Non-Linear Functional Principal Component Analysis pada Sinyal HRV untuk Deteksi Awal Penyakit Jantung Koroner
Abstract
Penyakit Jantung Koroner (PJK) menyebabkan 17,8 juta kematian global per tahun dan 14,4% kematian di Indonesia. Metode deteksi dini konvensional terbatas pada pendekatan linear yang tidak mampu menangkap pola non-linear dalam sinyal Heart Rate Variability (HRV). Penelitian ini menganalisis karakteristik fitur HRV dari rekonstruksi sinyal EKG menggunakan Functional Principal Component Analysis (FPCA) dan Principal Component Analysis (PCA), serta mengevaluasi kontribusi fitur HRV dan TSFEL dalam klasifikasi pasien normal dan PJK menggunakan Support Vector Machine (SVM) dan Logistic Regression.
Dataset MIT-BIH dan St. Petersburg INCART digunakan dengan 7 rekaman masing-masing pada Lead VI dan MLII. Pre-processing meliputi upsampling 360 Hz, segmentasi 30 detik, dan deteksi puncak R. Rekonstruksi sinyal menggunakan PCA (5,10,15 komponen) dan FPCA dengan basis Fourier. Analisis distribusi menggunakan uji Kolmogorov-Smirnov.
Hasil menunjukkan seluruh fitur HRV memiliki distribusi berbeda signifikan (p<0,001) antara subjek normal dan PJK. Fitur TSFEL mencapai akurasi 100% pada PCA 15 komponen, sedangkan kombinasi HRV+TSFEL pada FPCA basis 150 dengan 15 FPC memberikan performa terbaik dengan akurasi 99,60% dan ROC AUC 99,99%. Fitur paling signifikan adalah mean_hr, cv_rr, signal_Autocorrelation, dan signal_Spectral distance, mengkonfirmasi potensi metode untuk deteksi dini PJK yang akurat.
Kata kunci— Functional Principal Component Analysis, Heart Rate Variability, Logistic Regression, Penyakit Jantung Koroner, Support Vector Machine, TSFEL
References
World Health Organization, “Cardiovascular diseases (CVDs),” who.int,.
P. C. A. and H. S. W. S. M. Salerno, “Competency in Interpretation of 12-Lead Electrocardiograms: A Summary and Appraisal of Published Evidence,” Ann. Intern. Med., vol. 138, no. 9, pp. 751–760, 2003.
P. M. L. D. S. O. I. M. and L. P. R. Castaldo, “The Assessment of the Autonomic Nervous System Functioning by Heart Rate Variability Analysis: A Methodological Review,” Sensors, vol. 21, no. 5, p. 1824, 2021.
S. R.-A. dan J. F. G. R. S. A. Imtiaz, “A Comprehensive Survey on Heart Rate Variability (HRV) Analysis and its Application for the Detection of Cardiac Abnormalities,” IEEE Access, vol. 9, pp. 119859–119883, 2021.
G. and H. J. E. Hall dan M. E. Hall, Textbook of Medical Physiology, ed ke-14. Philadelphia: Elsevier, 2020.
Alodokter, “Penyakit Jantung Koroner – Gejala, Penyebab, dan Pengobatan,” https://www.alodokter.com/penyakit-jantung-koroner.
American Heart Association, “Electrocardiogram (ECG or EKG),” https://www.heart.org/en/health-topics/heart-attack/diagnosing-a-heart-attack/electrocardiogram-ecg-or-ekg.
P. G. A. B. A. M. H. R. T. and V. V. H. D. Jahed Armaghani, “Examining hybrid and single SVM models with different kernels to predict rock brittleness,” Sustainability, vol. 12, no. 6, p. 2229, 2020.
H. T. R. and A. S. F. T. Cao, “Functional principal component analysis and sparse-group LASSO to identify associations between biomarker trajectories and mortality among hospitalized SARS-CoV-2 infected individuals,” BMC Med Res Methodol, vol. 23, no. 2, 2023.
