Objective: Murmurs are abnormal heart sounds, identified by experts through cardiac auscultation. The murmur grade, a quantitative measure of the murmur intensity, is strongly correlated with the patient's clinical condition. This work aims to estimate each patient's murmur grade (i.e., absent, soft, loud) from multiple auscultation location phonocardiograms (PCGs) of a large population of pediatric patients from a low-resource rural area. Methods: The Mel spectrogram representation of each PCG recording is given to an ensemble of 15 convolutional residual neural networks with channel-wise attention mechanisms to classify each PCG recording. The final murmur grade for each patient is derived based on the proposed decision rule and considering all estimated labels for available recordings. The proposed method is cross-validated on a dataset consisting of 3456 PCG recordings from 1007 patients using a stratified ten-fold cross-validation. Additionally, the method was tested on a hidden test set comprised of 1538 PCG recordings from 442 patients. Results: The overall cross-validation performances for patient-level murmur gradings are 86.3% and 81.6% in terms of the unweighted average of sensitivities and F1-scores, respectively. The sensitivities (and F1-scores) for absent, soft, and loud murmurs are 90.7% (93.6%), 75.8% (66.8%), and 92.3% (84.2%), respectively. On the test set, the algorithm achieves an unweighted average of sensitivities of 80.4% and an F1-score of 75.8%. Conclusions: This study provides a potential approach for algorithmic pre-screening in low-resource settings with relatively high expert screening costs. Significance: The proposed method represents a significant step beyond detection of murmurs, providing characterization of intensity which may provide a enhanced classification of clinical outcomes.


翻译:摘要:杂音是一种异常的心脏声音,由专家进行心脏听诊识别。杂音分级是杂音强度的量化指标,与患者的临床状况密切相关。本研究旨在从低资源农村地区的大量儿童患者的多个听诊位置心音图(PCGs)中估算每个患者的杂音等级(即不存在、轻度、重度)。使用15个卷积残差神经网络和通道注意机制对每个PCG记录的Mel频谱图表示进行分类。基于所提出的决策规则和考虑所有可用记录的估计标签,可以得到每个患者的最终杂音分级。该方法在由1007名患者的3456个PCG记录组成的数据集上进行分层十折交叉验证。此外,该方法在包含442名患者的1538个PCG记录的隐藏测试集上进行测试。交叉验证表现的患者级杂音分级总体性能在召回率和F1得分的未加权平均方面分别为86.3%和81.6%。不存在、轻度和重度杂音的召回率(及F1得分)分别为90.7%(93.6%)、75.8%(66.8%)和92.3%(84.2%)。在测试集上,该算法实现了80.4%的未加权平均召回率和75.8%的F1得分。本研究提供了一种潜在的算法初筛方法,适用于相对高的专家筛查成本的低资源环境。该方法在检测杂音的基础上迈出了重要一步,提供了强度特征,可提高临床预后的分类性。

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