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吳恩達新成果：機器學(xué)習(xí)模型能比醫(yī)生更精確診斷心律失常

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摘要：由吳恩達領(lǐng)導(dǎo)的斯坦福大學(xué)機器學(xué)習(xí)小組，研發(fā)出一種新的深度學(xué)習(xí)算法，可以診斷種類型的心律失常。吳恩達表示，機器學(xué)習(xí)模型可以比專家更較精確的診斷心律失常。這項研究可能是機器學(xué)習(xí)徹底改變醫(yī)療行業(yè)的標(biāo)志之一。

由吳恩達領(lǐng)導(dǎo)的斯坦福大學(xué)機器學(xué)習(xí)小組，研發(fā)出一種新的深度學(xué)習(xí)算法，可以診斷14種類型的心律失常。吳恩達表示，機器學(xué)習(xí)模型可以比專家更較精確的診斷心律失常。

這項研究可能是機器學(xué)習(xí)徹底改變醫(yī)療行業(yè)的標(biāo)志之一。近年來，研究人員已經(jīng)表明，機器學(xué)習(xí)技術(shù)可用于從醫(yī)學(xué)圖像中發(fā)現(xiàn)各種疾病，包括例如乳腺癌，皮膚癌和眼病。

研究人員表示：“心律信號的差異可能非常微妙，但對于患者如何選擇檢測方式有巨大的影響?！袄纾确渴覀鲗?dǎo)阻滯的兩種形式的心律失常，看起來非常相似，但是一種不需要治療，而另一種則需要立即治療。

心律診斷

機器小組訓(xùn)練了一種深入學(xué)習(xí)算法，以識別ECG（心電圖）數(shù)據(jù)中不同類型的不規(guī)則心跳。有些不正?，F(xiàn)象可能導(dǎo)致嚴(yán)重的健康并發(fā)癥，包括心源性猝死，但信號難以檢測，因此患者經(jīng)常被要求佩戴ECG傳感器數(shù)周。

斯坦福大學(xué)的研究人員從ECG數(shù)據(jù)中，抽取識別約30,000個30秒的樣本數(shù)據(jù)

研究人員與iRhythm（一家制造便攜式ECG設(shè)備的公司）合作，他們從各種心律失常患者中收集了3萬個30秒的ECG數(shù)據(jù)。

為了測試算法的準(zhǔn)確性，研究人員給了一組300個未確診的ECG數(shù)據(jù)，并由三名心臟病專家組成小組來會診。使用這些帶標(biāo)注的數(shù)據(jù)，該算法可以預(yù)測這些心臟病專家將如何標(biāo)記其所呈現(xiàn)的其他ECG的結(jié)果，實質(zhì)上給出診斷。

深度學(xué)習(xí)將大量數(shù)據(jù)饋入大型模擬神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，并對其參數(shù)進行微調(diào)，直到其準(zhǔn)確識別出有問題的ECG信號。該方法已經(jīng)被證明能夠識別圖像和音頻中的復(fù)雜模式，并且并在大多數(shù)情況下勝過心臟病專家。

研究人員認(rèn)為，這種算法有助于使心臟病學(xué)家對于心律失常的診斷和治療，更容易被無條件問診心臟病專家的患者帶來幫助。吳恩達認(rèn)為這只是深度學(xué)習(xí)提高患者健康質(zhì)量的眾多機會之一，能幫助醫(yī)生節(jié)省出時間。

論文詳解

研究小組開發(fā)出一種可以診斷不規(guī)則心律（也稱為心律失常）的模型，通過 single-lead ECG信號來診斷心律失常。

超越專家的關(guān)鍵是一個深度卷積網(wǎng)絡(luò)，可以將一系列ECG樣本映射到一系列心律失常數(shù)據(jù)中，以及比之前同類數(shù)據(jù)庫大兩個數(shù)量級的新型數(shù)據(jù)集。

研究小組訓(xùn)練了一個34層卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN）來檢測任意長度心電圖時間序列的心律失常。

網(wǎng)絡(luò)以原始ECG信號的時間序列作為輸入，并輸出一系列標(biāo)簽預(yù)測。30秒長的ECG信號在200Hz采樣，模型每秒輸出一次新的預(yù)測。我們輸入一個33層卷積的結(jié)構(gòu)，然后是完全連接的層和softmax。

為了優(yōu)化這樣一個深層次的模型，我們使用殘差連接和批量歸一化。深度增加了計算的非線性以及每個分類決策的上下文窗口的大小。

研究小組從29163名患者收集并標(biāo)記了64121例心電圖記錄數(shù)據(jù)。

ECG數(shù)據(jù)以200Hz的頻率進行采樣，并從single-lead，無創(chuàng)和連續(xù)監(jiān)測裝置采集，稱為Zio Patch（iRhythm Technologies），其耐磨時間長達14天。

訓(xùn)練集中的每個ECG記錄長30秒，可以包含多個節(jié)奏類型。每個記錄由臨床心電圖專家注釋：專家突出信號的部分，并將其標(biāo)記為對應(yīng)于14個節(jié)奏類別之一。

我們從328名獨特患者收集了一組336條的記錄。對于測試集，每個記錄的實地注釋由三名董事會認(rèn)證的心臟病專家委員會監(jiān)督; 有三個委員會負(fù)責(zé)測試集的不同分割。心臟病學(xué)家將每個個體記錄作為一組進行討論，并達成共識。對于測試集中的每個記錄，我們還從不參加該組的心臟病專家中收集6個多帶帶標(biāo)記。

最常見的混淆之一是，異位心房節(jié)律（EAR）和竇性心律（SINUS）之間。這種心跳節(jié)奏的主要區(qū)別標(biāo)準(zhǔn)是不規(guī)則的P波。特別是當(dāng)P波具有小幅度或信號中存在噪聲時，這可能是微妙的。

類似地，室上性心動過速（SVT）和心房顫動（AFIB）經(jīng)常與心房撲動（AFL）混淆，因為它們都是心房心律失常，這是可以理解的。室性心律失常（IVR）有時被誤認(rèn)為是心室性心動過速（VT）。

鑒于臨床每年記錄超過3億次心電圖，心電圖的高精度診斷可以節(jié)省專家臨床醫(yī)生和心臟病專家的時間，減少誤診次數(shù)。此外，我們希望這種技術(shù)加上低成本心電圖設(shè)備，能夠成為心律失常診斷的常用工具。

詳情：http://t.cn/RKACR55

paper：http://t.cn/RKANXhI

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