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基于 CNN-BiLSTM 神经网络的8导联ECG时序数据分类的可解释性分析

摘要

  心血管疾病具有危急值属性,通过筛查第一时间发现心电危急值具有重要意义。利用 CNN-BiLSTM模型结合8导联ECG数据的时间特性和空间特征,可以有效地提高特定疾病分类的准确性。首先,利用连续小波变换去除ECG噪声。其次,通过检测R波的峰值位置,提取连续的RR间期。最后,在中国心血管疾病数据库(Chinese Cardiovascular Disease Database,CCDD)中挑选具有较高危急值病种的8导联数据作为对象,使用CNN-BiLSTM算法分类识别,并使用郑州大学第一附属医院多导联临床数据进行验证。结果表明, CNN-BiLSTM模型结合8导联ECG数据的节律和空间特征,比本文讨论的其他方法具有更高的可解释性。

介绍

介绍

1、心血管疾病危急值

2、其他论文ECG诊断算法策略:传统,cnn ,lstm

3、临床使用12导联心电设备,医生诊断需要多导联综合考虑,用单导联数据预测疾病没有意义

4、ECG是时序数据具有空间特性,导联之间具有空间特征。

受心血管疾病具有危急值的特点,临床使用12导联心电设备诊断疾病和ECG是时序数据具有空间特性,导联之间具有空间特征的启发,提出了一种有效的CNN-BiLSTM混合模型来预测分类。 CNN自动提取各个导联之间的空间特征,BiLSTM提取复杂ECG信号的时序特征,使网络能够有效地训练所有类别。实验结果表明,所提出的模型在多导联心电图数据上达到了最先进的性能,并且优于其他的结果,此外我们还做了模型的鲁棒性分析,分别在去噪和未去噪的ECG数据集上,不同数据集上进行了实验 。实验结果表明,模型对输入的信号质量不敏感,具有鲁棒性。

5、 本文的其余部分安排如下 :

  1、提出一种CNN-BiLSTM模型,针对八导联ECG数据特点,对具有危急值的疾病进行预测分类

  2、

心电信号预处理和特征提取

采用小波变换方法,去除信号噪声

提取RR间期数据,作为模型训练数据

ECG去噪声

1、连续小波变换去除ecg噪声的可行性分析

2、去噪前,去噪后波形对比图

特征提取

1、提取RR间期数据的策略

2、提取后送入模型的数据特点

CNN-BiLSTM神经网络

八导联ecg数据时间特征,空间特征,各个导联之间的计算关系介绍,医生诊断疾病的策略

CNN

cnn结构

cnn处理图像数据,空间特征的优势

BiLSTM

BiLSTM网络结构介绍

时序任务的处理,BiLSTM在自然语言处理和语音识别领域很重要

CNN-BiLSTM神经网络结构

结合cnn提取空间特征,BiLSTM提取时序信息的混合网络

网络结构如图:

网络结构参数如图:

1、一方面八导联数据作为二维矩阵整体送入CNN网络提取空间特征

2、另一方面八导联数据分成8个一维时序数据并行送入BiLSTM网络提取时间特征

3、两部分拼接后送入全连接层

4、预测分类

实验和结果

简单介绍实验步骤:预处理降噪,RR间期提取,预测分类,模型鲁棒性分析

实验数据

CCDD 有八导联数据, MIT只有标二导联,不符合要求

模型训练和参数选择

1、本实验选用的参数总表

2、dropout评估

3、batch size 评估

评价指标

灵敏度、特异性、准确度、

实验结果与分析

混淆矩阵、

(和其他论文的准确度对比)、

鲁棒性分析对比实验:

  策略1、原来的数据集不去噪,只提取RR间期

  策略2、其他比赛数据集,降噪,提取RR间期

结论

开题:在此基础上,引入分布式训练机制