Solución ligera de aprendizaje profundo de extremo a extremo para estimar la frecuencia respiratoria a partir de la señal de fotopletismograma
Autores: Chowdhury, Moajjem Hossain; Shuzan, Md Nazmul Islam; Chowdhury, Muhammad E. H.; Reaz, Mamun Bin Ibne; Mahmud, Sakib; Al Emadi, Nasser; Ayari, Mohamed Arselene; Ali, Sawal Hamid Md; Bakar, Ahmad Ashrif A.; Rahman, Syed Mahfuzur; Khandakar, Amith
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2022
Acceso abierto
Artículo científico
2022
Solución ligera de aprendizaje profundo de extremo a extremo para estimar la frecuencia respiratoria a partir de la señal de fotopletismograma
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Bioingeniería
Palabras clave
Enfermedades respiratorias
COVID
Frecuencia respiratoria
Monitoreo
Fotopletismograma
Aprendizaje profundo
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 35
Citaciones: Sin citaciones
Las afecciones respiratorias son un problema de salud muy grave y pueden ser potencialmente mortales, especialmente para pacientes con COVID. La frecuencia respiratoria (RR) es un indicador de salud vital muy importante para los pacientes. Cualquier anormalidad en esta métrica indica un deterioro en la salud. Por lo tanto, el monitoreo continuo de la RR puede actuar como un indicador temprano. A pesar de eso, el equipo de monitoreo de RR generalmente se proporciona solo a pacientes de la unidad de cuidados intensivos (UCI). Estudios recientes han establecido la viabilidad de utilizar señales de fotopletismografía (PPG) para estimar la RR. Este artículo propone una solución de extremo a extremo basada en aprendizaje profundo para estimar la RR directamente a partir de la señal PPG. El sistema fue evaluado en dos conjuntos de datos públicos populares: VORTAL y BIDMC. Un modelo ligero, ConvMixer, superó a todas las demás redes neuronales profundas. El modelo proporcionó un error cuadrático medio (RMSE), error absoluto medio (MAE) y coeficiente de correlación (R) de 1.75 respiraciones por minuto (rpm), 1.27 rpm y 0.92, respectivamente, para VORTAL, mientras que estas métricas fueron de 1.20 rpm, 0.77 rpm y 0.92, respectivamente, para BIDMC. Los autores también mostraron cómo ajustar finamente un pequeño subconjunto podría aumentar el rendimiento del modelo en el caso de un conjunto de datos fuera de distribución. En los experimentos de ajuste fino, los modelos produjeron un R promedio de 0.81. Por lo tanto, este modelo ligero puede ser implementado en dispositivos móviles para el monitoreo en tiempo real de los pacientes.
Descripción
Las afecciones respiratorias son un problema de salud muy grave y pueden ser potencialmente mortales, especialmente para pacientes con COVID. La frecuencia respiratoria (RR) es un indicador de salud vital muy importante para los pacientes. Cualquier anormalidad en esta métrica indica un deterioro en la salud. Por lo tanto, el monitoreo continuo de la RR puede actuar como un indicador temprano. A pesar de eso, el equipo de monitoreo de RR generalmente se proporciona solo a pacientes de la unidad de cuidados intensivos (UCI). Estudios recientes han establecido la viabilidad de utilizar señales de fotopletismografía (PPG) para estimar la RR. Este artículo propone una solución de extremo a extremo basada en aprendizaje profundo para estimar la RR directamente a partir de la señal PPG. El sistema fue evaluado en dos conjuntos de datos públicos populares: VORTAL y BIDMC. Un modelo ligero, ConvMixer, superó a todas las demás redes neuronales profundas. El modelo proporcionó un error cuadrático medio (RMSE), error absoluto medio (MAE) y coeficiente de correlación (R) de 1.75 respiraciones por minuto (rpm), 1.27 rpm y 0.92, respectivamente, para VORTAL, mientras que estas métricas fueron de 1.20 rpm, 0.77 rpm y 0.92, respectivamente, para BIDMC. Los autores también mostraron cómo ajustar finamente un pequeño subconjunto podría aumentar el rendimiento del modelo en el caso de un conjunto de datos fuera de distribución. En los experimentos de ajuste fino, los modelos produjeron un R promedio de 0.81. Por lo tanto, este modelo ligero puede ser implementado en dispositivos móviles para el monitoreo en tiempo real de los pacientes.