Objective: Gaussian Processes (GP)-based filters, which have been effectively used for various applications including electrocardiogram (ECG) filtering can be computationally demanding and the choice of their hyperparameters is typically ad hoc. Methods: We develop a data-driven GP filter to address both issues, using the notion of the ECG phase domain -- a time-warped representation of the ECG beats onto a fixed number of samples and aligned R-peaks, which is assumed to follow a Gaussian distribution. Under this assumption, the computation of the sample mean and covariance matrix is simplified, enabling an efficient implementation of the GP filter in a data-driven manner, with no ad hoc hyperparameters. The proposed filter is evaluated and compared with a state-of-the-art wavelet-based filter, on the PhysioNet QT Database. The performance is evaluated by measuring the signal-to-noise ratio (SNR) improvement of the filter at SNR levels ranging from -5 to 30dB, in 5dB steps, using additive noise. For a clinical evaluation, the error between the estimated QT-intervals of the original and filtered signals is measured and compared with the benchmark filter. Results: It is shown that the proposed GP filter outperforms the benchmark filter for all the tested noise levels. It also outperforms the state-of-the-art filter in terms of QT-interval estimation error bias and variance. Conclusion: The proposed GP filter is a versatile technique for preprocessing the ECG in clinical and research applications, is applicable to ECG of arbitrary lengths and sampling frequencies, and provides confidence intervals for its performance.


翻译:目的:基于高斯过程的滤器已有效应用于包括心电图滤波在内的多种场景,但该类滤器计算成本高且其超参数选择通常依赖经验。方法:我们开发了一种数据驱动的高斯过程滤器,通过引入心电相位域概念(将心拍在固定采样点数上对齐R峰的时域扭曲表示)来解决上述问题,并假设该相位域服从高斯分布。在该假设下,样本均值与协方差矩阵的计算得以简化,从而无需经验性超参数即可实现数据驱动的高斯过程滤器高效部署。在PhysioNet QT数据库中,将所提滤器与当前最优的小波滤波方法进行对比评估,通过叠加噪声在-5至30dB范围(步长5dB)测量信噪比改善程度。临床评估中,测量原始与滤波信号QT间期估计误差,并与基准滤器比较。结果:在所有测试噪声水平下,所提高斯过程滤器均优于基准滤波器;同时在QT间期估计误差的偏差与方差指标上亦优于现有最优方法。结论:所提高斯过程滤器可作为临床与科研中心电信号预处理的通用技术,适用于任意长度与采样频率的心电信号,并能提供其性能的置信区间。

0
下载
关闭预览

相关内容

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
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
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2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
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25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
2+阅读 · 2017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
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+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
3+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
Arxiv
0+阅读 · 2024年2月20日
Attentive Graph Neural Networks for Few-Shot Learning
Arxiv
40+阅读 · 2020年7月14日
VIP会员
最新内容
《多域战场上反制小型无人机系统》150页
专知会员服务
10+阅读 · 今天7:47
战场人工智能:增强陆地作战能力的发现与要求
专知会员服务
2+阅读 · 今天7:37
以人工智能为中心的指挥控制
专知会员服务
1+阅读 · 今天7:14
《基于深度强化学习的反无人机技术研究》178页
专知会员服务
11+阅读 · 6月10日
“史诗怒火”行动与“AI中心战”模式的浮现
专知会员服务
11+阅读 · 6月10日
【CVPR2026教程】扩散模型的解析理解
专知会员服务
5+阅读 · 6月10日
马赛克战:俄乌战场透析
专知会员服务
16+阅读 · 6月10日
相关VIP内容
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
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
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2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
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25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
2+阅读 · 2017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
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+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
3+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