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Translating Electrocardiograms to Cardiac Magnetic Resonance Imaging Useful for Cardiac Assessment and Disease Screening: A Multi-Center Study AI for ECG to CMR Translation Study

Created by
  • Haebom

저자

Zhengyao Ding, Ziyu Li, Yujian Hu, Youyao Xu, Chengchen Zhao, Yiheng Mao, Haitao Li, Zhikang Li, Qian Li, Jing Wang, Yue Chen, Mengjia Chen, Longbo Wang, Xuesen Chu, Weichao Pan, Ziyi Liu, Fei Wu, Hongkun Zhang, Ting Chen, Zhengxing Huang

개요

본 논문은 심혈관 질환(CVD) 진단을 위한 저렴하고 접근성 높은 도구의 필요성에 주목하여, 심전도(ECG) 신호를 심장 자기 공명 영상(CMR) 수준의 기능적 매개변수와 합성 이미지로 변환하는 심층 학습 프레임워크인 CardioNets를 제안합니다. CardioNets는 교차 모드 대조 학습과 생성적 사전 학습을 통합하여 ECG와 CMR 유래 심장 표현형을 정렬하고, 마스크 자기 회귀 모델을 통해 고해상도 CMR 이미지를 합성합니다. UK Biobank와 MIMIC-IV-ECG 등 다섯 개 코호트의 159,819개 샘플로 훈련되고 독립적인 임상 데이터셋으로 외부 검증된 CardioNets는 질병 선별 및 표현형 추정 작업에서 강력한 성능을 달성했습니다. UK Biobank에서 심장 표현형 회귀 R2를 24.8% 향상시켰고, 심근증 AUC를 최대 39.3% 향상시켰으며, MIMIC에서는 폐 고혈압 검출 AUC를 5.6% 향상시켰습니다. 생성된 CMR 이미지는 기존 접근 방식보다 36.6% 높은 SSIM과 8.7% 높은 PSNR을 보였습니다. 독자 연구에서 ECG 전용 CardioNets는 ECG와 실제 CMR을 모두 사용하는 의사보다 13.9% 높은 정확도를 달성했습니다. 이러한 결과는 CardioNets가 특히 자원이 제한된 환경에서 대규모 CVD 선별을 위한 유망한 저비용 대안을 제공함을 시사합니다. 향후 연구는 ECG 기반 합성 영상의 임상 배포 및 규제 검증에 중점을 둘 것입니다.

시사점, 한계점

시사점:
저렴하고 널리 사용 가능한 ECG를 이용하여 CMR 수준의 심장 기능 평가가 가능하다는 것을 보여줌.
대규모 CVD 선별 검사 및 자원 제약 환경에서의 심장 질환 진단 향상에 기여할 수 있음.
기존 방법보다 향상된 정확도와 효율성을 제공하는 합성 CMR 이미지 생성.
의사의 진단 정확도를 능가하는 성능을 보임.
한계점:
임상 배포 및 규제 검증이 필요함.
모델의 일반화 성능에 대한 추가 연구가 필요함.
다양한 인종 및 연령대에 대한 성능 평가가 추가적으로 필요함.
ECG 신호의 품질에 대한 의존도가 높을 수 있음.
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