《Expert Systems with Applications》:Patient-Conditioned ECG Beat Classification via Self-Supervised Embeddings for Robust Inter-Patient Arrhythmia Detection
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许俊英(Heo Junyeong)|车在彬(Cha Jaebin)|朴英哲(Park Youngcheol)|赵成弼(Cho Sung Pil)|金民宇(Kim Minwoo)摘要患者间的差异仍然是霍尔特监测(Holter monitoring)中可靠心电图(ECG)心跳分类的主
许俊英(Heo Junyeong)|车在彬(Cha Jaebin)|朴英哲(Park Youngcheol)|赵成弼(Cho Sung Pil)|金民宇(Kim Minwoo)
摘要
患者间的差异仍然是霍尔特监测(Holter monitoring)中可靠心电图(ECG)心跳分类的主要障碍,因为个体间的生理差异会扭曲心跳信号的表示。本研究的目的是减轻这种差异性,并提高对未见过患者的泛化能力,尤其是在处理形态学上模糊的心律失常(如室上性异位搏动,SVEB)时。我们提出了一种个性化的ECG心跳分类框架,通过利用短时、未标记的校准记录,弥合了患者间差异与完全基于患者个体特征的方法之间的差距。该方法采用了一种双路径架构,结合了基于残差U-Net(ResUNet)的形态学编码器和基于Mamba的状态空间模型(SSM),以捕捉细粒度的波形结构和长期的时间动态。为了在没有标记数据的情况下实现个性化,我们使用对比预测编码(CPC)从60秒的未标记数据段中提取患者特定的生理特征,并通过自适应实例归一化(AdaIN)将其融入模型。此外,还通过基于交叉注意力的融合机制整合了手工制作的临床描述符。在MIT-BIH心律失常数据库上进行的广泛实验(共30次独立运行,以确保统计显著性p?0.01)表明,所提出的方法始终优于现有的患者间差异方法。该框架的性能与依赖标记校准数据的患者特定方法相当,宏观F1分数为86.58%(±0.05%),加权F1分数为98.54%(±0.08%)。这项工作的创新之处在于通过自我监督的患者编码实现了高度个性化,消除了手动标记的临床负担,同时在多样化的患者群体中保持了稳定的性能。这些结果表明,所提出的框架为个性化心脏监测提供了一种有效且实际可行的解决方案。