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ProtoECGNet: Case-Based Interpretable Deep Learning for Multi-Label ECG Classification with Contrastive Learning

Created by
  • Haebom

作者

Sahil Sethi, David Chen, Thomas Statchen, Michael C. Burkhart, Nipun Bhandari, Bashar Ramadan, Brett Beaulieu-Jones

概要

本論文は、心電図(ECG)分類のための解釈可能なマルチラベル深層学習モデルであるProtoECGNetを提示します。 ProtoECGNetは、実際のECGセグメントの学習表現との類似性に基づいて決定を下すプロトタイプベースの推論を使用して、透明で信頼性の高いケースベースの説明を提供します。臨床的解釈ワークフローを反映する構造化されたマルチブランチアーキテクチャを採用し、リズム分類のための1D CNNとグローバルプロトタイプ、形態ベースの推論のための時間局在化プロトタイプを備えた2D CNN、および拡散異常のためのグローバルプロトタイプを備えた2D CNNを統合します。各ブランチは、マルチラベル学習用に設計されたプロトタイプの損失で訓練され、クラスタリング、分離、多様性、および関連性のないクラスのプロトタイプ間の適切な分離を促進する新しい対照損失を組み合わせます。 PTB-XLデータセットのすべての71の診断ラベルに対してProtoECGNetを評価し、最先端のブラックボックスモデルと比較して競争力のあるパフォーマンスを示すとともに、構造化されたケースベースの説明を提供します。臨床医の構造化レビューにより、プロトタイプの代表性と明確性を確認しました。 ProtoECGNetは、プロトタイプ学習を複雑なマルチラベル時系列分類に効果的に拡張できることを示しており、臨床意思決定支援のための透明で信頼できる深層学習モデルへの実用的な経路を提供します。

Takeaways、Limitations

Takeaways:
プロトタイプベースの深層学習モデルを用いた心電図分類における解析可能性と性能を同時に達成可能性を提示。
マルチラベル分類問題に効果的なプロトタイプ学習方法を提示する。
臨床医の検討を通じてプロトタイプの信頼性を検証。
心電図診断支援システムの開発における実用的なアプローチの提示
Limitations:
PTB-XLデータセットのパフォーマンス検証のみが実行され、一般化パフォーマンスに関する追加の研究が必要です。
プロトタイプの解釈可能性は臨床医の主観的な評価に依存。客観的な評価指標の開発が必要。
モデルの複雑さが高く、計算コストが高くなる可能性があります。
さまざまな心電図データセットと臨床環境での追加の検証が必要です。
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