Sleep apnea is a common respiratory disorder characterized by breathing pauses during the night. Consequences of untreated sleep apnea can be severe. Still, many people remain undiagnosed due to shortages of hospital beds and trained sleep technicians. To assist in the diagnosis process, automated detection methods are being developed. Recent works have demonstrated that deep learning models can extract useful information from raw respiratory data and that such models can be used as a robust sleep apnea detector. However, trained sleep technicians take into account multiple sensor signals when annotating sleep recordings instead of relying on a single respiratory estimate. To improve the predictive performance and reliability of the models, early and late sensor fusion methods are explored in this work. In addition, a novel late sensor fusion method is proposed which uses backward shortcut connections to improve the learning of the first stages of the models. The performance of these fusion methods is analyzed using CNN as well as LSTM deep learning base-models. The results demonstrate a significant and consistent improvement in predictive performance over the single sensor methods and over the other explored sensor fusion methods, by using the proposed sensor fusion method with backward shortcut connections.


翻译:Sleep apnea是一种常见的呼吸系统紊乱,其特点是夜间有呼吸暂停,睡眠麻痹的后果可能很严重。尽管如此,由于医院床位和训练有素的睡眠技术人员短缺,许多人仍然没有被诊断出来。为了协助诊断过程,正在开发自动检测方法。最近的工作表明,深层学习模型可以从原始呼吸数据中提取有用信息,这种模型可以用作稳健的睡眠动脉检测器。然而,经过培训的睡眠技术员在注意到睡眠记录时会考虑到多种传感器信号,而不是依赖单一呼吸估计值。为了提高模型的预测性能和可靠性,在这项工作中探索了早期和晚期传感器聚变方法。此外,还提议采用新的超近路连接方法来改进对模型第一阶段的学习。利用CNN和LSTM深层学习基本模型分析这些聚变方法的性能。结果显示,在单一传感器方法的预测性能方面以及在其他探索的传感器聚变异方法方面,通过使用拟议的传感器感器和落后的近路连接方法,大大和一致地改进了预测性能。

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