Electrocardiogram (ECG) is the most widely used diagnostic tool to monitor the condition of the human heart. By using deep neural networks (DNNs), interpretation of ECG signals can be fully automated for the identification of potential abnormalities in a patient's heart in a fraction of a second. Studies have shown that given a sufficiently large amount of training data, DNN accuracy for ECG classification could reach human-expert cardiologist level. However, despite of the excellent performance in classification accuracy, DNNs are highly vulnerable to adversarial noises that are subtle changes in the input of a DNN and may lead to a wrong class-label prediction. It is challenging and essential to improve robustness of DNNs against adversarial noises, which are a threat to life-critical applications. In this work, we proposed a regularization method to improve DNN robustness from the perspective of noise-to-signal ratio (NSR) for the application of ECG signal classification. We evaluated our method on PhysioNet MIT-BIH dataset and CPSC2018 ECG dataset, and the results show that our method can substantially enhance DNN robustness against adversarial noises generated from adversarial attacks, with a minimal change in accuracy on clean data.


翻译:研究显示,鉴于培训数据数量足够多,ECG分类的DNN精确度可以达到人类-专家心血管病学水平。然而,尽管在分类准确性方面表现良好,DNN极易受到对抗性噪音的伤害,而这种噪音在DNN输入输入DNN时会发生微妙变化,并可能导致错误的类标签预测。提高DNN对对抗性噪音的稳健性是具有挑战性和必不可少的。在这项工作中,我们提出了一个正规化方法,从噪音对信号比率的角度提高DNNN的稳性。我们评估了我们在PhysioNet MIT-BIH数据集和CP SC2018 ECG数据集方面采用的方法,结果显示,我们针对对抗对生命至关重要的对抗性噪声的DNNN的精确性可以大大增强对DNN的对抗性磁性攻击的精确性。我们评估了我们在PhysioNet MIT-BIH数据集和CP SC2018 ECG数据集方面采用的方法。

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