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基于光电容积脉搏波的个性化血压估计:一种迁移学习方法。

Personalized Blood Pressure Estimation Using Photoplethysmography: A Transfer Learning Approach.

出版信息

IEEE J Biomed Health Inform. 2022 Jan;26(1):218-228. doi: 10.1109/JBHI.2021.3085526. Epub 2022 Jan 17.

Abstract

In this paper, we present a personalized deep learning approach to estimate blood pressure (BP) using the photoplethysmogram (PPG) signal. We propose a hybrid neural network architecture consisting of convolutional, recurrent, and fully connected layers that operates directly on the raw PPG time series and provides BP estimation every 5 seconds. To address the problem of limited personal PPG and BP data for individuals, we propose a transfer learning technique that personalizes specific layers of a network pre-trained with abundant data from other patients. We use the MIMIC III database which contains PPG and continuous BP data measured invasively via an arterial catheter to develop and analyze our approach. Our transfer learning technique, namely BP-CRNN-Transfer, achieves a mean absolute error (MAE) of 3.52 and 2.20 mmHg for SBP and DBP estimation, respectively, outperforming existing methods. Our approach satisfies both the BHS and AAMI blood pressure measurement standards for SBP and DBP. Moreover, our results demonstrate that as little as 50 data samples per person are required to train accurate personalized models. We carry out Bland-Altman and correlation analysis to compare our method to the invasive arterial catheter, which is the gold-standard BP measurement method.

摘要

在本文中,我们提出了一种个性化的深度学习方法,使用光体积描记图(PPG)信号来估计血压(BP)。我们提出了一种混合神经网络架构,由卷积、递归和全连接层组成,直接作用于原始的 PPG 时间序列,并每 5 秒提供一次 BP 估计。为了解决个人 PPG 和 BP 数据有限的问题,我们提出了一种迁移学习技术,该技术个性化了一个网络的特定层,该网络使用来自其他患者的大量数据进行了预训练。我们使用包含通过动脉导管进行有创测量的 PPG 和连续 BP 数据的 MIMIC III 数据库来开发和分析我们的方法。我们的迁移学习技术,即 BP-CRNN-Transfer,在 SBP 和 DBP 估计方面的平均绝对误差(MAE)分别为 3.52 和 2.20 mmHg,优于现有方法。我们的方法满足 SBP 和 DBP 的 BHS 和 AAMI 血压测量标准。此外,我们的结果表明,每个人只需 50 个数据样本即可训练准确的个性化模型。我们进行了 Bland-Altman 和相关性分析,将我们的方法与动脉导管进行比较,动脉导管是血压测量的金标准。

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