Access to medical data is often limited as it contains protected health information (PHI). There are privacy concerns regarding using records containing personally identifiable information. Recent advancements have been made in applying deep learning-based algorithms for clinical diagnosis and decision-making. However, deep learning models are data-greedy, whereas the availability of medical datasets for training and evaluating these models is relatively limited. Data augmentation with so-called \textit{digital twins} is an emerging technique to address this need. This paper presents a novel approach for generating synthetic electrocardiogram (ECG) images with realistic artifacts from time-series data for use in developing algorithms for digitization of ECG images. Synthetic data is generated in a privacy-preserving manner by generating distortionless ECG images on standard ECG paper background. Next, various distortions, including handwritten text artifacts, wrinkles, creases, and perspective transforms are applied to the ECG images. The artifacts are generated synthetically, without personally identifiable information. As a use case, we generated a large ECG image dataset of 21,801 records from the PhysioNet PTB-XL dataset, with 12 lead ECG time-series data from 18,869 patients. A deep ECG image digitization model was developed and trained on the synthetic dataset, and was employed to convert the synthetic images to time-series data for evaluation. The signal-to-noise ratio (SNR) was calculated to assess the image digitization quality vs the ground truth ECG time-series. The results show an average signal recovery SNR of 27$\pm$2.8\,dB, demonstrating the significance of the proposed synthetic ECG image dataset for training deep learning models.


翻译:医疗数据的获取通常受到限制,因其包含受保护的健康信息。使用含个人身份信息的记录存在隐私担忧。近年来,基于深度学习的算法在临床诊断与决策中的应用取得了进展。然而,深度学习模型对数据的需求量大,而用于训练和评估这些模型的医疗数据集相对有限。利用所谓“数字孪生”进行数据增强是一种新兴技术,以应对这一需求。本文提出了一种新方法,可从时间序列数据生成带有真实伪影的合成心电图图像,用于开发心电图图像数字化算法。合成数据以隐私保护方式生成,即在标准心电图纸背景上生成无畸变的心电图图像。随后,对心电图图像应用多种畸变,包括手写文本伪影、褶皱、折痕和透视变换。这些伪影以合成方式生成,不含个人身份信息。作为应用案例,我们从PhysioNet PTB-XL数据集中生成了一个包含21,801条记录的大型心电图图像数据集,该数据集涵盖来自18,869名患者的12导联心电图时间序列数据。我们开发了一个深度心电图图像数字化模型,并在合成数据集上进行训练,用于将合成图像转换为时间序列数据以进行评估。计算信噪比以评估图像数字化质量与真实心电图时间序列的对比。结果显示,平均信号恢复信噪比为27±2.8 dB,证明了所提出的合成心电图图像数据集对训练深度学习模型的重要性。

0
下载
关闭预览

相关内容

Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
82+阅读 · 2020年7月26日
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
最新内容
《Palantir的科技生态系统》
专知会员服务
0+阅读 · 48分钟前
《反无人机系统传感器融合》90页报告
专知会员服务
3+阅读 · 今天14:57
运用人工智能与卫星通信驱散“战争迷雾”
专知会员服务
1+阅读 · 今天14:45
ACL 2026 | LLMSurgeon:从生成文本诊断大模型训练数据
【综述】世界模型:架构、方法、推理与应用全景
综述 | OPSD:大语言模型的在线策略自蒸馏
专知会员服务
3+阅读 · 6月1日
帕兰蒂尔Maven:军事人工智能的新纪元
专知会员服务
8+阅读 · 6月1日
相关VIP内容
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
相关基金
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员