基于动态心电信号深度神经网络分析的阻塞性睡眠呼吸暂停早期预警研究
批准号:
62076198
项目类别:
面上项目
资助金额:
59.0 万元
负责人:
任晓勇
依托单位:
学科分类:
交叉学科驱动的人工智能
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
任晓勇
中文摘要
阻塞性睡眠呼吸暂停(Obstructive sleep apnea,OSA)的持续存在和发展可引起多器官多系统损害。但OSA早期症状隐匿易被忽视,因此早期预警至关重要。尽管动态心电信号被广泛用于OSA的筛查预测,但现有技术不能全面准确辨识OSA相关心电特征,因而无法达到精准预警的目的。根据我们前期研究成果提示:新兴的深度卷积神经网络(CNN)技术在克服上述瓶颈问题,实现OSA早期精准预测方面具有潜在价值。本研究在课题组前期构建OSA患者睡眠监测和动态心电图数据库的基础上,采用GAN-LSTM对心电噪声进行建模和降噪,基于GAN-CNN检测心电波形,利用CNN技术对正常人及OSA患者睡眠心电信号进行全面系统分析,并进一步验证,从而为OSA早期精准预警和病情预测提供简便可靠的新方法,同时为利用先进人工智能成果突破疾病医学诊断的瓶颈问题拓展思路。
英文摘要
The continued existence and development of obstructive sleep apnea (OSA) can cause multiple damages of organs and multiple systems. However,the early symptoms of OSA are concealment and easy to be overlooked, so the early warning of OSA is essential. Although dynamic ECG signals are widely used in the screening and prediction of OSA, the technology used cannot fully and accurately identify OSA-related ECG characteristics, and thus cannot achieve the purpose of accurate warning. According to our previous research results, the emerging deep convolutional neural network (CNN) technology has potential value in overcoming the above bottlenecks and achieving early accurate prediction of OSA. In this study, based on the early construction of the sleep monitoring and dynamic ECG database of OSA patients,GAN-LSTM is used to model and reduce the ECG noise, GAN-CNN is used to detect ECG waveform, CNN is used to conduct a comprehensive system analysis of sleep ECG signals in normal people and OSA patients, after that we will further verify the reults in clinical. This study will provide a simple and reliable new method for early accurate warning and prediction of OSA. At the same time, which will expand the ideas for using advanced artificial intelligence to break through the bottleneck of diagnosis of diseases.
阻塞性睡眠呼吸暂停(obstructive sleep apnea, OSA)的持续存在和发展可引起多系统损害,及时发现和治疗具有重要意义。本研究面向OSA预警的应用需求,搭建OSA生理信号医院数据集,全面、系统分析了不同严重程度OSA患者心电(electrocardiogram,ECG)信号特征,评估疾病严重程度与ECG信号特征的相关性,提出基于集成滤波的ECG信号去噪方法、基于深度卷积门控循环机制和深度双分支融合的ECG信号心律失常分类方法,并应用于OSA检测领域,实现了基于深度学习和ECG信号的OSA早期预警。研究发现,OSA夜间自主神经失衡、适应性降低,交感神经活动性增加可能是最显著的自主神经功能改变;与时域、频域特征相比,非线性特征与OSA严重程度的相关性更好、变化更敏感,为设计基于ECG信号深度学习的OSA检测方法的特征工程提供医学依据和先验知识。提出基于集成滤波的ECG信号去噪方法,将不同滤波算子集成,充分发挥了不同算子的优点,有效提高ECG信号的去噪效果。基于深度卷积门控循环机制的ECG信号心律失常分类方法对ECG信号节拍分类的平均准确率为99.59%、平均灵敏度为96.68%、平均精确度为96.84%、平均特异度为99.63%。基于深度双分支融合的ECG信号心律失常分类方法对ECG信号节拍分类的平均准确率为99.69%、平均灵敏度为97.53%、平均精确度为97.51%、平均特异度为99.63%,有效提高了ECG信号特征检测和分类能力。结合上述ECG信号处理和分类方法,提出基于时频信息融合Transformer和基于数据再平衡损失函数的轻量级OSA检测方法,在公开数据集上,分类准确率分别为91.11%和92.12%,与同类研究相比,具有优秀的检测能力;在OSA患者生理信号医院数据集上,分类准确率分别为87.73%和82.45%,这证明了OSA预警模型有效性和应用性。本项目为OSA快速筛查和智能诊断提供简便、可靠的新方法。
NLRP3炎性小体介导星形胶质细胞与内皮细胞crosstalk在OSA认知损伤中的作用及机制研究
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批准号:82371129
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项目类别:面上项目
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资助金额:49万元
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批准年份:2023
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负责人:任晓勇
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依托单位:
国内基金
海外基金