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EXGnet: una red multirresolución guiada por IA explicable de una sola derivación con funciones cuantitativas de solo entrenamiento para una clasificación confiable de arritmias en ECG

Created by
  • Haebom

Autor

Tushar Talukder Showrav, Soyabul Islam Lincoln, Md. Kamrul Hasan

Describir

En este artículo, proponemos una nueva red neuronal, EXGnet, para la clasificación de arritmias en electrocardiogramas (ECG). EXGnet está diseñada para lograr alta precisión, explicabilidad y facilidad de implementación en dispositivos periféricos, especializándose en señales de una sola derivación. Al imitar el enfoque diagnóstico de los ecógrafos, integramos mapas XAI (Inteligencia Artificial Explicable) mediante una función de pérdida regularizada basada en correlación cruzada para centrar la atención del modelo en regiones de ECG clínicamente importantes. Utilizamos datos de referencia generados automáticamente con base en enfoques basados en la variabilidad de la frecuencia cardíaca (VFC) sin anotación manual, e implementamos un modelo ligero aprovechando las características cuantitativas del ECG para el aprendizaje, con el fin de mejorar la precisión, pero excluyéndolas del proceso de inferencia. Introducimos bloques multirresolución para capturar eficientemente las características de la señal a corto y largo plazo, manteniendo la eficiencia computacional. Demostramos un rendimiento superior al alcanzar una precisión promedio de validación cruzada de 5 veces del 98,762 % y el 96,932 %, y una puntuación F1 del 97,910 % y el 95,527 % en los conjuntos de datos de referencia de Chapman y Ningbo. Confirmamos la importancia de los mapas XAI mediante estudios de ablación y evaluaciones cuantitativas y cualitativas de la explicabilidad. En conclusión, EXGnet combina la clasificación de arritmias de alto rendimiento con la explicabilidad, allanando el camino para sistemas de monitorización de la salud portátiles, fiables y accesibles basados en ECG.

Takeaways, Limitations

Takeaways:
Presentamos un modelo de clasificación de arritmias de ECG que logra simultáneamente alta precisión y explicabilidad.
Implementación de un modelo liviano adecuado para la implementación de dispositivos de borde
Reducir el trabajo de anotación manual utilizando material de referencia generado automáticamente
Eficiencia computacional mejorada mediante bloques de múltiples resoluciones
Mejorar la fiabilidad del modelo mediante mapas XAI
Limitations:
Se necesitan más investigaciones para determinar la generalización de la metodología presentada.
Necesidad de evaluación del rendimiento en varios conjuntos de datos de ECG de una sola derivación
Necesidad de validación del rendimiento en entornos clínicos reales
Necesidad de debate sobre las limitaciones y direcciones para mejorar los enfoques basados en la variabilidad de la frecuencia cardíaca
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