d i s o r d e r   S 1   74   M   1 5 9   92   21   62   97   2 2 2   1 5 4 / 5 0   3 6 . 4   y e s   S 2   44   F   1 5 0   85   16   84   98   1 0 7   1 2 2 / 8 2   3 7 . 8   no   S 3   40   M   1 3 8   77   17   1 1 1   99   3 5 8   1 3 8 / 7 3   4 0 . 4   no   S 4   48   M   1 6 1   69   16   1 0 1   99   4 7 8   1 2 8 / 8 5   2 6 . 6   no   S 5   52   F   1 4 6   71   17   82   99   1 2 0   1 0 6 / 4 9   3 3 . 3   no   S 6   63   F   1 5 3   89   12   90   99   1 2 8   1 4 9 / 8 7   38   no   S 7   42   F   1 5 9   73   14   88   99   1 4 3   1 1 6 / 8 5   2 8 . 9   no   S 8   70   M   1 5 6   65   18   71   98   96   1 2 1 / 8 2   2 6 . 4   no   S 9   52   M   1 4 5   76   19   75   97   1 2 5   1 1 8 / 7 6   3 4 . 2   y e s   S 10   49   M   1 5 2   89   16   86   97   1 1 5   1 0 0 / 6 5   3 8 . 5   y e s       3. 2   Sig na l pro ce s s ing   m o du le   T h is   s ec tio n   s u m m ar izes  th e   d if f er en s ig n al  p r o ce s s in g   alg o r ith m s   u s ed   f o r   co m p u ti n g   f ea tu r es   r elate d   to   OSA  f r o m   PP s ig n al.   Sig n al  d u r atio n   o f   m o r t h an   m i n u te  co m p r is in g   o f   at   least  1 5   f r am es  o f   co n s ec u tiv ely   r ec o r d e d   g o o d   s ig n al  is   g iv en   as  in p u to   th s ig n al  p r o ce s s in g   m o d u le .   T h o u t p u o f   th is   m o d u le  is   v ec to r   co m p r is in g   o f   an   ag g r e g ate  o f   all  th f ea tu r es  an d   f ed   as  in p u to   th m ac h in lear n in g   m o d u le.   T h len g th   o f   th e   s ig n al  an d   t h n u m b er   o f   s am p le s   s elec ted   ar s u f f icien en o u g h   to   co m p u te  h ea r t   r ate,   r esp ir atio n   r ate  an d   t h eir   v ar iab ilit y   r esp ec tiv ely .       3. 2 . 1 .   E s t im a t io n o f   re s pira t o ry   ra te   E s tim atio n   o f   r esp ir ato r y   r ate  f r o m   PP s ig n al  is   an   alter n ativ m eth o d   to   u s in g   a   s ep ar ate     s en s o r - am p lifie r   u n it.  Sev er al   s ig n al  p r o ce s s in g   tech n i q u es  wh ich   wo r k   b y   e x tr ac tin g   th r esp ir atio n   tr en d   em b ed d e d   in   th PP wav ef o r m   h av b ee n   p u t f o r th   [ 2 5 ] ,   [ 2 6 ].   I t is a  wel l - kn o wn   f ac t th at  th b io   s ig n als ar e   h ig h ly   n o n - li n ea r   an d   n o n - s tatio n ar y ,   n ev er t h eless ,   test   r esu lts   r ev ea th at  th em p ir ical  m o d d ec o m p o s itio n   ( E MD )   alg o r ith m   is   b est  s u ited   f o r   n o n - lin ea r   s ig n als  an d   is   ca p ab le  o f   ac cu r ately   esti m atin g   th r es p ir ato r y   ra te  f r o m   PP s ig n al.   As   o u r   aim   is   to   d ev elo p   s y s tem   w h ich   au to m atica lly   s cr ee n s   f o r   OSA  p atien ts ,   th e   m ea s u r em en ts   ar ass o ciate d   t o   th in d iv id u al’ s   h em o d y n am ics  an d   ca r d io v ascu lar   ac tiv ity .   Hen ce ,   ef f o r ts   to   ac cu r ately   m ea s u r h ea r r ate  an d   r esp ir ato r y   r ate  f r o m   PP s ig n al  h av b ee n   ca r r ied   o u as  th ey   ar th e   p ar am et er s   clo s ely   ass o ciate d   with   OSA  an d   h as b ee n   p u b lis h ed   in   o u r   p r ev io u s   wo r k   [ 27 ].     3. 2 . 2 .   H ea rt   ra t v a ria bil it y   a nd   o x y g en  s a t ura t io n   Sev er al  s tu d ies  p r o v ed   th at  th er is   s tr o n g   ev id en t ial  r elatio n   b etwe en   OSA  an d   h ea r r ate   v ar iab ilit y   wh ich   is   r ec o r d ed   as  th v ar iatio n   in   th tim e   in ter v al  b etwe en   h ea r tb ea ts .   I n   th is   wo r k ,   th e   v ar iab ilit y   in   p ea k - to - p ea k   in t er v al  o f   PP s ig n al  h as   b ee n   co m p u ted   u s in g   s lo p d etec t io n   alg o r ith m .   T h e   p ea k s   wer d etec ted   f r o m   th ze r o   cr o s s in g s   o f   th s ig n al,   r ath er   th an   m ea s u r in g   th s ig n al  p ea k s .   I n itially   b an d   p ass   f ilter   was  u s ed   to   a tten u ate  th d ich r o tic  n o tch   e f f ec an d   to   r em o v th m ea n .   T h is   m eth o d   was  f o u n d   to   b ac cu r ate  in   m ea s u r in g   th e   tim in ter v al   b etwe en   th alter n ate  ze r o   cr o s s in g s   an d   th e   d if f er e n ce   i n   th tim in ter v al  g iv es  t h m ea s u r o f   h ea r t   r ate  v ar iab ilit y .   T h m ea n   v al u o f   th e   p er ip h er al  o x y g e n   s atu r atio n   r an g was  d ir ec tly   g iv en   b y   th USB   b ased   f in g er - tip   p u ls o x im ete r   o v er   t h en tire   r ec o r d in g   d u r atio n .   T h e   f ea tu r e   v ec to r   w as  f in ally   co n s tr u cted   b y   cl u s ter in g   all  t h ab o v m en tio n e d   f ea tu r es,  in clu d in g   p h y s io lo g ical  p a r am eter s ,   m o r p h o lo g ical  p ar am eter   o f   th PP wav ef o r m ,   T ea g er - Kaiser   en er g y   lev el,   an d   en tr o p y   o f   th s ig n al,   h ea r r a te,   r esp ir atio n   r ate,   h ea r r ate  v ar iab ilit y   an d   o x y g en   s atu r at io n .   T h s tatis tical   f ea tu r es  s u ch   as  m ea n ,   M   an d   s tan d ar d   d ev iatio n ,   SD  wer e   a ls o   ca lcu lated   in   o r d er   to   ca p t u r th e   r elatio n s h i p   b etwe en   h ea r r ate  v ar iab ilit y   an d   OSA.   T h o u tp u o f   th e   s ig n al  p r o ce s s in g   m o d u le  is   f ed   as  in p u t   to   th e   class if ier   m o d u le,   wh ich   is   tr a in ed   with   all  th f ea tu r es o f   th o u tp u v ec to r   as g i v en   b el o w:      X F   [ A,   W ,   B MI ,   B P,  B GL ,   PTT ,   x ,   y ,   y /x ,   t pi ,   t pi,   t1 ,   t3 ,   T x ( t) ,   Sp en ,   HR ,   R R ,   HR V,   Sp O 2,   1 st   d e r iv m ax _ am p ,   2 nd   d e r iv m ax _ am p ,     M,   SD] T     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   1 6 9 3 - 6 9 3 0   T E L KOM NI KA   T elec o m m u n   C o m p u t E l Co n tr o l Vo l.  19 ,   No .   4 Au g u s t 2 0 2 1 :    1 2 6 0   -   1 2 7 2   1266   3. 3   Cla s s if ier  m o du le   T h m ac h in lear n in g   m o d u le  is   s u p p o s ed   to   in f er   p h y s io lo g ical  f u n ctio n   th at  r elate s   th f ea tu r es   ex tr ac ted   f r o m   th e   PP s ig n al  an d   th e   d esire d   tar g et  [ 2 8 ].   L iter atu r clea r ly   p o r tr a y s   th a m o s o f   th e   wo r k   in v o lv ed   in   th d etec tio n   o f   OSA  h as  u s ed   n e u r al  n etwo r k - b ased   class if ier   [ 2 9 ] .   I t   is   a ls o   u n d e r s to o d   th at  d ee p   lear n in g   n eu r al  n etwo r k s   h av alwa y s   o u tp er f o r m e d   th s h allo n eu r al  n etwo r k s   an d   co n v o lu tio n a n eu r al  n etwo r k   is   th wid ely   u s ed   class if ier   in   th r ec en y ea r s   [ 3 0 ] ,   [ 3 1 ] .   I n   o n o f   th ap p r o ac h es  to   d etec r esp ir ato r y   ar r ests   in   OSA  p atien ts   u s in g   PP s ig n al,   class if ier s   lik k - n ea r est  n eig h b o u r s   class if icatio n ,   r ad ial  b asis   f u n ctio n   n eu r al  n e two r k ,   p r o b ab ilis tic  n eu r al  n etwo r k ,   m u ltil ay er   f ee d f o r war d   n eu r al  n etwo r k   an d   en s em b le  class if icatio n   h a v b ee n   c o m p ar e d   b y   th a u th o r s   an d   th eir   r esu lts   d e p ict  test i n g   ac c u r ac y   r ate   o f   9 7 . 0 7 with   m u ltil ay er   f ee d f o r war d   n e u r al  n etwo r k   [ 4 ] .   I n   o u r   wo r k   th r ee   d if f er en t   m ac h in lear n in g   alg o r ith m s   wer test ed   o n   t h b asis   o f   f lex ib ilit y ,   ac cu r ac y s m ar en o u g h   to   d e al  with   n o is y   s ig n als,    non - r e q u ir em e n o f   r ep ea te d   ca lib r atio n   an d   s tab ilit y   in   ter m s   o f   its   p er f o r m an ce .   Mo r e o v er ,   th d ata  ty p in v o lv ed   in   o u r   w o r k   is   in   th tab u lar   f o r m   a n d   it  h as  f ac ilit ated   ea s y   im p lem en tatio n   o f   th wo r k   u s in g   th ese   alg o r ith m s .   T h s tr u ct u r o f   e ac h   class if ier   an d   m eth o d   o f   tr ain in g   in v o lv ed   a r d escr ib ed   in   th is   s ec tio n .       3. 3 . 1 .     Univ a ria t re g re s s io n ( UR)   Un iv ar aite  r eg r ess io n   also   k n o wn   as  lin ea r   r e g r ess io n   is   a   s u p er v is ed   m ac h i n lear n in g   alg o r ith m   u s ed   f o r   d ata  an aly s is .   T h r elatio n s h ip   b etwe en   s ca lar   d ep en d en v a r iab le  an d   o n e   o r   m o r th an   o n ex p lan ato r y   v ar iab le   ca n   b m o d eled   b y   s im p le  lin ea r   r e g r ess io n   an d   m u ltip le  lin ea r   r e g r ess io n   ap p r o ac h es  r esp ec tiv ely .   L in ea r   p r ed icto r   f u n ctio n s ,   also   ca lled   as  lin ea r   m o d els  ar u s ed   in   m o d eli n g   th d ata  an d   to   esti m ate  th u n k n o wn   m o d el  p ar am eter s   f r o m   s et  o f   d ata  p o in ts .   I is   m eth o d   u s ed   to   f it  th b es s tr aig h lin b etwe en   a   s et  o f   d ata  p o in ts ,   an d   th e   o b tain ed   s tr aig h lin is   u s ed   as  a   m o d el  to   p r ed ict  th v alu o f   v ar iab le    f r o m   an   in p u v ar ia b le  .   T h s tr aig h lin r ep r esen ts   th b est  esti m ate  o f   th y   v alu f o r   e v er y   in p u t o f   .   Gen er al  f o r m   o f   lin e ar   r eg r ess io n   class if ier   is   g iv e n   in   ( 1 ) .     =  +                   (1 )     W h er   is   th in p u t   v alu e,     is   th s lo p o f   th b est  f it  lin an d     is   th p o in wh er e   = 0   an d     in ter s ec ts   th - ax is .   T h s lo p e   o f   th e   lin e   ca n   b ca lcu lated   u s in g   ( 2 ) .     = ( ̅ ) ( ̅ ) ( ̅   ) 2                   (2 )     W h er ̅   an d   ̅   ar th m ea n   o f   in d ep en d en v a r iab le  an d   d e p en d en v ar iab le  r esp ec tiv el y   a n d     an d     ar th v alu es  o f   in d ep en d en v ar i ab le  an d   d ep en d en v ar iab le  r esp ec tiv ely .   T h is   attem p was   m ad to   m o d el  th e   co r r elatio n   b etwe en   th s et  o f   24   f ea tu r es,  b o th   d em o g r a p h ic  an d   m o r p h o lo g ical  f ea tu r es,  ex tr ac ted   in   th e   p r ev io u s   m o d u les,  wh ich   ar tak en   to   b th in d e p en d e n v ar iab les  an d   th ap n ea - h y p o p n ea   in d ex   ( AHI )   as   th d ep en d e n v ar iab le.   Fro m   s ev er al  r esea r ch es  it  i s   m ad clea r   th at  th OSA  s ev er ity   ca n   b d ef in ed   b ased   o n   AHI   i n d ex   an d   is   r ec o m m en d ed   b y   th Am e r ican   A ca d em y   o f   s leep   m ed icin e.   I v ar ies  f r o m   m ild     (5 AHI 1 5   e v en ts /h o u r ) ,   m o d er ate  ( 1 5 AHI 3 0   e/h )   to   s ev er ( AHI 3 0   e/h ) .   I n d ep e n d e n o f   th e   ass o ciate d   s y m p to m s ,   OSA  ca n   b d iag n o s ed   in   p atien t s   with   f r eq u en cy   o f   o b s tr u ctiv r esp ir ato r y   d is tu r b an ce s   g r ea ter   t h an   1 5   e/ h .     L in ea r   r eg r ess io n   s er v e s   to   i n ter p r et  th f u n ctio n al  r elati o n s h ip   b etwe en   AHI   an d   ea ch   o f   th e   f ea tu r es  in d iv id u ally ,   an d   th e n   p r ed ict  t h f u t u r v al u o f   th tar g et  v a r iab le,   i.e . ,   AHI   in   o u r   ca s e,   b ased   o n   th r elatio n s h ip   i n ter p r eted .   T h alg o r ith m   f o r   lin ea r   r eg r ess io n   was  im p lem en ted   i n   m at lab   an d   th b est  f it   s tr aig h t - lin e   eq u atio n s   r elatin g   v a r io u s   f ea tu r es  with   AHI   wer o b tain e d   f r o m   th e   lin ea r   r eg r ess io n   p lo t.   T h e   r elatio n   b etwe en   ea ch   o f   th e   f ea tu r es  as   m en tio n e d   i n   T ab le  1 ,   with   AHI   was  in ter p r eted   u s in g   lin ea r   r eg r ess io n   m o d el.   Per h ap s   it   was  lab o u r - i n ten s iv to   p r ed ic th y   v alu e   f o r   ea c h   in d iv id u al  f ea tu r e   co n tain ed   in   th f ea tu r v ec to r   X F ,   f r o m   th s ig n al  p r o ce s s in g   m o d u le .   T h an aly s is   o f   th o b s er v at io n s   r ev ea led   th at   f ew  o f   th m o r p h o lo g ical  f ea tu r es  v iz. ,   s y s to lic  p ea k ,   d iast o lic  p ea k ,   au g m e n tatio n   in d e x ,   t pi ,   t pp   ex tr ac ted   f r o m   th PP s ig n al  h ad   cl o s r elatio n s h ip   with   th tar g e v ar iab le  an d   h ad   g o o d   p r ed i ctio n   ac cu r ac y .   T h e   eq u atio n s   r elatin g   s y s to lic  p ea k   ( x )   with   AHI   an d   au g m e n tatio n   in d ex   ( y/x )   with   AHI   o b tai n ed   f r o m   t h lin ea r   r eg r ess io n   p lo t is g iv e n   in   ( 3 )   an d   ( 4 )   re s p ec tiv ely .     = ( 1 . 1471 ) + ( 20 . 7108 )               ( 3 )     = ( ( 68 . 0199 ) + ( 27 . 7509 ) )               ( 4 )     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KOM NI KA   T elec o m m u n   C o m p u t E l Co n tr o l         A n   a u to m a tic  s creen in g   a p p r o a ch   fo r   o b s tr u ctive   s leep   a p n e a   fr o   ( S mily  Je ya   Jo t h i.  E )   1267   T h lin ea r   r e g r ess io n   class if ie r   was  s elec ted   b ec au s o f   its   s im p licity   in   p r o g r am m in g   an d   ea s o f   p r ed ictin g   n u m er ical  v al u es.  I was  ab le  to   p r ed ict  th e   s ev e r ity   o f   OSA  o v er   a   wid e   r an g an d   th e   p r e d icted   v alu es  wer clo s to   th r ef er en ce   v alu es  with   h ig h est  er r o r   p er ce n tag o f   ± 7   as  s h o wn   in   T ab le  3 .   T h m ajo r   d is ad v an tag with   s u c h   lin ea r   p r ed icto r   is   th at  th in ab ilit y   to   co n f ir m   th d ia g n o s is   o f   OSA  in   a   p atien o n   th e   b asis   o f   s in g l f ea tu r e   p ar a m eter .   I f   r eq u i r e d   to   in clu d e   all  th e   f ea tu r es,  it   wo u ld   b e   lab o u r - in ten s iv an d   tim e - c o n s u m in g   p r o ce s s .       T ab le  3 Pre d icted   ap n ea - h y p o p n ea   in d e x   ( AHI )   f r o m   th r ee   f ea tu r es u s in g   lin ea r   r e g r ess io n   S u b j e c t   R e f .   A H I   e / h   S y st o l i c   p e a k   ( x )   P u l s e   i n t e r v a l   ( t pi )   P e a k   t o   p e a k   i n t e r v a l   ( t pp )   P e a k   v o l t .   ( mv )   P r e d .   A H I   e / h   Er r .   %   t pi   ( sec )   P r e d .   A H I   e / h   Er r . %   t pp   ( sec )   P r e d .   A H I   e / h   Er r . %   S1   4   1 . 0 2   3 . 8 9   2 . 7 5   0 . 7 4   3 . 9 8   0 . 5   1 . 2 5   3 . 7 7   5 . 7 5   S2   7   0 . 9 8   7 . 0 1   - 0 . 1 4   0 . 7 6   6 . 9 8 7   0 . 1 8   1 . 1 9   6 . 9 7   0 . 4 2   S3 OSA   17   0 . 7 6   1 6 . 2 7 8   4 . 2 4   0 . 9 9   1 6 . 8 6   0 . 8 2   1 . 4 3   16   5 . 8 8   S4   OSA   23   0 . 6 1   2 2 . 7 6   1 . 0 4   1 . 0 7   2 1 . 9 8   4 . 4 3   1 . 3 7   2 1 . 4 7   6 . 6 5   S5   OSA   27   0 . 6 9   2 7 . 0 3 4   - 0 . 1 2   1 . 3 8   26   3 . 7   1 . 4 0   2 6 . 8 4   0 . 6       3. 3 . 2 .   M ultiv a ria t e   re g re s s io n ( M R)   I n   o r d er   t o   o v er co m e   th is   s n ag   o f   p r ed ictin g   AHI   in d ex   f o r   ea ch   in d iv i d u al  f ea tu r e,   we  att em p ted   t o   im p lem en th s tatis tical   tec h n iq u e:  m u ltip le  lin ea r   r e g r e s s io n /m u ltiv ar iate  r eg r ess io n ,   wh ich   u s s ev er al  in d ep en d en t/p r ed icto r   v ar iab l es.   I cr ea tes  a   lin ea r   r elatio n s h ip   in   th e   f o r m   o f   a   s tr aig h lin t h at  b est   ap p r o x im ates  all  th in d iv id u al  d ata  p o in t s   an d   also   h elp s   to   d eter m in e   th p o ten tial  v a r iab les  th at  ca n   b e   im p o r tan p r ed icto r s   f o r   g i v en   d ep e n d en v ar iab le ,   AHI   in   o u r   ca s e.   T h g en er al  m o d el  o f   m u ltiv ar iate  r eg r ess io n   f o r   n   v a r iab les is   g iv en   b y   ( 5 ) .     = 1 1 + 2 2 + +               (5 )     wh er b 1   to   b n   ar th r e g r ess io n   co ef f icien ts   r ep r esen tin g   t h v alu at  wh ich   th d ep en d en v ar iab le  ch an g es  wh en   th in d ep en d en v a r iab l ch an g es.  T h eq u atio n   r elat in g   s y s to lic  p ea k   ( x ) ,   p ea k   to   p ea k   in ter v al  ( t pp an d   au g m en tatio n   i n d ex   ( y /x )   with   AHI   o b tain ed   f r o m   t h m u ltip le  lin ea r   r eg r ess io n   p lo t is g iv en   in   6 .       = ( 1 . 1471 ) + ( 20 . 7108 )    + ( 13 . 1487 )   1 . 0 9 8       (6 )     C o m b in atio n s   o f   m o r p h o lo g i ca l,  s p ec tr al  an d   s tatis tical  f e atu r es  wer ch o s en   o n   tr ial - an d - er r o r   b asis   an d   all  p o s s ib le  co m b in atio n s   wer p r ac tically   im p le m en ted .   As  d is p lay ed   i n   T ab l 4 ,   r esp ir atio n   r ate   an d   h ea r r ate  co m b in ed   with   f ew  m o r p h o lo g ical  f ea tu r es  o f   PP d ep icted   th least  er r o r   p er ce n tag e.   Yet,   th e   p r ed icted   ap n ea - h y p o p n ea   in d ex   f o r   OSA  p atien ts   s h o we d   less er   ac cu r ac y   o v er   wid r an g e.   Ap ar f r o m   s elec tin g   th r ig h t   co m b i n atio n   o f   th f ea t u r es  wh ich   was  a   lab o r - i n ten s iv p r o ce s s ,   th c o m p u tatio n al   tim r eq u ir ed   is   less   co m p ar ed   to   o th er   m ac h in e   lear n in g   alg o r ith m s .       T ab le  4 Pre d icted   ap n ea - h y p o p n ea   in d e x   ( AHI )   c o m b in i n g   f iv f ea tu r es u s in g   MR tec h n i q u e   S u b j e c t s   R e f .   A H I   e / h   S y st o l i c   p e a k   ( x )   mv   P e a k   t o   p e a k   i n t e r v a l ( t pp )   Re s p .   R a t e / m i n   P u l s e   I n t e r v a l   ( t pi )   H e a r t   R a t e   b e a t s/ mi n   P r e d i c t e d   A H I   e / h   Er r o r   S 1   4   1 . 3 8   0 . 7 7   1 5 . 8   0 . 7 5   74   3 . 9 3   1 . 7 5   S 2   5   1 . 0 9   0 . 8 3   15   0 . 7 3   76   4 . 8 9   2 . 2   S 3   7   1 . 0 3   0 . 9 8   1 5 . 6   0 . 8 1   81   6 . 7 4   0 . 8 6   S 4   9   0 . 9 2   0 . 8 9   1 3 . 3   0 . 7 9   78   8 . 5 7   4 . 7 7   S 5(O S A )   11   0 . 7 9   1 . 1 5   1 0 . 8   0 . 9 3   83   9 . 6 8   12   S 6(O S A )   17   0 . 7 7   1 . 1 9   1 0 . 2   0 . 9 8   71   1 5 . 0 4   1 1 . 5 2   S 7(O S A )   20   0 . 6 5   1 . 2   9 . 8   1 . 0 4   68   1 6 . 9 9   1 5 . 0 5   S 8(O S A )   24   0 . 7 1   1 . 1 8   6 . 5   1 . 2 5   64   2 0 . 3 8   1 5 . 0 8       3. 3 . 3 .   Su pp o rt   v ec t o m a chi nes   ( SV M )   d ee p   lear n in g   alg o r ith m   w h ich   p er f o r m s   s u p er v is ed   lear n in g   o n   s et  o f   lab eled   tr ain i n g   d ata  is   u s ed   [ 7 ] ,   [ 2 6 ] .   B ased   o n   th i n f er en ce   o b tai n ed   f r o m   th e   tr ain in g   s et,   th al g o r ith m   co n s tr u cts  s et  o f   h y p e r   p lan es  in   h ig h   d im en s io n a s p ac wh er th n o n - lin ea r   n - d im en s io n al  in p u v ec to r   is   m ap p ed   in to     K - d im en s io n al  f ea tu r s p ac v ia  k er n el  tr ick .   SVM  u s e s   k er n el  f u n ctio n   to   tr an s f o r m   t h in p u d ata  in to   h ig h er   d im en s io n   s p ac an d   th en   class if y   th d ata  in to   two   cl ass es   b y   co n s tr u ctin g   s ep ar at in g   h y p er   p la n in   th tr an s f o r m ed   s p ac e.   T h d ata  v ec to r s   n ea r est  to   th h y p er   p lan in   th tr an s f o r m ed   s p ac ar th s u p p o r t   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   1 6 9 3 - 6 9 3 0   T E L KOM NI KA   T elec o m m u n   C o m p u t E l Co n tr o l Vo l.  19 ,   No .   4 Au g u s t 2 0 2 1 :    1 2 6 0   -   1 2 7 2   1268   v ec to r s .   E ac h   in p u d ata  v ec to r   is   m ap p ed   in to   h ig h er   d im en s io n   f ea tu r s p ac K   v ia  n o n - lin ea r   m a p p in g   Φ(x ) .   I n   ( 7 )   d e f in th e q u atio n   o f   th e   h y p er   p la n s ep ar atin g   th d ata  in t o   two   d if f er en t c l ass es.     ( ) = ( )                   (7 )     ( ) =   = 1 ( ) + 0 = 0             (8 )     wh er W   [ w 0 ,   w 1 ,   w 2 , …. . ,   w K ]   is   th weig h v ec to r .   L in ea r   k er n el   an d   s ec o n d - o r d er   p o ly n o m ial  k er n el  f u n ctio n s   wer e x p er im e n ted   with   d if f er en v alu es  o f   th e   r eg u lar izatio n   p ar am eter   C   ( C = 0 . 1 ,   1 ,   5 ,   8 )   as  s h o wn   in   T ab le  5 .   T h v alu o f   p ar am ete r   C   h as  b ee n   id e n t if ied   o n   th e   b asis   o f   lo west  m is clas s if icatio n   r ate  o n   th test in g   d ataset  an d   th b est  s u ited   co n f ig u r atio n   f o r   t h p o ly n o m ial  k er n el  f u n cti o n s   wer estab lis h ed   b ased   o n   in d ep en d en tr ials   u s in g   th test in g   d ata.   T h alg o r ith m   was  im p lem en ted   u s in g   SVM  to o lb o x   f o r   Ma tlab .         T ab le  5 Pre d icted   ap n ea - h y p o p n ea   in d e x   ( AHI )   u s in g   SVM  ( s ec o n d - o r d er   p o ly n o m ial  k e r n el  with   C =1 0 )   S u b j e c t   R e f .   A H I   e / h   R e s p i r a t o r y   R a t e / mi n   S p O 2   M o r p h o l o g i c a l   F e a t u r e   R e s p . r a t e / mi n   P r e d .   A H I   e / h   Er r .   %   O 2   sat u .   P r e d .   A H I   e / h   Er r .   %   P r e d .   A H I   e / h   Er r .   %   S1   3   1 6 . 5 6   3 . 2 5   - 8 . 3   99   3 . 0 3   - 1 . 0   3 . 5 7   - 1 9 . 0   S2   7   1 5 . 8   6 . 6   5 . 7 1   99   6 . 9 8   0 . 2   6 . 2 7   1 0 . 4 2   S3 OSA   14   1 0 . 2   1 2 . 8   8 . 5 7   97   1 3 . 5 6   3 . 0   12   1 4 . 2 8   S4   OSA   21   8 . 3   2 0 . 6   1 . 9 0   96   20   4 . 0   2 2 . 7 6   - 8 . 3 8   S5   OSA   33   7 . 7   30   9 . 0 9   94   3 0 . 7   6 . 0   2 8 . 8   1 2 . 7 2       As  r esp ir atio n   r ate  an d   o x y g e n   s atu r atio n   f ea tu r es  ar clo s ely   ass o ciate d   with   O SA,  cla s s if icatio n   was  d o n f o r   th ese  two   f ea tu r es  s ep ar ately   an d   clas s if icati o n   u s in g   all  th m o r p h o lo g ica l   f ea tu r es  co m b in ed   was  also   ex ec u ted .   T ab le  5   s h o ws  th class if ier   r esu lt s   o f   r esp ir ato r y   r ate,   Sp O 2   an d   t h c o m b in ed   f ea tu r s et.   T h p o ly n o m ial  k er n el  d ep ict ed   h ig h er   ac c u r ac y ,   s en s itiv ity   an d   s p ec if icity   co m p ar ed   t o   th lin ea r   k er n el   class if icatio n .   Sp O 2   h ad   th e   h i g h est  s en s itiv ity   an d   ac c u r ac y   wh ile  r esp ir ato r y   r ate  h ad   th e   h ig h est  s p ec if icity .   T h p e r f o r m an ce   o f   th e   class i f ier   f o r   s ep a r ate  f ea t u r h ad   s h o wn   b etter   r esu lts   th an   th c o m b in ed   f ea tu r s et .   I n   g en e r al,   th ac cu r ac y   in c r ea s ed   with   in cr ea s in   C   v alu e.     T h h i g h est  p er f o r m a n ce   ( Acc :   9 6 . 5 %,     Sen :   9 8 . 0 %,  Sp ec :   9 9 . 3 %)  was  ac h iev ed   with   th s ec o n d - o r d er   p o ly n o m ial  with   C =1 0   f o r   Sp O 2 .   T h e   class if icatio n   o f   ap n eic  an d   n o r m al  s ig n als  b ased   o n   o n s in g le  f ea tu r ca n n o b i n co r p o r ated   in to   au to m atic   s cr ee n in g   alg o r ith m s .       3. 3 . 4 .   Ra nd o m   f o re s t   ( RF )   R is   s u p er v is ed   m ac h in le ar n in g   tec h n iq u e   u s ed   f o r   clas s if icatio n   an d   r e g r ess io n .   I o p er ates  b y   cr ea tin g   d ec is io n   tr ee s   b ased   o n   th e   f ea tu r e   p a r am eter s   d u r i n g   th e   tr ain in g   p r o ce s s   an d   ac q u ir th e   p r e d ictio n   f r o m   ea ch   o f   th e   p ar am e ter   [ 2 8 ] .   T h p r ec is io n   o f   th r esu lt  in cr ea s es with   in cr ea s in   th n u m b er   o f   tr ee s   an d   also   av o id s   o v er   f itti n g   o f   th m o d el.   T h al g o r ith m   w o r k s   i n   two   s tag es,  o n is   th co n s tr u ctio n   o f   t h f o r est   wh ich   is   co m p letely   a   r an d o m   p r o ce s s   an d   th o th er   is   to   m ak p r ed ictio n   f r o m   th clas s if ier   f o r m ed   in   th e   f ir s s tag e.   I n itially   th alg o r ith m   r an d o m ly   s elec ts   m ”  f ea t u r es  f r o m   to tal  o f   n ”  f ea tu r es,  wh er m<<n Usi n g   th b est  s p lit  p o in t,   n o d es  an d   d au g h ter   n o d es  ar e   f o r m ed   am o n g   t h r a n d o m ly   s elec ted   m   f ea tu r es.   T ab le  6   d e p ic ts   th p er f o r m a n ce   o f   r a n d o m   f o r est  alg o r it h m   f o r   m o r p h o l o g ical,   s tatis t ical  an d   co m b in ed   f ea tu r es r esp ec tiv ely   u s in g   2 0   d ec is io n   tr ee s .         T ab le  6 Pre d icted   ap n ea - h y p o p n ea   in d e x   ( AHI )   u s in g   r a n d o m   f o r est with   2 0   d ec is io n   tr ee s   S u b j e c t   R e f .   A H I   e / h   M o r p h o l o g i c a l   f e a t u r e s   S t a t i st i c a l   f e a t u r e s   C o m b i n e d   f e a t u r e s     P r e d .   A H I   e / h   Er r .   %     P r e d .   A H I   e / h   Er r . %     P r e d .   A H I   e / h   Er r . %   S1   4     3 . 7 8   5 . 5     3 . 4 8   1 3 . 0     3 . 9 7   0 . 7   S2   7     6 . 4 1   8 . 0     5 . 7   1 8 . 0     6 . 7 7   3 . 2   S3 OSA   17     1 5 . 5   8 . 0     1 7 . 8   - 4 . 0     16   5 . 0   S4   OSA   23     2 1 . 3   7 . 0     2 0 . 5   1 0 . 0     2 2 . 8   0 . 8   S5   OSA   27     2 5 . 7   4 . 0     2 6 . 4   2 . 0     2 6 . 6   1 . 4 8       T h r an d o m   f o r est  is   co n s tr u cted   b y   r ep ea tin g   th ab o v s tep s   u n til  th r eq u ir ed   n u m b e r   o f   n o d es  an d   tr ee s   a r f o r m ed .   T h e   r a n d o m   f o r est  alg o r ith m   p r ed icts   th o u tp u t   b y   an aly zi n g   th e   t est  f ea tu r es  an d   th r u les  o f   ea ch   o f   th d ec is io n   tr ee s   an d   s to r es  th p r ed icted   o u tp u t.  Af ter   co m p u tin g   th v o tes  f o r   ea ch   o f   th e   p r ed ic ted   tar g et,   th alg o r ith m   id en tifie s   th tar g et  with   th h ig h est  v o tin g   as  th f in al  p r e d icted   o u tp u t.  I n   th e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KOM NI KA   T elec o m m u n   C o m p u t E l Co n tr o l         A n   a u to m a tic  s creen in g   a p p r o a ch   fo r   o b s tr u ctive   s leep   a p n e a   fr o   ( S mily  Je ya   Jo t h i.  E )   1269   p r o p o s ed   wo r k ,   th in p u f ea t u r s et  in clu d es  to tal  o f   2 4   f ea tu r es  an d   4 0 0 0   d ata  s am p les  o f   PP s ig n al.   T h n u m b er   o f   d ec is io n   tr ee s   ch o s en   in itially   was  1 0   a n d   la ter   2 0 .   T h p er f o r m an ce   o f   th alg o r ith m   was   ex am in ed   f o r   m o r p h o lo g ical  f ea tu r es  s ep ar ately ,   s tatis tical  an d   s p ec tr al   f ea tu r es  s ep a r ately   an d   f in ally   f o r   all  th co m b i n ed   f ea tu r es.  T h h i g h est  p er f o r m an ce   ( Acc :   9 8 . 0 %,  Sen :   9 8 . 6 %,  Sp ec :   9 9 . 3 %)  was  p o r tr ay ed   f o r   a   r an d o m   f o r est  o f   2 0   d ec is io n   tr ess ,   tr ain ed   with   th e   en tire   f ea tu r v ec to r .   T h o u tp u o f   t h class if ier   is   an   ag g r eg atio n   o f   th o u tp u ts   o f   all  th d ec is io n   tr ee s   o f   th f o r est,  wh ich   r ed u ce s   t h v a r ian ce   an d   b ias.  T h e   ex ec u tio n   tim e   o f   th alg o r ith m   was  v er y   h ig h   co m p ar ed   to   o th er   r eg r ess io n   al g o r ith m s ,   a s   th class if ier   f ir s p er f o r m s   s elec tio n   o f   r an d o m   s am p les  f r o m   t h g iv e n   f ea tu r v ec to r   X F ,   f o llo wed   b y   co n s tr u ctio n   o f   d ec is io n   tr ee   f o r   ev er y   s am p l e.   Pre d icted   r esu lts   ar o b tain ed   f r o m   ea c h   d ec is io n   tr ee   a n d   th c o m p u tatio n   r eq u ir ed   h er e   ar m e r ely   co m p ar is o n s   o f   o n e   f ea tu r e   a ea ch   n o d o f   th t r ee .   B y   in tr o d u cin g   co m p lete   r an d o m n ess   in   th e   s elec tio n   o f   th e   s am p le  f ea tu r at  e v er y   n o d o f   th e   d ec is io n   tr ee ,   an d   as  th e   class if ier   tech n iq u m a k es   co m p a r is o n   b etwe en   o n ly   o n f ea tu r at  e ac h   n o d e,   th s y s tem   is   m o r e   p o wer f u i n   f i n d in g   th co r r elatio n s   o f   th in p u ts   with o u th n ee d   f o r   in p u s ca lin g .   T h p er f o r m an ce   o f   th alg o r ith m   was  ex ce llen with   a   lo w   er r o r   r at e.   T h e   alg o r ith m   was  co n f ig u r ed   b ased   o n   t h n u m b e r   o f   f ea tu r es  co m p ar ed   at  ea ch   n o d o f   t h tr ee   an d   th n u m b er   o f   d ec is io n   t r ee s   an d   i m p lem en ted   th r o u g h   Ma tlab .         4.   RE SU L T A ND  AN AL Y SI S     T h e   ex p er im en tal  wo r k   in v o lv ed   f ir s o f   id en tify in g   th b est   class if ier   alg o r ith m   f o r   th g o o d   s ig n al   d etec tio n   m o d u le.   Seco n d ly ,   t h s elec tio n   o f   f ea tu r es  th at  co u ld   m ax im ize  th p er f o r m an ce   o f   th m ac h in e   lear n in g   alg o r ith m s   was  an   im p o r tan cr iter i o n .   T h o u g h   a g e,   weig h t,  b o d y   m ass   in d ex   wer in clu d ed   in   t h e   f ea tu r v ec t o r ,   th ey   wer e   n o n - p r ed ictiv e   p ar am eter s   an d   wer u s ed   o n ly   to   im p r o v t h ac cu r ac y   o f   th e   s y s tem .   T h o v er all  ef f icien cy   o f   th class if ier   alg o r ith m s   is   d ef in ed   b ased   o n   its   ab ilit y   to   d is tin g u is h   th e   n o r m al  an d   th ab n o r m al  s ig n als  co r r ec tly .   T h s en s itiv ity   o f   th class if ier   i s   d ef in ed   a s   th p er ce n tag o f   ap n eic  s ig n als  c o r r ec tly   class if ied   an d   s p ec if icity   o f   t h e   class if ier   is   th p er ce n tag e   o f   n o r m al  s ig n als   co r r ec tly   class if ied .   Un iv ar iate  an d   m u ltiv a r iate  r eg r ess io n   s er v to   in ter p r et  t h f u n ctio n al  r elatio n s h ip   b et wee n   AHI   an d   ea ch   o f   th f ea tu r es in d i v id u ally   an d   i n   g r o u p s   r esp ec tiv ely ,   an d   th en   p r ed ict  th f u tu r v alu o f   th tar g et   v ar iab le.   T h f o r m e r   al g o r ith m   was  s elec ted   f o r   its   s im p licity   an d   its   p r e d ictin g   ac cu r a cy ,   with   th h ig h est   er r o r   p er ce n tag o f   ± 7 .   T h p r ed icted   o u t p u ts   f o r   R R ,   t pp ,   t pi ,   HR wer v er y   clo s to   th tar g et.   T h e   alg o r ith m   d e p icted   co n s is ten cy   o f   th p r ed icted   o u tp u ts   o v e r   wid r an g o f   s ig n als.  T h e   o n ly   d is ad v a n tag e   was  th at,   to   in clu d e   all  th m o r p h o lo g ical,   s tatis tical  an d   s p ec tr al  f ea tu r es  was  lab o r - in te n s iv p r o ce s s .   T h is   was  o v er co m e   b y   u s in g   t h e   m u ltiv ar iate   r eg r ess io n   as  i t   s er v ed   to   i n ter p r et   th e   f u n ctio n al  r elatio n s h ip   b etwe en   AHI   an d   s e v er al  o f   th f ea tu r es  ad d ed   to g et h er ,   an d   th en   p r e d ict  th f u tu r v alu o f   th tar g et   v ar iab le.   T h e   alg o r ith m   s h o wed   m u ch   n o n - lin ea r ity   b et wee n   n o r m al  a n d   a p n eic  s ig n als  an d   p o r tr ay ed     o v er - f itti n g   f o r   s ev er al  n o r m al   PP s ig n als.   Su p p o r t   v ec to r   m ac h in e   wo r k ed   r elativ ely   well  c o m p a r ed   to   t h a b o v e   tech n iq u e   as  i n   T ab le   7 Ox y g en   s atu r atio n   f ea t u r es  p r o v id ed   clea r   m a r g in   o f   s ep a r atio n   b etwe en   th n o r m al  a n d   th a p n eic  s ig n als.   T h h ig h est  p er f o r m an ce   ( A cc :   9 6 . 5 %,  Sen :   9 8 . 0 %,  Sp ec :   . 3 %)  was  ac h iev ed   with   th s ec o n d - o r d er   p o ly n o m ial  with   C =1 0   f o r   Sp O 2 .   T h s ec o n d   o r d er   p o ly n o m ial  k er n el  d e p icted   h ig h er   a cc u r ac y ,   s en s itiv ity   an d   s p ec if icity   co m p a r ed   to   t h lin ea r   k er n el  class if ier .   Sp O 2   h ad   t h h i g h est  s en s itiv ity   an d   ac cu r ac y   wh ile   r esp ir ato r y   r ate  h a d   th e   h ig h e s s p ec if icity .   T h p er f o r m an c o f   t h class if ier   f o r   s ep ar ate   f ea tu r e   h ad   s h o wn   b etter   r esu lts   th an   th co m b in e d   f ea tu r s et.   I n   g e n er al,   th ac cu r ac y   in c r ea s ed   with   in cr ea s e   in   C   v alu e.       T h r eliab ilit y   an d   s tab ilit y   o f   th m ac h in lear n in g   alg o r it h m s   wer ex am in ed   b y   cr o s s - v alid atin g   th eir   p er f o r m a n ce   o n   th e   s am d atab ase  f o r   m u ltip le  tim es.  T h en tire   d ataset  was  s h u f f led   r an d o m l y   an d   was   s p lit  in to   1 0   g r o u p s   an d   1 0   cr o s s - f o ld   v alid atio n   was  p e r f o r m e d .   T h e   p er f o r m a n ce   o f   th r an d o m   f o r est  alg o r ith m   ex am in ed   all  th co m b in ed   f ea t u r es  d ep icted   ex ce llen ac cu r ac y   as  s ee n   in   T ab le  8 .   T h h ig h est   p er f o r m an ce   ( Acc :   9 8 . 0 %,  Se n :   9 8 . 6 %,  Sp ec :   9 9 . 3 %)  was  p o r tr ay ed   f o r   a   r an d o m   f o r est  o f   2 0   d ec is io n   tr ess ,   tr ain ed   with   th en tire   f ea tu r v ec to r .   I n cr ea s in   th n u m b er   o f   d ec is io n   tr ee s   b ey o n d   2 0   s h o wed   n o   en h an ce m e n in   its   p er f o r m an ce .   T h e   p er f o r m a n ce   was  b ett er   ( Acc :   9 6 . 8 %,   Sen :   9 5 . 9 %,  Sp ec :   9 5 . 9 %)   with   1 0   d ec is io n   tr ee s   f o r   th e   m o r p h o lo g ic al  f ea tu r es  o n ly   an d   th co m p u tatio n   tim tak e n   was   also   v e r y   less ,   b u ag ain   d ec is io n   ca n n o b m a d b ased   o n   o n l y   f ew  p a r am et er s .   T h co m p u tatio n   tim r eq u ir e d   was  m o r f o r   th e   co m b in ed   f ea tu r v ec to r   m o d el,   b u th p r ed ictio n   ac cu r ac y   was  also   th h i g h est.  Ou o f   s am p le  test in g   a n d   c r o s s   v alid atio n   m eth o d o lo g y   w as  u s ed   f o r   tu n in g   th m ac h in lear n in g   alg o r ith m s   to   im p r o v th eir   p er f o r m an ce .   As  s h o wn   in   T ab le s   7   an d   8 ,   th r an d o m   f o r e s t   a l g o r it h m   g a v e   b e t t e r   r es u l ts   c o m p a r e d   t o   o t h e r   t e c h n iq u e s ,   w it h   t h e   p e r f e c s et   o f   f ea t u r e s   u s e d   a n d   w it h   b e s t   s t r u c t u r e   d e v i s e d .   R a n d o m   f o r e s t   d e p i c t e d   v e r y   l e s s   v a r i ab i l i t y   i n d i c at i n g   b e t t e r   s t a b i li t y   o f   t h e   m e t h o d .   T h e   o t h e r   m a c h i n e   l e a r n i n g   a l g o r it h m s   s h o w e d   m u c h   v a r i a b i l it y   wh e n   u s e d   o n   t h e   t e s t i n g   d a t a b ase   a g a i n .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.