Cardiovascular diseases (CVDs) have become the top one cause of death; three-quarters of these deaths occur in lower-income communities. Electrocardiography (ECG), an electrical measurement capturing the cardiac activities, is a gold-standard to diagnose CVDs. However, ECG is infeasible for continuous cardiac monitoring due to its requirement for user participation. Meanwhile, photoplethysmography (PPG) is easy to collect, but the limited accuracy constrains its clinical usage. In this research, a novel Transformer-based architecture, Performer, is invented to reconstruct ECG from PPG and to create a novel digital biomarker, PPG along with its reconstructed ECG, as multiple modalities for CVD detection. This architecture, for the first time, performs Transformer sequence to sequence translation on biomedical waveforms, while also utilizing the advantages of the easily accessible PPG and the well-studied base of ECG. Shifted Patch-based Attention (SPA) is created to maximize the signal features by fetching the various sequence lengths as hierarchical stages into the training while also capturing cross-patch connections through the shifted patch mechanism. This architecture generates a state-of-the-art performance of 0.29 RMSE for reconstructing ECG from PPG, achieving an average of 95.9% diagnosis for CVDs on the MIMIC III dataset and 75.9% for diabetes on the PPG-BP dataset. Performer, along with its novel digital biomarker, offers a low-cost and non-invasive solution for continuous cardiac monitoring, only requiring the easily extractable PPG data to reconstruct the not-as-accessible ECG data. As a prove of concept, an earring wearable, named PEARL (prototype), is designed to scale up the point-of-care (POC) healthcare system.


翻译:心血管疾病(CVDs)已成为死亡的最首要原因;这些死亡中有四分之三发生在收入较低的社区。电心术(ECG)是一种记录心脏活动的电气测量,是一种用于诊断心血管疾病(CVDs)的金标准。然而,ECG由于需要用户参与,因此无法进行持续的心脏监测。与此同时,光胸造影(PPGG)很容易收集,但精确度有限限制了其临床使用。在这项研究中,一个新的基于变压器的架构(Paperererer)被发明为从PPPGs重建ECG, 并创建了一个新的数字化生物标志(PG), PPGGS(E) 与其重建的ECGG(E) 一同创建了一个新的数字变压器, PGPS(PG-D) 的变压器(PGFC-D-PS-PS-PS-SA), 通过将不同序列的序列段段段段时间拖动到培训中, 也通过C-GSGSBS(C) 的平流数据转换一个持续变换数据。

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