#论文阅读&CTG Fetal Hypoxia Detection Based on Deep Convolutional Neural Network with Transfer Learning

DOI 10.1007/978-3-319-91186-1_25
所属期刊 CSOC2018 2018
论文发表时间 2018年05月17日
记录时间 2023年01月04日
记录人 Troye Jcan

Fetal Hypoxia Detection Based on Deep Convolutional Neural Network with Transfer Learning Approach


一、Datasets

  CTU-UHB,552条数据,包括46例剖腹产和506例阴道分娩,以pH值≤7.05为病理(44例),pH值大于7.05为正常(508例),仅使用最后15min的信号。

  仅使用FHR,没有添加UC信号和临床信息。

二、Data Processing

  将FHR中的缺失段大于15s的片段删除,使用三次Hermite样条插值来修复较小的缺失段,之后在不损失可变性的情况下使用标准的中值滤波器来处理FHR。考虑到局部和全局的异常值,使用Romano提出的异常值检测算法(Outliers Detection and Processing in CTG Monitoring)。由于使用了非线性变换,因此去除了信号趋势(detrend the signal)以保留FHR的动态特性。

  为了将信号转换为彩色光谱图图像以输入DCNN中,本文采用了极低频(very low frequency, VLF, 0-0.03Hz)、低频(low frequency, LF, 0.03-0.15Hz, 指向胎儿成熟)、中频(middle-frequency, 0.15-0.50Hz, 指向携带胎儿运动和母体呼吸的迹象)和高频(high frequency, HF, 0.50Hz-1Hz,受副交感神经系统波动的影响)的短时傅里叶变换(Short Time Fourier Transform, STFT),将FHR处理为四种不同频率的亚频率谱图。所得的亚谱图的shape为(675, 532, 3),resize为(227, 227, 3)后输入DCNN中。

  本文使用CTU-UHB数据库,正常508例,病理44例。没有增加样本数量,没有说明数据集划分及数据量情况。

三、Model Framework

  使用AlexNet的预训练模型作为模型框架,权重为使用120w张图像训练成的1000分类。模型包括五个卷积层、三个全连接层和部分ReLU层、Norm层和Pooling层。

  微调AlexNet时,设置的超参数如下:

Parameter Value
Mini batch size 10
Maximum epoch 4
learning rate 0.0001
Validation frequency 5
Optimizer SGDM
Optimizer momentum 0.9
Optimizer weight decay 0.0005

四、Methodology

  本文提出一种基于深度卷积神经网络(Deep convolutional neural network, DCNN)的FHR信号的正常和异常分类方法。

五、Results

*Quality Index: Q I = S e n s i t i v i t y ∗ S p e c i f i c i t y QI= \sqrt{Sensitivity * Specificity}\quad QI=SensitivitySpecificity

No. Accuracy(%) Sensitivity(%) Specificity(%) Quality index(%) AUC Training Time(s)
1 92.12 53.84 95.39 71.67 0.81 38
2 96.34 53.84 100 73.38 0.84 48
3 96.97 69.23 99.34 82.93 0.93 45
4 96.36 69.23 98.68 82.65 0.86 52
5 93.33 53.84 96.71 72.16 0.83 37
6 90.9 53.84 94.07 71.17 0.76 35
7 92.72 15.38 99.34 39.09 0.78 38
8 95.75 53.84 99.34 73.13 0.86 36
9 81.81 69.23 82.89 75.75 0.82 18
10 96.97 69.23 99.34 82.93 0.91 80
Avg. 93.32 56.15 96.51 72.48 0.84 42.7

六、Contributions

  通过文献研究可以看到自动CTG分析的主要趋势依赖于一组构成预处理、特征变换(包括特征提取与特征选择)和分类的过程,而其中使用卷积神经网络来确定胎儿的不良结局的做法并不常见。综合《 The use of convolutional neural networks in biomedical data processing.》的94.1%准确率来看,使用DCNN是一种检测胎儿缺氧的有效工具。

七、Conclusion

  根据实验结果,平均准确率、敏感性、特异性分别达到了93.32%、56.15%和96.51%。由于数据分布不平衡,特异性优于敏感性,因此QI和AUC更能体现不平衡的效果。平均QI和AUC分别为72.84%和0.84。因此,本文在DCNN检测胎儿缺氧方面取得了令人鼓舞的结果。

八、Note

  整体框架:

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