I nte rna t io na l J o urna l o f   E lect rica l a nd   Co m pu t er   E ng ineering   ( I J E CE )   Vo l.   15 ,   No .   2 A p r il   20 25 ,   p p .   1 6 2 0 ~ 1 6 3 1   I SS N:  2088 - 8 7 0 8 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijece. v 15 i 2 . pp 1 6 2 0 - 1 6 3 1           1620       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ij ec e. ia esco r e. co m   Enha nced emb ed ded sy stem  for v a rio us sy nthet ic   elect ro ca rdio g ra m g eneratio n usin g  McSha rry’s dy na mic  equa tion       Na da   F it riey a t ul H i k m a h,  R a chm a d Set ia wa n,  Na f ila   C a hy a   Anda nis ,   Aldo   P ra na t a   D e p a r t me n t   o f   B i o m e d i c a l   En g i n e e r i n g ,   F a c u l t y   o f   I n t e l l i g e n t   E l e c t r i c a l   Te c h n o l o g y   a n d   I n f o r ma t i c s,   I n st i t u t   Te k n o l o g i   S e p u l u h   N o p e m b e r ,   S u r a b a y a ,   I n d o n e s i a       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   J u n   1 1 ,   2 0 2 4   R ev is ed   Oct  7 ,   2 0 2 4   Acc ep ted   Oct  2 3 ,   2 0 2 4       An   e lec tro c a rd i o g ra m   (ECG is  a   sig n a t h a d e sc rib e t h e   h e a rt’s   e lec tri c a l   a c ti v it y .   S i g n a l   p r o c e ss in g   tec h n iq u e a re   n e c e ss a ry   to   e x trac m e a n in g f u l   in fo rm a ti o n   fro m   ECG   sig n a ls.  Re se a rc h e rs   o ften   u se   larg e   d a tab a se li k e   th e   P h y sio Ne t   d a tab a se   to   e v a l u a te  th e   p e rfo rm a n c e   o a l g o ri th m s.  Ho we v e r,   th e se   d a tab a se h a v e   li m it a ti o n c o n c e rn in g   th e   lac k   o te m p o ra o r   m o rp h o lo g ica v a riati o n s.  T h is  st u d y   a d d re ss e th is  li m it a ti o n   b y   i n tro d u c i n g   a   sy n th e ti c   ECG   c a p a b le  o p r o d u c in g   b o th   n o rm a 1 2 - lea d   ECG   sig n a ls  a n d   a b n o rm a ECG   sig n a ls  a n d   im p l e m e n ti n g   it   i n t o   th e   m icro c o n tr o ll e r.   T h e   p rima ry   c o n t rib u ti o n   i n v o lv e d e v e lo p i n g   a   sy n t h e ti c   ECG   m o d e u sin g   M c S h a rry ' d y n a m ic  e q u a ti o n   m o d e a n d   imp lem e n ti n g   i u sin g   M i k ro m e d ia   5   fo S TM 3 2 F 4   Ca p a c i ti v e   a a   m icro c o n tro ll e r.   Th is  m o d e e n a b les   u se rs  to   se th e   d e sire d   h e a rt  ra te  a n d   a c c u ra tely   re p li c a tes   ECG   wa v e fo rm u sin g   p a ra m e ters   ,   a n d   ,   e a c h   d e term in e th e   p e a k ’s  m a g n it u d e ,   t h e   p e a k ’s   ti m e   d u ra ti o n ,   a n d   th e   a n g u lar  v e lo c it y   o th e   traje c to r y .   Th e   sy n t h e ti c   ECG  wa e v a lu a ted   q u a li tati v e ly   a n d   q u a n t it a ti v e l y ,   d e m o n stra ti n g   wa v e fo rm   sim il a rit y   t o   t h e   ECG   sig n a ls.  Th is  stu d y   imp li e th a t h e   sy n t h e ti c   ECG   m o d e se rv e a a   v a lu a b le  t o o f o re se a rc h e rs  a n d   p ra c ti t io n e rs  i n   e lec tro c a rd io g ra p h y .   It   e n a b les   th e   g e n e ra ti o n   o f   n o rm a a n d   a b n o r m a ECG   sig n a ls,  a id in g   i n   a lg o rit h m   d e v e lo p m e n t   a n d   p o ten ti a ll y   e n h a n c in g   th e   u n d e rsta n d i n g   a n d   d iag n o si o h e a rt  c o n d it io n s.   K ey w o r d s :   12 - lead   elec tr o ca r d io g r am   Dy n am ical  m o d el   Ph an to m   elec tr o ca r d io g r a m   Ph y s io Net   Sy n th etic  elec tr o ca r d io g r am   T h is i a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r 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 :   Nad Fit r iey atu l H ik m ah   Dep ar tm en t o f   B io m ed ical  E n g in ee r in g ,   Facu lty   o f   I n tellig e n t E lectr ical  T ec h n o l o g y   a n d   I n f o r m atics,  I n s titu t T ek n o lo g i Sep u lu h   No p em b er   Su r ab ay a,   I n d o n esia   E m ail: n ad af h @ its . ac . id       1.   I NT RO D UCT I O N   An   elec tr o ca r d io g r am   ( E C G)   is   s ig n al  th at  d escr ib es  th h ea r t’ s   elec tr ical  ac tiv ity   th at  ca u s es  th h ea r to   c o n tr ac a n d   r elax .   On n o r m al   cy cle  o f   th e   E C r ep r esen ts   th atr ial  d ep o lar izatio n   o r   r ep o lar izatio n   an d   v en tr ic u lar   d ep o lar izatio n   o r   r ep o la r izatio n   ac tiv ity   th a o cc u r s   with   ea ch   h ea r tb ea t.  T h is   cy cle  ca n   b e   s ee n   f r o m   th E C wav ef o r m s   lab eled   P,  Q,   R ,   S,  an d   T .   T o   o b tain   clin ically   m ea n i n g f u l   in f o r m atio n   f r o m   E C s ig n als,  s ig n al  p r o ce s s i n g   tech n iq u es  in clu d th d et ec tio n   o f   th R   p ea k ,   QT   in ter v al,   d er iv ativ o f   h ea r r ate,   an d   r esp ir atio n   r ate   f r o m   th E C [ 1 ] [ 3 ] .   T h R R   in ter v al  is   th tim b etwe en   th R - p ea k s   an d   th s er ies  o f   R R   in ter v als  k n o wn   as  th e   R R   tach o g r a m .   T h v ar iab ilit y   o f   t h R R   in ter v al   ca n   p r o v id e   a   lo o f   im p o r tan in f o r m atio n   ab o u h u m an   p h y s io lo g y .   E v alu atio n   o f   b i o m ed ical  s ig n al  p r o ce s s in g   alg o r ith m s   is   u s u ally   d o n b y   a p p ly in g   th e m   to   E C s ig n als  in   lar g d atab ases   s u ch   as  th Ph y s io Net   d atab ase.   Ho wev er ,   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         E n h a n ce d   emb e d d ed   s ystem  fo r   va r io u s   s yn th etic  elec tr o ca r d io g r a m     ( N a d a   F itr ieya tu l   Hikma h )   1621   Ph y s io Net   h as  s ev er al  lim itati o n s ,   in clu d in g   th a b s en ce   o f   tim o r   m o r p h o lo g ical  v ar iati o n s   [ 4 ] .   T o   ad d r ess   th is   lim itatio n ,   s y n th etic   E C is   u s ed   t o   g en er ate   E C d ata  th at   is   n o t   co m m o n ly   a v ailab le  f o r   v ar io u s   r ea s o n s .   Fo r   in s tan ce ,   an   ex a m p le  o f   an   ab n o r m al  E C s ig n al  is   m y o ca r d ial  i n f ar ctio n   ( MI )   s ig n al.   E x is tin g   12 - lead   E C d atab ases   s u ch   as  P h ysika lis ch - Tech n is ch e   B u n d esa n s ta lt   ( PTB),   P h ysika lis ch - Tech n is ch e   B u n d esa n s ta lt  eX ten d ed   Lea d s   ( PTB - XL ) ,   an d   ST - d ata b ase  I I I   ( STAFF  I I I )   also   h a v e   class   im b alan ce .   Fo r   ex am p le,   th e   PTB - XL   d atab ase,   o n e   o f   th e   d atab ases   th at  h as  th e   m o s MI   s ig n al   d ata,   h as  d ata   o n     2 , 6 8 5   p atien ts   with   in f er io r   MI ,   3 5 4   p atien ts   with   a n ter io r   MI ,   2 0 1   p atien ts   with   L ater al   MI ,   an d   o n ly   1 7   p atien ts   with   p o s ter io r   MI   [ 5 ] .   T h is   a p p lies   n o t   o n ly   to   MI   s ig n als,  b u th er e   ar m an y   d if f er en t   ab n o r m al   E C s ig n al  s y m p to m s .   T o   f ac ilit ate  o b tain in g   E C d ata,   it  i s   n ec ess ar y   to   class if y   th e x i s tin g   E C s ig n als.   T h is   class if icatio n   is   b ased   o n   th r esear ch   b y   Pałczy ń s k et  a l .   [6 ] ,   wh ic h   ca teg o r izes  E C in to   f iv m ai n   class es a n d   s ev er al  s u b - class e s .   Mc Sh ar r y   et  a l [ 4 ]   c r ea ted   a   d y n a m ic  m o d el  b ased   o n   th r ee   d if f er e n tial  eq u atio n s   th at  ca n   cr ea te   r ea E C s ig n als.  Su b s eq u en r esear ch er s   wid ely   u s ed   th is   m o d el  to   cr ea te  s y n th etic  E C g en er ato r s ,   o n o f   wh ich   was  ca r r ied   o u b y   W ei  et  a l [ 7 ] .   T h e   s y n th e s ized   s y n th etic  E C was  p r o g r am m ed   o n   th e   m icr o co n tr o ller   u n it  ( MCU)   with   th h elp   o f   f ield   p r o g r am m ab le   g ate  ar r ay   ( FP GA) ,   d ig ital - to - a n alo g   co n v er ter   ( DAC),   liq u id   cr y s tal  d is p lay   ( L C D) ,   f lash   m em o r y ,   a n d   k e y p ad .   T h e   s ig n al  was  th en   d is p lay ed   u s in g   L ab VI E W   s o   th at  th e   u s er   co u ld   ac ce s s   an d   c o n tr o l   th wav ef o r m   o f   th g e n er ate d   E C s ig n al.   T h e   cr ea ted   E C g e n er ato r   allo w ed   th e   u s er   to   ea s ily   s et  v ar io u s   p ar am eter s   s u ch   as   s am p lin g   f r eq u e n cy ,   m ea n   h ea r r ate ¸   v alu es   o f   am p litu d e,   d u r atio n ,   a n d   p ea k   at  ea ch   o f   th P,  Q,   R ,   S,  an d   T ,   w h ich   d eter m in th e   p o s itio n   o f   ea ch   wav e,   as  well  as  o th er   p ar am eter s .   T h s i g n al  s h o wn   in   th is   s tu d y   is   j u s n o r m al  h ea r t   s ig n al  at  d if f er en 3 - lead s   [ 7 ]   Z h u   et   a l [ 8 ]   u tili ze d   m ac h in lear n in g   v ia   th e   g en e r ativ ad v er s ar ial  n etwo r k   ( GAN)   a p p r o ac h   to   g en er ate  s y n th etic  E C d at a,   n o tab ly   ac h iev in g   lo s s   f u n ctio n   o f   ze r o   f aster   th an   o th er   m eth o d s .   L ee   et  a l [ 9 ]   lev er ag e d   th e   PTB  d ataset  to   cr ea te  V - lead   E C s ig n als  f r o m   lim b   lea d s   u s in g   GAN  wit h     R - p ea k   alig n m e n t.  T h is   ap p r o ac h   p r eser v e d   p h y s io lo g ical  i n f o r m atio n   an d   tr an s lated   tim d o m ain   E C in to   two - d im en s io n al  s p ac u s in g   o r d er e d   tim e - s eq u en ce   em b e d d in g .   T h GAN  was  p air - tr ain ed   with   m o d if ied   lim b   I I   lead s   an d   ch est  lead s .   Ad ib   et  a l [ 1 0 ]   c r ea ted   s y n th etic  E C Gs  with   th W as s er s tein   GAN  with   g r ad ien p e n alty   ( W GAN - GP )   m o d el,   co n s is ten tly   p r o d u cin g   b ea ts   clo s er   to   r ea b ea ts   th an   th d en o is in g   d if f u s io n   p r o b ab ilis tic  m o d el   ( DDPM)   b ea ts   in   ev er y   in s tan ce   an d   m etr ic.   T h am b a wita ' s   r esear ch   o n   W av eGA an d   Pu ls e2 Pu l s d em o n s tr ated   th p o ten tial  o f   GANs  in   g en er atin g   r ea lis tic  s y n th etic  1 0 - s ec o n d   12 - lead   E C Gs,  with   th latter   s u r p ass in g   W av eGA in   g e n er atin g   1 2 1 , 9 7 7   Dee p Fak n o r m al  E C Gs  [ 1 1 ] Ha zr an d   B y u n   [ 1 2 ]   in tr o d u ce d   Sy n Sig GAN,   n o v el  GAN  m o d el  ca p ab le  o f   au t o n o m o u s ly   g en e r atin g   s y n th etic  b io m e d ical  s ig n a ls   f o r   elec tr o ca r d io g r am ,   elec tr o en ce p h alo g r am ,   elec tr o m y o g r am ,   an d   p h o to p let h y s m o g r am .   T h e   m o d el  ex h i b ited   s u p er io r   p er f o r m an ce   in   c o m p ar is o n   to   co n v en tio n al  an d   o th e r   GAN  m o d els  b ased   o n   ev al u atio n   m etr ics.  B h ag wat  an d   R av ik u m ar   [ 1 3 ]   em p l o y ed   th m ea n   av er a g e   p r ec is io n   ( MA P)   m ac h in e   lea r n in g   m eth o d   t o   g en er ate   d iv er s m o r p h o lo g ies  f r o m   r ea E C r ec o r d s ,   u s in g   p o ly n o m ials   an d   s p lin f its   i n   R 2   v ec t o r   s p ac e.   Ho wev er ,   GAN  o u tp er f o r m e d   MA b y   4 5 . 9 in   ter m s   o f   co m p u tatio n al   co m p le x ity .   H er n an d ez - Ma tam o r o s   et  a l.   [ 1 4 ]   p r o p o s ed   n ew  m eth o d   f o r   s y n th esizin g   b io m ed ical  s ig n als,  in v o lv in g   b id ir ec tio n al  r ec u r r en n eu r al  n etwo r k   an d   s tatis tical  s tag e.   T h is   m eth o d   co u ld   g en er ate   f iv e   ty p es   o f   b i o m ed ical  s ig n als,  in cl u d in g   elec tr o ca r d io g r a m ,   el ec tr o en ce p h al o g r am ,   b allis to ca r d io g r am ,   p h o to p leth y s m o g r am ,   an d   r esp ir ato r y   i m p ed an ce ,   a n d   co u l d   b tr ain ed   in   b o th   p o s itiv an d   n e g ativ tim d ir ec tio n s .   s h ar ed   lim itatio n   am o n g   all   m ac h in lear n i n g - b ased   s y n t h etic  E C Gs  is   th at,   to   g en er ate  an   E C s ig n al,   th ey   m u s in itially   ac q u ir k n o wled g f r o m   d atab ase.   I n ac cu r ac ies  in   th e   d atab ase  will  co n s eq u en tly   lea d   to   in ac cu r ac ies  in   th s y n th e tic  E C Gs.  Mo r eo v er ,   th s y n t h etic  E C Gs  ten d   to   r ep licate  th ch ar ac ter is tics   o f   th tr ain in g   s ig n als.  Fo r   in s tan ce ,   if   th tr ain in g   d ata  co n s is ts   o f   n o r m al  E C wav es,  th r esu ltin g   s y n th etic   E C Gs  will  ex h ib it  n o r m al  p atter n s   an d   will  n o in clu d e   a n y   ab n o r m al   E C G   wav es.  T o   in co r p o r ate   ab n o r m alities ,   it  is   ess en tial  to   h av th ese  v a r iatio n s   r e p r esen ted   in   t h d atab ase  f o r   m ac h in lear n in g   to   lear n   an d   r ep licate  th em .   Q u i r o z - J u á r e z   e t   a l [ 1 5 ]   e m p l o y e d   f o u r   m a t h e m a t i c a l   m o d e l s ,   i n c l u d i n g   h e t e r o g e n e o u s   n o n l i n e a r   o s c i ll a t o r s ,   r e a ct i o n - d i f f u s i o n   m o d e l   s p a t i a ll y   d i s c r et i z e d ,   d if f e r e n t i a l   e q u a t i o n s   w i t h   t i m d e l a y s ,   a n d   q u a s i - p e r i o d i c   m o t i o n .   Pa r a m e t e r   a d ju s t m e n ts   f o r   o t h e r   E C G   p at t e r n s   a r e   c h al l e n g i n g   d u e   t o   t h e   co m p l e x   p a r a m e t e r s .   C h e f f e r   e t   a l [ 1 6 ]   d e v e l o p ed   a   m a t h e m a t ic a l   m o d e l   u s in g   t h r e e   n o n l i n e a r   o s c il l a t o r s   w i t h   ti m e - d e l a y e d   c o n n e c t i o n s   t o   d e s c r i b e   h e a r t b e a t s ,   g e n e r a t i n g   s y n t h e ti c   E C Gs   f o r   n o r m a l   a n d   p a t h o l o g i c al   r h y t h m s .   H o w e v e r ,   t h e i r   f o c u s   i s   o n   s p e ci f i c   a r r h y t h m i a s ,   s u c h   as   a t r i a l   f l u t te r ,   a t r i a l   f i b r i ll a t i o n ,   a n d   v e n t r i c u l a r   f i b r i ll a t i o n .     Q u i r o z - J u á r e z   e t   a l [ 1 7 ]   p r o p o s e d   a   m o d el   w it h   tw o   R L C   l i n e a r   o s c il l at o r s   r e p r es e n t i n g   t h e   a t r i a   a n d   v e n t r i c l es ,   a l o n g   w i t h   a n   e l e ct r i c a c a r d i ac   c o n d u c t i o n   s y s t e m .   T h ei r   m o d e l   a d d r e s s e s   o n l y   h e a l t h y   s y n t h e t i c   E C G   s i g n a l s ,   w i t h o u t   s t u d y i n g   t h e   p a r a m e ter   e f f e c t s .   A w al   e t   a l [ 1 8 ]   i n t r o d u c e d   a   s i m p l i f i e d   m o d e l   f o r   g e n e r a t i n g   v a r i o u s   c a r d i a c   d y s r h y t h m i as ,   i n c l u d in g   n o r m a l   b e a t s ,   a t r i al   p r e m a tu r e   b e a t s ,   p a c e d   b e a ts ,   a n d   p r e m a t u r e   v e n t r i c u l a r   c o n t r a c t i o n s .   T h e   m o d e c a n   r e p r e s e n a s y m m et r i c   E C c o m p o n e n t s   b u i s   l i m i t e d   t o   s p e c i f i c as e s .   Q u e   e t   a l [ 5 ]   d e v el o p e d   a   d y n a m i c   m o d e l   t o   g e n e r a te   1 2 - l e a d   E C G s   f o r   m y o c a r d i a l   in f a r c t i o n   ( M I )   w it h   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   15 ,   No .   2 Ap r il   20 25 :   1 6 2 0 - 1 6 3 1   1622   d i f f e r e n t   c h a r a c t e r is ti c s ,   a c h i e v i n g   a   9 5 . 6 %   a v e r a g e   f i d e l i t y   u s i n g   t h e   D T W - GR A   d i s ta n c e   a lg o r i t h m .   H o w e v e r ,   t h e   m o d e l   h a s   y e t   t o   v a l i d a te   t h e   s i m il a r i t y   t o   r e a l   i n f a r ct   E C Gs .   T h a u r i s i n g h a m   et   a l [ 1 9 ]   d e v is e d   m o d e l   t o   p r e d i c R R   i n te r v a l s   e m p l o y i n g   a   t i m e - v a r y in g   c h a o t i s e q u e n c e   a n d   a n   e n h a n c e d   l o g is t i m a p   m u l ti p l i e d   b y   a   c o n s t an t   p a r a m e t e r .   T h e y   i n t e g r a t e d   m e a n   h e a r t   r a te   a n d   s o l v e d   o r d i n a r y   d i f f e r e n t i a e q u a t i o n s ;   h o w e v e r ,   t h ei r   a p p l i c a t i o n   w as   li m i t e d   to   h e a l t h y   p a t i e n ts .   Q u i r o z - J u á r e z   e a l [ 2 0 ]   p r o p o s e d   a   m o d el   f o r   g e n e r at i n g   e l e ct r o c a r d i o g r a m   s i g n a ls   t h r o u g h   a   d i s c r et i z e d   r e a c t i o n - d i f f u s i o n   s y s t e m .   T h is   a p p r o a c h   u t i l i z e d   t h r e e   n o n l in e a r   o s c i l la t o r s   t o   e m u la t e   h e ar t   p a c e m a k e r s ,   wi t h   t h e   a b i l i t y   t o   c o n t r o l   t h e   t r a n s iti o n   f r o m   a   n o r m a l   r h y t h m   t o   v e n t r i c u l a r   f i b r i ll a ti o n   ( V F )   w it h   a   s i n g l e   p a r a m e t e r .   W h i l e   t h is   m o d e l   e l i m i n at e d   t h e   n e c e s s it y   f o r   m u l t i p l e   p a r a m e t e r s   o r   e x t e r n a l   s i g n a ls   t o   r e p l i c a t e   c h a o ti c   h e a r r h y t h m s ,   i t   d i d   n o t   e n c o m p ass   t h e   g e n e r a ti o n   o f   a b n o r m a l   E C G   w a v e f o r m s .   B a c h i   et   a l [ 2 1 ]   d e v e l o p e d   a   s i m u l at o r   b a s e d   o n   d i s c r e t e - t i m e   M a r k o v   c h ai n   m o d e l   t o   s i m u l a t e   at r i al   a n d   v e n t r i c u la r   a r r h y t h m i a s ,   wi t h   p a r t i c u l a r   f o c u s   o n   a n al y z i n g   a t r i a l   f i b r i l l at i o n .   T h e   s i m u l at o r   i n c o r p o r a t e d   s t at is t i ca l   i n f o r m a t i o n   r e g a r d i n g   e p i s o d e   d u r a t i o n ,   h e a r t b e a t   c h a r a c t e r is t i cs ,   m u s c le   n o i s e ,   m o t i o n   a r t i f a c ts ,   a n d   t h e   i n f l u e n c e   o f   r e s p i r a t i o n ,   m a k i n g   i t   s u i t a b l e   f o r   d a t a   a u g m e n t a t i o n   i n   m a c h i n e   l e a r n in g .   O n e   l i m i t a t i o n   o f   t h i s   s im u l a t o r   i s   i ts   d i g i t al   r e p r e s e n t a ti o n ,   a s   t h e   m a t h e m a t i c a l   m o d e l   is   i n h e r e n t l y   m o r e   c o m p l e x   d u e   t o   t h e   i n v o l v e m e n t   o f   m u l t i p l p a r a m e t e r s ,   a n d   t h e   o u t p u t   d a ta   r e m a i n s   i n   d i g i t al   f o r m a t .   E v a r i s t o   et   a l [ 2 2 ]   a p p l i e d   t h M c S h a r r y   m o d e l   t o   g e n e r a t e   E C s i g n a l s ,   t r a n s i tio n i n g   f r o m   a   G a u s s i a n   m o d e t o   a n   a u t o r e g r e s s i v m o d e l   f o r   R R   ta c h o g r a m s .   H o w e v e r ,   t h e   p a r a m e t e r s   g o v e r n i n g   t h i s   t r a n s i ti o n   w e r e   n o t   a d a p t a b l e ,   t h e r e b y   l i m i t in g   t h e i r   c a p a c i t y   t o   g e n e r a t e   a b n o r m a l   s i g n a ls .   D es p i t e   b e i n g   c l o s e r   t o   r e a li t y   t h a n   t h e   G a u s s i a n   m o d e l ,   t h e   R R   t a c h o g r a m s   w e r s o l e l y   g e n e r a te d   u s i n g   n o r m a l   p a r a m e t e r s .   B u ild in g   u p o n   p r io r   r esear ch ,   th is   s tu d y   h as  d ev elo p ed   a   s y n th etic  E C ca p ab le  o f   g en er atin g   n o r m al  h ea r s ig n al  p atter n s   ac r o s s   1 2   lea d s   as  well  as  v a r io u s   h ea r t   s ig n als  f ea tu r in g   E C ab n o r m alities   ca teg o r ized   i n   p r ev io u s   E C class if icatio n s .   B ey o n d   d i v er s if y in g   th ar r ay   o f   h ea r s ig n al  ty p es,  t h is   s y n th etic  E C s y s tem   allo ws   u s er s   to   ea s ily   ad ju s h ea r r ate  p ar am eter s .   T h s y n th esis   o f   E C d ata  was   ac h iev ed   t h r o u g h   th u tili za tio n   o f   Mik r o m ed ia   5 ,   in teg r ated   in to   th e   STM 3 2 F4 0 7 Z c ap ac ito r ,   e q u ip p ed   with   th STM 3 2 F4   m icr o co n t r o ller   an d   v is u al  th in   f ilm   tr a n s is to r   ( T FT ) .   Vis u al  T FT,   em p lo y in g   th in - f ilm   tr an s is to r   tech n o lo g y   f o r   p ix e co n tr o l,   o f f e r s   th d is tin ct  a d v an tag e   o f   r en d e r in g   clea r er ,   s h ar p er ,   an d   m o r e   v ib r an im ag es.  T h en tire   p r o g r am   is   em b ed d ed   with in   th e   m icr o co n tr o ller ,   an d   th r esu lt in g   s y n th etic  E C s ig n al  is   p r esen ted   v ia   v is u al  T FT.   User s   ca n   co n f ig u r e   h ea r r ate  p a r am eter s   an d   m an ip u late  th E C s ig n al  wav ef o r m   t h r o u g h   th e   to u c h s cr ee n   f u n ctio n ality   p r o v i d ed   b y   v is u al  T FT.   Ad d itio n ally ,   in   ad d itio n   t o   b ein g   d is p lay ed   o n   v is u al  T FT,   th s ig n al  is   co n v er ted   in to   an alo g   f o r m   u s in g   d ig ital - to - a n alo g   co n v er ter   v ia  th e   DAC  C lick   m o d u le.   I n   t h e   d ev elo p m en t   o f   th is   s y n th etic  E C G,   th d if f er en tial  e q u atio n   f r am ewo r k   estab lis h ed   b y   Mc Sh ar r y   et  a l [ 4 ]   was  em p lo y ed ,   with   th c o m p u tatio n al  m eth o d   im p lem en ted   b ein g   R u n g e - Ku tta  o r d er   4 .   T h p r im ar y   c o n tr ib u tio n   o f   th is   wo r k   lies   in   th cr ea tio n   o f   s y n th etic  E C m o d el  th at  will   s er v as  n o v el  d ataset.   B y   u s in g   s y n th etic  d ata,   th is   d atas et  ad d r ess es  p r iv ac y   co n ce r n s ,   as  tr ad itio n al  E C G   d atasets   ar o f ten   k ep p r iv ate  f o r   co n f id en tiality   r ea s o n s .       2.   M E T H O D   T h s y n th etic   E C s y s tem   co n s is ts   o f   h ar d war a n d   s o f twar s y s tem s .   T h h ar d war e   s y s tem   u s es  Mik r o m ed ia  5   f o r   STM 3 2   C ap ac itiv e,   eq u ip p e d   with   th STM 3 2 F4 0 7 Z m icr o co n tr o ller   an d   T FT  d is p lay T h o v er all  d iag r am   o f   th s y n th etic  E C s ig n al  g en er atio n   p r o ce s s   ca n   b s ee n   i n   Fig u r e   1 .   T h h ea r r ate  in   b ea ts   p er   m in u te  ( b p m )   an d   th ty p o f   s ig n al  to   b s h o wn ,   in clu d in g   n o r m al  h ea r s ig n als  at  1 2 - lead s   an d   MI   s ig n als,  wer en ter e d   i n to   t h e   s y n th etic  E C G.   T h e   p r o d u cti o n   o f   t h p o wer   s p ec tr u m ,   w h ich   is   im p ac ted   b y   r esp ir ato r y   s in u s   ar r h y th m ia   ( R SA)   an d   Ma y er   wav es,  u s es  tem p o r al  a n d   s p ec tr al  p ar am eter s ,   s u ch   as   f r eq u e n cy ,   s tan d a r d   d e v iatio n   o f   lo f r e q u en c y   ( L F)  a n d   h i g h   f r eq u en cy   ( HF) ,   an d   th r ati o   o f   L F to   HF.   Mik r o m ed ia  5   f o r   STM 3 2   C a p ac itiv is   u s ed   as  th e   h ar d war e,   an d   th e   p r o ce s s   will  o p e r ate  o n   t h m icr o co n tr o ller   STM 3 2 F4 0 7 Z with   v is u al  T FT  as  g r ap h ic  u s er   in ter f ac ( GUI )   f o r   u s er s   to   en ter   in p u h ea r r ate  an d   co n tr o s ig n al  o u tp u t.  T h to u ch s cr ee n   ca p a b ilit y   o n   th e   v is u al  T FT  also   m ak es  it  clea r   f o r   u s er s   to   ch o o s an d   m o d if y   t h s ig n al  o u tp u t.   I n   ad d itio n   t o   th s ig n al  d is p lay ed   v ia   th e   T FT,   th e   s ig n al  is   also   co n v er ted   to   an alo g   v ia  d ig ital - to - an alo g   c o n v er te r   ( DAC)  u s in g   DA C   C lick .   T h an alo g   s ig n al  th at  co m es  o u th r o u g h   th e   DAC  C lick   alr ea d y   h as  s m o o th   o u tp u s ig n al,   s o   t h er is   n o   n e ed   to   d o   lo w - p ass   f ilter   ag ain .   d if f er en tial v o ltag d iv id er   lo wer s   th s ig n al' s   v o ltag o n ce   it h as b ee n   co n v er ted   to   an alo g .       2 . 1 .     RSA  a nd   M a y er   wa v es  g ener a t io n   T h au to n o m ic  n er v o u s   s y s tem   p lay s   v ital  r o le  in   th r eg u latio n   o f   th b o d y ' s   v is ce r al  f u n ctio n s   b y   m ea n s   o f   th s y m p ath etic  an d   p a r asy m p ath etic  n er v o u s   s y s tem s .   T h ese  s y s tem s   ar r esp o n s ib le  f o r   m ain tain in g   th d y n am ic  eq u i lib r iu m   an d   ess en tial  f u n ctio n s   o f   th b o d y .   W ith in   th ca r d io v ascu lar   s y s tem ,   th is   eq u ilib r iu m   r esu lts   in   f lu ctu atio n s   in   h ea r r ate  in ter v al s ,   p h en o m en o n   k n o wn   as  h ea r r ate  v ar ia b ilit y   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         E n h a n ce d   emb e d d ed   s ystem  fo r   va r io u s   s yn th etic  elec tr o ca r d io g r a m     ( N a d a   F itr ieya tu l   Hikma h )   1623   ( HR V)   [ 2 3 ] .   T h ac tiv ity   o f   th s y m p ath etic  n er v o u s   s y s tem   ten d s   to   in cr ea s h ea r r ate,   wh er ea s   th ac tiv ity   o f   th p ar asy m p ath etic  n er v o u s   s y s tem   ten d s   to   lo wer   it.  T h in ter p lay   b etwe en   th ese  two   s y s tem s   i s   r ef er r ed   to   as  s y m p ath o v ag al  b alan ce ,   an d   it  is   b eliev e d   to   b r ef lecte d   in   v ar iatio n s   in   th ca r d iac  cy cle  f r o m   o n b ea t   to   th n e x t.  Sp ec tr al  an aly s is   o f   th R R   tach o g r am   is   co m m o n ly   u s ed   m eth o d   to   ass ess   th in f lu en ce   o f   s y m p ath etic  an d   p a r asy m p ath etic  ac tiv ity .   I d is tin g u is h es  b etwe en   two   p r im ar y   f r eq u en c y   co m p o n en ts lo w   f r eq u e n cy   ( L F),   wh ich   f alls   with in   th r an g o f   0 . 0 4 - 0 . 1 5   H z,   an d   h ig h   f r e q u en c y   ( HF) ,   with in   th r an g o f   0 . 1 5 - 0 . 4   Hz,   with   th HF  p ea k   o cc u r r in g   ar o u n d   0 . 2 5   Hz.   No tab ly ,   th e   p ea k s   with in   th L r a n g ar e   ty p ically   ass o ciate d   with   Ma y er   wav es  an d   ar ap p r o x im a tely   at  0 . 1   Hz.   Un d er   n o r m al   co n d itio n s ,   Ma y er   wav es  ar attr ib u ted   to   co m b in atio n   o f   f ac to r s ,   in clu d i n g   th b ar o r ec ep to r   an d   ch e m o r ec ep to r   f ee d b ac k   s y s tem ,   ce n tr o g en ic  r h y th m s   in   th b r ain s tem   with   co n n ec tio n s   to   r esp ir ato r y   o s cillatio n s ,   an d   au to r h y t h m icity   o f   v ascu lar   s m o o th   m u s cle  [ 2 4 ] .           Fig u r 1 .   Sy n th etic  E C s y s te m   d iag r am       T h ef f ec o f   R SA  an d   Ma y er   wav es  o n   th ( )   p o wer   s p e ctr u m   o n   th R R   in ter v al  ca n   b e   p r o d u ce d   b y   th s u m   o f   th e   two   Gau s s ian   d is tr ib u tio n s ,   wh ic h   ca n   b e   s ee n   in   ( 1 ) ,         ( ) =   1 2 2 1 2    ( ( 1 ) 2 2 1 2 ) +   2 2 2 2 2    ( ( 2 ) 2 2 2 2 )     ( 1 )     w h e r e   v a r i a b l 1   a n d   2   r e p r e s e n t   t h e   f r e q u e n c i e s   o f   L F   a n d   H F ,   1   a n d   2   r e p r e s e n t   t h e   s ta n d a r d   d e v i a t i o n   o f   L F   a n d   HF   r e s p e ct i v e l y ,   1 2   a n d   2 2   r e p r e s e n t   t h p o w e r   o f   L F   a n d   H F .   W h i l t h e   v a r i at i o n   is   th e   s a m e   as   t h t o t a l   a r e a ,   i t   ca n   b e   w r i tt e n   as   2 =   1 2 + 2 2   ,   y i e l d i n g   t h e   L F / HF   r at i o   o b t ain e d   f r o m   1 2 / 2 2 .   I n   t h is   r e s e a r c h ,   t h e   i n i t ia l   v a l u e   1 = 0 . 1 2 = 0 . 25 1 = 0 . 01 2 = 0 . 01 ,   d a n   1 2 / 2 2 = 0 . 5   i s   u s e d .     2 . 2 .     RR  T a cho g r a m   g ener a t io n   T h tim s er ies  o f   th R R   in ter v al ( ) ,   with   th p o wer   s p ec tr u m   ( )   ca n   b e   o b tain e d   u s in g   th e   in v er s d is cr ete  Fo u r ier   tr an s f o r m   ( I DFT)   m eth o d .   Ho wev e r ,   m ir r o r i n g   ( )   is   r eq u ir ed   b ef o r ap p ly in g   th is   tech n iq u e.   Acc o r d in g   to   a   s tu d y   b y   Mc Sh ar r y   et  a l.   [ 4 ]   th am p litu d was  co n v er ted   t o   ( )   an d   th en   g iv e n   r an d o m   p h ase   th at  was d is p er s ed   b etwe en   0   an d   1   Hz.   T h e   s ig n al  is   in itially   d i v id ed   in to   r ea an d   im ag i n ar y   p o r tio n s   in   o r d er   to   d o   th is   r an d o m   p h ase  o p er atio n .   T h e   I DFT  p r o ce d u r ca n   th e n   b e   u s ed   to   t r an s f o r m   f r eq u e n cy - d o m ain   s ig n als  in to   tim e - d o m ai n   s ig n als.  T h r es u lts   o f   th e   p r e v io u s   s ig n al,   wh ich   h as  b ee n   g iv en   r an d o m   p h ase,   will  b u s ed   f o r   th I DFT  p r o ce s s   f o r   ea ch   r ea an d   im ag in ar y   p ar t.  T h I DFT  was  f o llo wed   b y   th f o r m atio n   o f   th R R   t ac h o g r am .   I n   o r d er   to   cr ea te  3 p ath   later   o n ,   th an g u l ar   v elo city   f r o m   th e   tim s er ies  ca n   b o b tain ed   b y   u s in g   th f o r m u la  ( ) = 2 / ( )   wh er ( )   is   th tim s er ie s   o f   th R R   in ter v al.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   15 ,   No .   2 Ap r il   20 25 :   1 6 2 0 - 1 6 3 1   1624   2 . 3 .     Dy na m ica m o del     th r ee - d im e n s io n al  p at h   wit h   ,   an d     co o r d in ates  is   g en e r ated   b y   th is   m o d el.   On e   R R   in ter v al  o r   h ea r r ate  is   r ep r esen ted   b y   ea ch   r e v o lu tio n   o f   th is   tr ajec to r y   cy cle.   T h q u asi - p er io d icity   o f   th E C is   r ef lecte d   b y   t h m o v em en t o f   th tr ac k   ar o u n d   th cy cle  in   th x   an d   y   p lan es.  Var iatio n s   in   E C m o r p h o lo g y   ar f o r m e d   b y   m o v em en o n   a   tr ajec to r y   in   t h z - d ir ec tio n .   T h lo ca tio n s   o f   P,  Q,   R ,   S,  an d   T   ar d eter m in e d   b y   th e   an g les  in   th c y cle  n a m ed   ,   an d   .   E ac h   p o in t’ s   am p litu d is   d eter m in e d   b y   t h   an d   ea ch   wav e   p h ase’ s   d u r atio n   i s   d eter m in ed   b y   th e   .   T h is   d y n am ical  m o d el  c o n s is ts   o f   t h r ee   d i f f er en tials   eq u atio n s   as wr itten   in   ( 2 ) ,       ̇ =         ̇ =    +        ̇ =   e xp ( 2 2 2 )     { , , , , } ( )     ( 2 )     wh er = 1   2 +   2 = ( )  2 =  2 ( , )   an d     is   th an g u la r   v elo city   o f   th e   tr ac k   m o v in g   d u r in g   th cy cle.   B aselin wan d er   is   wr itten     an d   p lu g g ed   in t o   th eq u atio n .   T h p h en o m en o n   o f   b aselin e   wan d er   is   n o is t h at  f r eq u en tly   a p p ea r s   i n   E C r ea d in g s .   T h b aselin wan d e r   eq u atio n   is   wr itten   as sh o wn   in   ( 3 ) ,     ( ) = s in ( 2 2 )     ( 3 )     wh er e   =   0 . 15   m V.   T h ab o v eq u at io n s   ar in teg r ated   n u m er ical ly   u s in g   th f o u r th - o r d e r   R u n g e - Ku tta   m eth o d   with   f ix e d - tim s tep   = 1 /   wh er   is   th s am p lin g   f r e q u en cy .   T h s h ap e   o f   t h E C s ig n al  is   in f lu en ce d   b y   th e   s ize  o f   th e   av er ag e   h ea r t   r ate  v alu e   ( ) .   As  th h ea r r ate   r is es,  th e   wid th   o f   th e   QR n ar r o ws.  C h an g es  ca u s ed   b y   h ea r r ate  ar m ad b y   m o d if y in g   th ex p o n e n tial  wid th   an d   th an g u la r   p o s itio n ,   wh ich   ca n   b s ee n   i n   T ab le  1   [ 2 5 ] .   T h v alu o f   α   i ts elf   ca n   b s ee n   in   ( 4 ) ,       =   / 60   ( 4 )     wh er α   is   th m o d u latio n   f ac t o r .       T ab le  1 .   Par am eter s   o f   n o r m al   E C m o r p h o l o g y   with   α   m o d u latio n   I n d e x   ( )   P   Q   R   S   T -   T+   Ti me   ( sec s)   - 0 . 2 α   - 0 . 0 5 α   0   0 . 0 5 α   0 . 2 7 7 α   0 . 2 8 6 α     ( r a d i a n s)   3   12   0    12   5 9   60   5 9     0 . 8   - 5 . 0   3 0 . 0   - 7 . 5   0 . 5 2 . 5   0 . 7 5 2 . 5     0 . 2 α   0 . 1 α   0 . 1 α   0 . 1 α   0 . 4 1   0 . 2 α       2 . 4 .     4 th   o rder   Rung e - K utt a     R u n g e - Ku tta   is   n u m er ical  m eth o d   co m m o n l y   u s ed   to   s o lv d if f er en tial  eq u atio n s .   T h e   h ig h er   th e   o r d er   o f   R u n g e - K u tta,   th e   h ig h er   th e   ac cu r ac y   g iv en ,   b u th m o r e   co m p lex   t h ca lcu latio n .   I n   th is   s tu d y ,   t h e   f o u r th - o r d e r   R u n g e - K u tta  m eth o d   was  u s ed   to   in teg r ate  th e   d if f er en tial  eq u atio n s   th at  wer m ad p r ev i o u s ly   in   ( 2 ) .   R u n g e - Ku tta  ca lcu latio n s   ca n   b ca r r ied   o u t a s   in   ( 5 ) ,       1 = ( , )     2 = ( + 1 2   , + 1 2 1 )     3 = ( + 1 2   , + 1 2 2 )     4 = ( +   , + 3 )     + 1 = + 1 6 ( 1 + 2 2 + 2 3 + 4 )   ( 5 )     wh er K 1 K 2 K 3 ,   an d   K 4   ar R u n g e - Ku tta  c o ef f icien ts ,   h   is   s tep   s ize,   x   is   in p u t,  y   is   o u t p u t,  an d   n   is   s eq u en c e.     2 . 5 .     DAC  a nd   diff er ent ia l v o lt a g div ider     DAC  C l ick   is   th d ev ice  u tili ze d   in   th is   s tu d y   to   c o n v er t   d ig ital  s ig n als  to   an alo g .   DAC  C lick   is   a   12 - b it  d ig ital - to - an al o g   c o n v e r ter   MCP 4 9 2 1   wh ich   is   a   p r o d u ct  p r o d u ce d   b y   Mic r o elec tr o n ics.  On o f   t h e   ch ar ac ter is tics   o f   th DAC  C lick   m o d u le  is   its   ca p ac ity   to   p r o d u ce   e x tr em ely   h ig h   p r ec is io n   with   litt le  n o is e.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         E n h a n ce d   emb e d d ed   s ystem  fo r   va r io u s   s yn th etic  elec tr o ca r d io g r a m     ( N a d a   F itr ieya tu l   Hikma h )   1625   T h is   elim in ates  an y   s tep s   in   t h s ig n al  o u tp u f r o m   th DAC  C lick ,   n eg atin g   th n ee d   f o r   a   lo w - p ass   f ilter   ( L PF )   cir cu it.  DAC  C lick   is   a   1 2 - b it  d ig ital - to - an alo g   c o n v er ter .   I m ea n s ,   it  h as  1 2 - b it   r eso lu tio n   an d   ca n   o u tp u t   an   a n alo g   o u t p u in   v alu r an g o f   0 - 4 0 9 5 .   T h e   m a x im u m   v o ltag e   th at  ca n   b e   g i v en   b y   DAC  C lick   o r   th e   o u t p u v o ltag v alu w h en   it  is   at  4 , 0 9 5   is   3 . 3   v o lts .   Giv en   t h at  th e   DAC  C lick   o n ly   h as  an   o u tp u t   v o ltag r an g e   f r o m   0   to   3 . 3   V,   th f ir s s tep   in   co n v er tin g   d ig ital  s ig n als  in t o   a n alo g   is   to   a d d   th g r ea test   n eg ativ v alu to   all  o th e r   v a lu es  to   en s u r th at  n o n o f   th s ig n al  v alu es  ar n eg ativ e.   T h n ex s tep   is   to   m u ltip ly   ea ch   E C s ig n al  v al u b y   a   s ca lin g   f ac to r   s et  b y   ( 6 ) .      = 4 , 095 /       ( 6 )     T h s ig n al' s   m ax im u m   v alu is   r ep r esen ted   b y     .   T h er ef o r e,   th DAC  v alu es  th at  will  b e   o u tp u as  v o ltag will b as d escr ib ed   b y   ( 7 ) .        =       ( 7 )     d if f er en tial  v o ltag e   d iv id er   cir cu it  ca n   b u s ed   t o   r ed u c th v o ltag e.   I n   th is   s tu d y ,   t h o u tp u s ig n al  is   co n v er ted   to   d i f f er en tial sig n al  b y   m ea s u r in g   th v o ltag d i f f er en ce   b etwe en   p o i n ts   1   an d   2   [ 2 6 ] .       3.   RE SU L T   Sig n al  g en er atio n   in itially   t o o k   p lace   with in   th e   Mik r o m ed ia  5   f o r   STM 3 2   C ap ac itiv p latf o r m   u s in g   Mik r o C   Pr o   f o r   AR M.   Mik r o C   Pro   f o r   AR was  u ti lized   af ter   th e   en tire   s ig n al  g e n er atio n   s y s tem   a n d   v ar iatio n s   f o r   d if f er e n s ig n al  ty p es  wer s u cc ess f u lly   d ev el o p ed .   T h is   p latf o r m   was  ch o s en   d u to   its   r o b u s in teg r atio n   with   AR M - b ased   m icr o c o n tr o ller s   a n d   ab ilit y   to   h an d le  c o m p lex   s ig n al   p r o ce s s in g   task s   ef f icien tly .   B y   lev er ag i n g   M ik r o C   Pro ' s   ex ten s iv lib r ar ies  an d   u s er - f r ien d ly   in ter f ac e,   th d ev elo p m en p r o ce s s   was stre am lin ed ,   allo win g   f o r   t h cr ea tio n   o f   v er s atile  an d   p r ec is s ig n al  o u tp u ts .         3 . 1 .     Sig na g ener a t io n   T h o u tco m es  o f   th s p ec tr u m   cr ea tio n   in   th e   L an d   HF  f r e q u en cies  b r o u g h t o n   b y   R SA  ev en ts   an d   Ma y er   wav es  ar d ep icted   in   Fig u r 2 .   I n   Fig u r 2 ( a) ,   th x - ax is   r ep r esen ts   f r eq u en cy   i n   Hz  u n its ,   an d   th e   y - ax is   r ep r esen ts   p o wer .   T h e   f ig u r e   s h o ws  th at  L h as  f r eq u e n cy   o f   0 . 1   Hz  a n d   HF  h as  f r eq u en cy   o f   0 . 2 5   Hz.   T h is   s p ec tr u m ' s   g en er atio n   was  s u cc ess f u b ec au s it  f o llo wed   th m eth o d o lo g y   t h at  was  em p lo y ed .   T h p r o ce s s   o f   r ef lectin g   th s ig n al  co m es  n e x af ter   th is   s p ec tr u m   h as  b ee n   s u cc ess f u lly   cr ea ted ,   as  s h o wn   in   Fig u r 2 ( b ) .   T h p r o ce s s   o f   f o r m in g   th R R   tach o g r am   is   ca r r ied   o u b y   c o n tin u in g   th e   p r e v io u s   p r o ce s s .   T h e   s ig n al  r esu ltin g   f r o m   m ir r o r i n g   in   th e   p r e v io u s   s tag e   is   c ar r ied   o u b y   th I DFT  p r o c ess .   Ho wev er ,   it  is   im p o r tan to   f ir s ad d   a   r an d o m   p h ase  b ef o r d o in g   I D FT,   th r esu lts   ar s h o wn   in   Fig u r 3 ( a ) .   On c e   s u cc ess f u l,  th I DFT   p r o ce d u r ca n   b e   u s ed .   T o   m ak e   th e   r a n g o f   R R   in ter v al  v al u es  to le r ab le  at   th is   p o i n t,   o f f s et  v alu es  m u s b in clu d e d .   T h R R   tach o g r am   will  o s cillate  ar o u n d   0   s ec o n d s   p r io r   t o   ad d in g   th o f f s et,   th u s   an   o f f s et  is   ca r r ied   o u t,  w h ich   is   th o u tco m o f   d iv id in g   th in p u t h ea r t r ate  b y   6 0 .   T h r esu lts   o f   th R R   tach o g r am   a f ter   ad d in g   th o f f s et  v alu ca n   b s ee n   i n   Fig u r e   3 ( b ) .           ( a)   ( b )     Fig u r 2 .   E C s ig n al  g en e r atio n   in   f r eq u e n cy   d o m ain   o f   ( a )   L F a n d   HF sp ec tr u m s   an d     ( b )   m ir r o r in g   s ig n al  r esu lt   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   15 ,   No .   2 Ap r il   20 25 :   1 6 2 0 - 1 6 3 1   1626       ( a)   ( b )     Fig u r 3 .   I DFT  p r o ce s s   in   ( a)   ad d itio n   o f   r an d o m   p h ases ,   r e al  ( b lu e) ,   im a g er y   ( r ed )   an d   ( b )   R R   tach o g r am   a f ter   o f f s et  ( 6 0   b p m )       T h E C s ig n al  is   f o r m ed   u s in g   th d y n am ical  m o d el  eq u at io n s   wr itten   in   ( 2 ) .   T h o m e g a   p r o d u ce d   in   th p r ev i o u s   p h ase  is   u tili ze d   in   th is   eq u atio n .   I n   ad d itio n ,   th e   v alu es  o f   ,   an d     f o r   e ac h   wav e   is   r eq u ir ed   i n   o r d er   to   b u ild   th e   E C s ig n al's  s h ap e.   Ad d itio n ally ,   th f o u r th - o r d e r   R u n g e - Ku tta   m eth o d ,   as   g iv en   in   ( 5 ) ,   is   u s ed   to   in teg r at th d if f er e n tial e q u atio n   in   ( 2 ) .     I n   th is   s ec tio n ,   o n s am p le  is   s elec ted   f r o m   ea c h   class   o f   a b n o r m al   E C G,   an d   th e   ass o ciate d   tab les  an d   r esu lts   ar p r esen ted   as  d e p icted   in   Fig u r e   4 .   T h ab n o r m ality   o f   h y p er tr o p h y   in   t h E C s ig n al  is   s h o wn   in   Fig u r 4 ( a)   as  lef v en t r icu lar   h y p e r tr o p h y   ( L VH) .   I n   Fi g u r 4 ( b ) ,   E C is   d ep icted   as  later al  m y o ca r d ial  in f ar ctio n   ( L MI ) .   I n   o r d er   to   g en er ate  s ig n als  in   d if f er e n t   E C f o r m ats,  th m eth o d   e m p lo y ed   in v o l v es  v ar y in g   th E C p ar am eter s   lis ted   in   T ab le  2   to   co n f ig u r th d esire d   s ig n al  p atter n s .   T h p ar am ete r s   in   T ab le  2   h a v b ee n   d er iv e d   f r o m   th m o d if ied   o r ig i n al  E C s ig n al  p ar am eter s   p r esen ted   in   T ab le  1 .   I n     T ab le  2 ,   th e   v alu es  f o r   tim a n d     r em ai n   u n ch a n g ed ,   as  th e   r esu ltan E C d ata  will  n o e x h ib it  an y   c h an g e s   in   th an g u la r   v elo city   o f   its   tr ajec to r y .   Fo r   th L VH  d ata,   t h m ag n itu d o f   th p a r am eter     in   th T -   an d   T +   s eg m en ts   h av b ee n   in v er ted   to   n eg ativ e,   r esu ltin g   in   th i n v er s io n   o f   th e   T   s ig n al  m o r p h o lo g y .   I n   th L M I   d ata,   th   v alu es   f o r   th P,   Q,   R ,   an d   s eg m e n ts   h av e   b ee n   ad ju s ted   to   y ield   a   s m aller   wav m o r p h o l o g y ,   p o s itiv wav e,   n eg ativ R   wav e,   an d   ze r o   wav t o   cr ea te  E C d ata  r esem b lin g   th L MI   s ig n al  in   L ea d   I I .           ( a)   ( b )     Fig u r 4 .   E C s y n th etic  ( a )   L VH  o n   lead   V5   a n d   ( b )   L MI   o n   lead   V2       T ab le  2 .   Par am eter s   o f   L VH  a n d   L MI   I n d e x   ( i )   LV H   LM I   P   Q   R   S   T -   T+   P   Q   R   S   T -   T+   Ti me   ( sec s)   - 0 . 2 α   - 0 . 0 5 α   0   0 . 0 5 α   0 . 2 7 7 α   0 . 2 8 6 α   - 0 . 2 α   - 0 . 0 5 α   0   0 . 0 5 α   0 . 2 7 7 α   0 . 2 8 6 α     ( r a d i a n s)   3   12   0    12   5 9   60   5 9   3   12   0    12   5 9   60   5 9     0 . 8   - 5 . 0   3 0 . 0   - 7 . 5   - 0 . 5 2 . 5   - 0 . 7 5 2 . 5   0 . 3   4 . 0   - 3 0 . 0   0   0 . 5 2 . 5   0 . 7 5 2 . 5     0 . 2 α   0 . 1 α   0 . 1 α   0 . 1 α   0 . 4 1   0 . 2 α   0 . 2 α   0 . 1 α   0 . 1 α   0 . 1 α   0 . 4 1   0 . 2 α     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         E n h a n ce d   emb e d d ed   s ystem  fo r   va r io u s   s yn th etic  elec tr o ca r d io g r a m     ( N a d a   F itr ieya tu l   Hikma h )   1627   3 . 2 .     E CG   s ig na l o n v is ua T F T   T h s u b s eq u en p h ase  in v o lv es  th tr an s f er   o f   all  g en er at ed   s ig n als  to   th Mik r o m ed i a   5   f o r   th e   STM 3 2   C ap ac itiv p latf o r m   f o llo win g   th eir   s u cc ess f u cr ea tio n   with in   th Delp h s o f twar e.   Pro g r am m i n g   o f   th Mik r o m ed ia  5   f o r   STM 3 2   C ap ac itiv is   ac h iev ed   th r o u g h   Mik r o C   Pro   f o r   AR M.   T h p r o ce d u r es  alig n   with   th d esig n   p r o ce s s   f o r   E C s ig n al  g en er atio n   in   s o f twar e.   E ac h   o u tp u s ig n al  f r o m   ev er y   s tep   is   p r ec o n f ig u r e d   to   e n s u r th at  ea ch   s tag y ield s   th a p p r o p r iate  s ig n al  o u tp u t.   T o   f ac ilit at th u p lo ad in g   o f   p r o g r a m s   cr ea ted   in   Mik r o C   Pro   f o r   AR in to   Mik r o m e d ia  5   f o r   STM 3 2   C ap ac itiv e,   an   ad d itio n al   to o l   k n o wn   as  C ODE GR I Su ite  is   r eq u ir ed .   I n   th is   s tu d y ,   th e   u s er   in ter f ac co m p r is es  8   s cr ee n s .   T h in itial  s cr ee n   p r o m p ts   th e   u s er   t o   s p e cif y   th e   h ea r t   r ate  v alu i n   b ea ts   p er   m in u te  ( b p m )   an d   s elec th d esire d   s ig n a l   to   b g e n er ated .   T h r esu lts   o f   th s ig n al  g en e r atio n   o n   th v is u al  T FT  d is p lay   ar d ep icted   in   Fig u r 5 ( a) .       3 . 3 .     USB   UART Click   USB   UA R T   is   u s ed   in   th is   s t u d y   to   tr an s m it  s er ial  d ata  f r o m   th r esu ltin g   s y n th etic  s ig n al  to   th USAR T   ter m in al.   T h is   s er ial  s ig n al  d ata  is   b ein g   s en with   t h in ten tio n   o f   b ein g   s to r e d   in   a   tex f ile  an d   u s ed   f o r   ad d itio n al  p u r p o s es,  o n e   o f   wh ich   is   s ig n al  test in g   with   o th er   p r o g r am s .   Nu m er o u s   p ar am eter s ,   s u ch   as  C o m Po r t,  B au d   R ate,   an d   o th er s ,   n ee d   to   b e   co n f ig u r e d   in   o r d er   to   u s USB   UART  C lic k .   T h lo g   is   u s ed   t o   ch o o s f ile  to   b u s ed   as  d ata  s to r ag to   s to r s er ial  d ata  p r o d u ce d   b y   s y n t h etic  s ig n als.  T h d ata  s to r ag p r o ce s s   ca n   th en   b s tar ted   b y   s elec tin g   s tar t lo g g in g .     3 . 4 .     DAC  C lick   T h n ex s tep   is   to   c o n v e r th d ig ital  s ig n al  in to   an al o g   s i g n al  f o r m .   DAC  C lick   was  in itialized   o n   Mik r o C   Pro   f o r   AR an d   p la ce d   o n   Mic r o b u s   1   o n   t h Mik r o m ed ia  5   C ap ac itiv Sh ield .   T h d ig ital  s ig n al   d ata  m u s th en   b tr a n s f o r m e d   in to   an   a n alo g   s ig n al  with   a   s im ilar   f o r m   af ter   in itializatio n .   DAC  C lick   is   12 - b it  d ig ital - to - an alo g   c o n v e r ter .   T h is   m ea n s   it  h as  1 2 - b it  r eso lu tio n   an d   ca n   o u tp u a n alo g   o u t p u in   th e   v alu r an g o f   0   to   4 , 0 9 5 .   T h e   m ax im u m   v o ltag th at  ca n   b e   is s u ed   b y   DAC  C lick   o r   th o u tp u t v o ltag v alu e   wh en   it  is   at  4 , 0 9 5   is   3 . 3   v o lts .   W ith   h ig h   1 2 - b it r eso lu tio n ,   DAC  C lick   is   ab le  to   is s u a   s m o o th   s ig n al.   T h e   o u tp u v o ltag e' s   DAC  m u s b e   s et  to   v alu r a n g o f   0   t o   4 , 0 9 5   b ef o r e   co n v er tin g   t h s ig n al  to   an alo g   f o r m .   T h h ig h est  n e g ativ s ig n al  v alu is   ad d ed   to   th s ig n al  f i r s t.  T h s ig n al  is   th en   m u ltip lied   b y   t h s ca le  v alu e   th at  is   p r o d u ce d   b y   d iv id i n g   4 , 0 9 5   b y   th m ax im u m   s ig n al  v alu e.     3 . 5 .     Dif f er ent ia v o lt a g div i der  circ uit   T h DAC  C lick   s ig n al  will  t h en   b lo wer e d   in   v o ltag u s in g   d if f er en tial   v o ltag e   d i v id er .   T h s ig n al  g en er atio n   is   s h o wn   in   th co n d itio n   o f   th L ater al  MI   s ig n al  o n   lead   V2 ,   w h ich   is   s h o wn   in     Fig u r 5 ( b ) .   ch an g i n   s ig n al  am p litu d h as  d is ce r n i b le  im p licatio n s .   R ed u ctio n   o f   r esis tan ce   o n   R 2   co r r esp o n d s   to   d ec r ea s i n   th v o ltag e   o f   th o u tp u s ig n al,   ac co m p an ie d   b y   an   in cr ea s in   n o is e.   C o n v er s ely ,   an   in cr ea s in   th e   r esis tan ce   o f   R 2   lead s   to   a   h i g h er   v o ltag e   o n   th o u tp u t   s ig n al  an d   r e d u ctio n   in   s ig n al  n o is e.   T h m a g n itu d o f   th is   e f f ec is   s u s ce p tib l to   d iv er s n o is s o u r ce s ,   b o th   in ter n al,   s u c h   as   th er m al  n o is e,   an d   ex ter n al,   s u ch   as  elec tr o m ag n etic  in ter f er en ce   em an atin g   f r o m   elec tr o n ic  d ev ices.  E ac h   r esis to r   in tr o d u ce s   th er m al  n o is e,   an d   as  r esis tan ce   d ec r e ases   with in   th cir cu it,  cu r r e n f lo in ten s if ies,   co n tr ib u tin g   to   elev ated   th er m al  n o is e,   s u b s eq u en tly   m an if esti n g   as  in cr ea s ed   n o is o n   th o s cillo s co p e.   E x ter n al  n o is f ac to r s ,   in clu d i n g   elec tr o n ic  i n ter f er e n ce ,   f u r t h er   in f lu e n ce   th is   b eh a v io r .           ( a)   ( b )     Fig u r 5 .   L ater al  s ig n al  MI   ( a)   lead   aVL   o n   Mi k r o m e d ia  5   a n d   ( b )   lead   V2   o n   DAC       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   15 ,   No .   2 Ap r il   20 25 :   1 6 2 0 - 1 6 3 1   1628   3 . 6 .     Q ua ntit a t iv v a lid a t io   Qu an titativ v alid atio n   is   co n d u cted   b y   c o m p ar i n g   th e   d esir ed   h ea r t   r ate  v al u es  with   th a ctu al  h ea r t   r ate  v alu es.  T h ac tu al  h ea r r ate  v alu es  ar ca lcu lated   u s in g   th Pan - T o m p k in s   m eth o d   [ 1 ] .   T h h ea r r ates,  m ea s u r ed   in   b ea ts   p er   m in u te,   ar s et  f r o m   4 0   to   1 4 0   in   in c r em en ts   o f   2 0 .   T h ese  v alu es  ar th en   co m p ar e d   to   th o s o b tain ed   th r o u g h   th Pa n - T o m p k in s   m eth o d .   T h co m p ar ativ r esu lts   ar d is p lay ed   i n   T ab le  3 .   T h r o o m ea n   s q u ar er r o r   ( R MSE )   is   ca lcu lated   f o r   th ese  v alu es,  y ield in g   r esu lt  o f   0 . 0 2 5 5 7 .   T h is   in d icate s   th at  th p r o d u ce d   h ea r t r ate  v alu es a r e   v er y   s im ilar   to   th d esire d   v al u es.       T ab le  3 .   C o m p a r is o n   b etwe en   d esire d   an d   ac t u al  h ea r t r ate   D e si r e d   h e a r t   r a t e   ( B P M )   A c t u a l   h e a r t   r a t e   ( B P M )   60   5 9 . 8 8   80   7 9 . 7 9   1 0 0   9 9 . 7 4   1 2 0   1 2 0   1 4 0   1 3 9 . 6 4       4.   DIS CU SS I O N   T h is   s tu d y   i n tr o d u ce s   a   to o f o r   g en er atin g   s y n th etic   E C s ig n als,  s p ec if ically   en co m p a s s in g   f iv d is tin ct  class es n o r m al,   h y p e r tr o p h y ,   m y o ca r d ial  in f ar ctio n ,   ST/T   ch an g e,   an d   c o n d u ctio n   d is tu r b a n ce .   T h p r o v is io n   o f   th ese  E C s ig n als  h o ld s   s ig n if ican v alu e,   ca ter in g   to   th ess en tial  r esea r ch   in   E C s ig n a l   p r o ce s s in g ,   wh ich   n ec ess itates  ac ce s s   to   co m p r eh e n s iv d atasets .   T h p r o p o s ed   to o o f f er s   u s er s   th f lex ib ilit y   to   s et  t h eir   d esire d   h ea r r ate   an d   s elec f r o m   th e s s ig n al  co n d itio n s ,   en a b lin g   th g e n er atio n   o f   a   v ar iety   o f   s ig n al  ty p es.  Fu r t h er m o r e ,   th r esu ltin g   s ig n al s   will  b p r esen ted   o n   th v is u al  T FT  an d   ar e   ad ap tab le  f o r   u tili za tio n   i n   b o t h   d ig ital   an d   an alo g   f o r m ats  o n   an   o s cillo s co p e.   T h is   to o s e r v es  as  a   v alu ab le  r eso u r ce   f o r   ed u ca tio n al  p u r p o s es,  r esear ch   en d ea v o r s ,   an d   t h p r o v is io n   o f   E C s ig n al  d atasets .   T esti n g   is   ca r r ied   o u i n   s tag e s ,   s tar tin g   f r o m   test in g   t h s y s tem   f o r   ca r r y in g   o u t   s ig n al  g e n er atio n   to   test in g   th h ar d war u s ed .   I n   test in g   th s ig n al  g en er atio n   s y s tem ,   th R SA  s p ec tr u m   an d   Ma y er   wa v es  ar e   f ir s f o r m ed   u s in g   th s u m   o f   th two   Gau s s ian   eq u atio n s .   T h r esu lts   is s u ed   ar in   ac co r d an ce   with   t h L F   an d   HF  f r eq u en cies,  as  s h o w n   in   Fig u r e   2 ( a) .   Af ter   th at,   m ir r o r in g   is   p er f o r m ed ,   th r e s u lts   o f   wh ich   ar in   Fig u r 2 ( b ) ,   an d   a   r a n d o m   p h ase  is   ad d ed   in   th e   r an g e   0 - 1   Hz,   as  s h o wn   in   Fig u r e   3 ( a ) .   I n   th is   s ec tio n ,   th e   s ig n al  is   d iv id ed   in to   two   p ar ts ,   n am ely   r ea an d   im ag in ar y .   T h r esu lts   o b tain ed   ar also   in   ac co r d an ce   with   wh at  s h o u ld   b e.   T o   co n v er th f r eq u e n cy   d o m ain   in to   th ti m d o m ain ,   t h I DFT  p r o ce s s   is   ca r r ied   o u an d   at  th is   p o in t,  th R R   tach o g r a m   h as  b ee n   f o r m e d ,   as  ca n   b s ee n   in   Fig u r 3 ( b ) .   T h R R   tach o g r am   test   is   ca r r ied   o u b y   v ar y in g   th h ea r r ate  in p u t.  T h r esu lt  is   th at  th g r ea ter   th h ea r r ate  en te r ed ,   th s m aller   th e   av er ag R R   in ter v al,   w h ich   m ea n s   th at  th d is tan ce   f r o m   R   to   R   is   also   g ettin g   cl o s er .   Af ter   th e   R R   tach o g r am   is   d ec lar ed   a p p r o p r iate,   it  ca n   p r o ce ed   to   th n e x s tag e,   n am ely   m o d elin g   th E C tr ajec to r y   with   d y n am ic  m o d el.   At  th is   s tag e,   th ap p r o p r iate  p ar am ete r   v alu es  ar s o u g h to   d eter m in th am p litu d e ,   wid th ,   an d   lo ca tio n   o f   ea ch   wa v p h ase  f o r   ea ch   ty p o f   s ig n al.   T h r esu lts   o b tain ed   wer e   th en   co m p ar ed   with   th r ec o r d ed   E C s ig n al  o n   t h r ef er e n ce   u s ed .   On o f   th e   r esu lts   o f   th is   m o d eli n g   ca n   b s ee n   in   Fig u r 5 .   T o   d i v er s if y   t h E C f o r m s ,   m an ip u latio n   o f   th e   p ar am et er s   ,   an d     is   ca r r ied   o u t,   ea ch   o f   wh ic h   d eter m in es th m ag n itu d o f   t h p ea k s ,   th wid th   ( tim d u r a tio n )   o f   ea c h   p ea k ,   an d   th an g u lar   v elo city   o f   th e   tr ajec to r y .   B y   alter in g   th ese  p ar am eter s ,   r a n g e   o f   E C s ig n al  s h ap es  a r p r o d u ce d ,   en a b lin g   th e   f o r m atio n   o f   d iv e r s E C s ig n al  ty p es.   T h h ar d wa r u s ed   in clu d es  Mik r o m ed ia  5   f o r   STM 3 2   C ap ac itiv e,   DAC  C lick ,   USB   UA R T ,   C ODE G R I P,  an d   d if f er e n t ial  v o ltag d iv id e r   cir cu it.  T h en tire   s y s tem   th at  h as  b e en   f o r m e d   is   th en   p r o g r a m m ed   o n   Mik r o m ed ia   5   f o r   STM 3 2   C ap ac itiv e.   T h e   h ar d war was  also   test ed   in   n u m b er   o f   s tag es.  T h T FT  v is u al  test   i s   p er f o r m ed   b y   cr ea tin g   ei g h s cr ee n s   an d   r u n n in g   th s ig n al  o n   th T FT.   T FT  v is u als  s h o wed   th s ig n al  with o u is s u e.   Fo llo win g   th at,   USB   UA R T   is   u s ed   to   o u tp u th s ig n al  s er ial  d ata.   T h e   s ig n al  d ata  was  co r r ec tly   s to r ed   an d   tr an s m itted   s u cc ess f u lly .   T h n ex s tep   is   to   u s DA C   C l ick   to   co n v er t   d ig ital  s ig n al  d ata  in to   an al o g .   T h o u tp u t   s ig n al  h as  g o o d   r esu lts   s in ce   t h DAC  m o d u le  u tili ze d   h as  lo n o is p er f o r m an ce ,   elim in atin g   th r eq u ir em e n f o r   a n   ad d itio n al  cir cu it  to   s m o o th   th s ig n al.   T h o u tp u t   an alo g   s ig n al  is   o b s er v ed   u s in g   an   o s cillo s co p e.     Af ter   o b s er v in g ,   th e   lim itatio n   o f   t h is   s tu d y   is   t h at  o u t p u v o ltag d ec r ea s es  with   d ec r ea s in g   r esis tan ce ,   an d   th r esu ltin g   s ig n al  h as  m o r n o is e.   On   th o th er   h an d ,   as  r esis tan ce   in cr ea s es,  th o u tp u t   v o ltag r is es,  an d   th e   s ig n al  b ec o m es  m o r e   r o u n d e d .   Un d er   th ese  co n d itio n s ,   th am p litu d o f   t h E C s ig n al   ca n n o r esem b le  th e   o r ig in al   am p litu d b ec a u s e,   at  v o ltag o f   1   m V,   th s ig n al  t h at  ap p ea r s   o n   th e   o s cillo s co p is   v er y   s m all  an d   h as  lo o f   n o is e,   an d   th s ig n al  lo s es  its   o r ig in al  wav ef o r m .   Ho wev er ,   f o r   t h is   s itu atio n ,   d i f f er en tial   v o lta g d iv i d er   was  u s ed ,   th u s   th o u tco m is   clo s er   to   a   r ea elec tr o ca r d io g r am   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         E n h a n ce d   emb e d d ed   s ystem  fo r   va r io u s   s yn th etic  elec tr o ca r d io g r a m     ( N a d a   F itr ieya tu l   Hikma h )   1629   s ig n al.   T h p r o p o s ed   m eth o d   is   co m p ar ed   with   s ev er al  e x is tin g   m eth o d s   to   illu s tr ate  its   ad v an tag es  o v er   th e   o th er s .   T h ese  co m p ar is o n s   ar e   p r esen ted   in   T a b le  4 .       T ab le  4 .   C o m p a r is o n   with   o th er   m eth o d s   N a me   M e t h o d   R e s u l t   Li mi t a t i o n   A c c u r a c y   o f   s i g n a l s   Zh u   e t   a l .   [ 8 ]   M a c h i n e   l e a r n i n g   w i t h   G A N   N o r mal   EC G   D a t a b a s e   n e e d e d   R M S E   0 . 2 5 7   Le e   e t   a l .   [ 9 ]   G A N   w i t h   R - p e a k   a l i g n m e n t   V - l e a d   E C G   D a t a b a s e   n e e d e d   R M S E   0 . 2 5 - 0 . 3 5   Th a m b a w i t a   e t   a l .   [ 1 1 ]   W a v e G A N   1 2 1 . 9 7 7   D e e p F a k e   n o r ma l   EC G   D a t a b a s e   n e e d e d   A c c u r a c i e s fr o 1 5 0 . 0 0 0   d e e p   f a k e s   8 1 . 6 ( ma x )   H e r n a n d e z - M a t a m o r o s     e t   a l .   [ 1 4 ]   B i d i r e c t i o n a l   r e c u r r e n t   n e u r a l   n e t w o rk   P o si t i v e   a n d   n e g a t i v e   t i m e   d i r e c t i o n   EC G   D a t a b a s e   n e e d e d   A c c u r a c i e s   9 3 . 9 -   9 9 . 9 %   Q u i r o z - Ju á r e z     e t   a l   [ 1 5 ]   H e t e r o g e n e o u n o n l i n e a r   o sc i l l a t o r .   R e a c t i o n - d i f f u s i o n   mo d e l   s p a t i a l l y   d i s c r e t i z e d ,   d i f f e r e n t i a l   e q u a t i o n   w i t h   t i me  d e l a y s,   a n d   q u a si - p e r i o d i c   m o t i o n   V a r i o u EC G   s i g n a l   C o m p l e x   p a r a m e t e r   N o t   m e n t i o n e d     Q u i r o z - Ju á r e z     e t   a l .   [ 1 7 ]   Tw o   R LC   l i n e a r   o sc i l l a t o r s   H e a l t h y   s y n t h e t i c   E C G   N o   p a r a m e t e r   N o t   m e n t i o n e d     Th a u r i s i n g h a m   [ 1 9 ]   Ti me - v a r y i n g   c h a o t i c   seq u e n c e   a n d   e n h a n c e d   l o g i s t i c   m a p   M e a n   h e a r t   r a t e   o f   E C G   Li mi t e d   t o   a   h e a l t h y   p a t i e n t   N o t   m e n t i o n e d     B a c h i   e t   a l .   [ 2 1 ]   S i mu l a t o r - b a se d   o n   a   d i s c r e t e - t i me  M a r k o v   c h a i n   m o d e l   EC G ,   p r i m a r i l y   f o c u s e o n   a t r i a l   f i b r i l l a t i o n   Li mi t e d   t o   d i g i t a l   r e p r e s e n t a t i o n   d u e   t o   t h e   c o m p l e x   i n v o l v e me n t   o f   mu l t i p l e   p a r a met e r s   A v e r a g e   f i t t i n g   e r r o r   5 . 4 %   Ev a r i st o   e t   a l .   [ 2 2 ]   A p p l i e d   M c S h a r r y   d y n a mi c   m o d e l   w i t h   a u t o r e g r e ss i v e   m o d e l   f o r   R R   t a c h o g r a ms   EC G   a n d   R R   t a c h o g r a m   Th e   t r a n s i t i o n   p a r a met e r   i n o t   a d a p t a b l e   N o t   m e n t i o n e d     P r o p o se d   M e t h o d   En h a n c e d   M c S h a r r y   d y n a mi c   m o d e l   V a r i o u EC G   s i g n a l s w i t h   f l e x i b l e   p a r a m e t e r s ,   e m b e d d e d   u si n g   M i k r o m e d i a   5   f o r   u ser  i n t e r f a c e ,   a n d   p r o v i d e   d i g i t a l - a n a l o g   d a t a   u si n g   D A C   Th e   a m p l i t u d e   o f   t h e   EC G   s i g n a l   c a n n o t   r e semb l e   t h e   o r i g i n a l   a mp l i t u d e   w h e n   b e l o w     1   mV   R M S E   0 . 0 2 5 5 7       As  s h o wn   in   T ab le   4 ,   m eth o d s   u tili zin g   n eu r al   n etwo r k s   r e q u ir a   d atab ase,   an d   th e   r esu ltin g   E C G   s ig n als  will  in ev itab ly   f o llo w   th lear n in g   E C s ig n als  d er i v ed   f r o m   th e   d atab ase.   T h is   d ep en d en c y   m ak es  it  ch allen g in g   t o   g en e r ate  s ig n a ls   with   m o r p h o l o g ies  d if f er e n f r o m   th o s in   th lear n in g   s ig n als.  I n   co n tr ast,  wh en   co m p a r ed   to   o th er   m eth o d s   th at  u s d y n am ic  eq u atio n s   to   p r o d u ce   E C d ata,   t h p ar am eter s   o f   t h e   p r o p o s ed   m eth o d   ar e   s im p ler   an d   m o r f lex ib le  f o r   g e n er a tin g   v a r io u s   ty p es  o f   s y n t h etic  E C d ata.   Mo s v alid atio n   m eth o d s   in   r elate d   wo r k s   u tili ze   q u alitativ ap p r o ac h es,  em p h asizin g   th s im ilar ity   b etwe en   th e   m o r p h o lo g y   o f   th g en er ate d   s ig n al  an d   th d esire d   s ig n al .   T h is   r elian ce   o n   q u alitativ ass es s m en m ak es  s u b jectiv co m p ar is o n   b etwe e n   th p r o p o s ed   m eth o d   an d   ex is tin g   m eth o d s   ch allen g in g .   T h r o u g h   q u a n titativ e   co m p ar is o n ,   it  was  f o u n d   t h at  th s im ilar ity   b etwe en   t h d esire d   s ig n al  an d   t h g en er ate d   s ig n al  u s in g   t h is   m eth o d   h as  lo wer   er r o r   r ate   co m p ar e d   to   s ev er al  o th er   m eth o d s   em p lo y in g   s im ilar   q u a n titativ v alid atio n   tech n iq u es.  T h is   in d icate s   th at  th p r o p o s ed   m eth o d   is   m o r ac cu r ate  in   p r o d u cin g   th d esire d   s ig n al.   Ad d itio n ally ,   th is   E C d ata  is   s to r ed   in   b o th   d ig ital  an d   a n alo g   f o r m ats  an d   e m b ed d ed   in   Mik r o m e d ia  5 ,   f ac ilit atin g   th ea s o f   u s o f   th d ev ice.   T h is   im p lies   th at   th s y n th etic  E C m o d el  f r o m   th is   s tu d y   m ay   s er v as  v al u ab le  to o f o r   r e s ea r ch er s   an d   p r ac titi o n er s   i n   elec tr o ca r d io g r ap h y .   I en ab le s   th g en e r atio n   o f   ab n o r m al  E C s ig n als,  aid in g   in   alg o r ith m   d ev el o p m en t   an d   ev alu atio n ,   an d   p o ten ti ally   en h an cin g   th e   u n d er s tan d i n g   an d   d iag n o s is   o f   h ea r t c o n d itio n s .       5.   CO NCLU SI O N   T h is   s tu d y   p r o p o s ed   s y n th et ic  E C g en er ato r ,   cr ea ted   u s in g   d y n am ical  m o d el  th at  ca n   p r o d u ce   a   12 - lead   s ig n al  u n d er   v ar i o u s   E C co n d itio n s .   T h is   m o d el  is   g en er ated   u s in g   th p ar am eter s   ,   an d   ea ch   o f   wh ich   d eter m in es  th e   m ag n itu d e   o f   t h p ea k s ,   th w id th   ( tim d u r atio n )   o f   ea ch   p e ak ,   an d   th a n g u lar   v elo city   o f   th tr ajec to r y .   Su b s eq u en tly ,   th ese  s ig n als  ar im p lem en ted   o n   v is u al  T FT  h ar d war to   f u lf ill  v ar io u s   r eq u i r em en ts .   T h r esu ltin g   d ata  co m p r is es  b o th   an alo g   an d   d ig ital  E C d ata.   T h r esear ch   u n d er tak e n   was  ass ess ed   th r o u g h   q u alitativ e   an d   q u an titativ ev al u atio n .   T h e   ev alu atio n   r esu lts   in d icate   th at   th an alo g   s ig n al  o b s er v ed   o n   th o s cillo s co p alr ea d y   r ep licates  th wav ef o r m   o f   t h o r ig in al  s ig n al.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.