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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、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使用します。 1D CNNとグローバルプロトタイプを使用してリズム分類を行い、2D CNNと時間局在化プロトタイプを使用して形態ベースの推論を行い、2D CNNとグローバルプロトタイプを使用して拡散性異常を分類します。各分岐は、マルチラベル学習用に設計されたプロトタイプ損失関数で訓練され、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71個の診断ラベルについて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し、構造化されたケースベースの説明を提供することを示しています。臨床医のプロトタイプレビューにより、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:
心電図分類のための解釈可能で信頼できる深層学習モデルを提示します。
プロトタイプベースの学習は、複雑なマルチラベル時系列分類に効果的に適用できることを示しています。
臨床医が理解しやすい構造化されたケースベースの説明を提供します。
最先端のブラックボックスモデルと競争力のあるパフォーマンスを達成します。
Limitations:
この論文ではPTB-XLデータセットのみを使用して評価したので、他のデータセットでの一般化性能についてはさらなる研究が必要です。
プロトタイプの品質評価は臨床医の主観的な評価に依存します。より客観的な評価方法が必要な場合があります。
モデルの複雑さにより、リアルタイムアプリケーションでは計算コストが高くなる可能性があります。
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