In this work, we propose a novel data augmentation method for clinical audio datasets based on a conditional Wasserstein Generative Adversarial Network with Gradient Penalty (cWGAN-GP), operating on log-mel spectrograms. To validate our method, we created a clinical audio dataset which was recorded in a real-world operating room during Total Hip Arthroplasty (THA) procedures and contains typical sounds which resemble the different phases of the intervention. We demonstrate the capability of the proposed method to generate realistic class-conditioned samples from the dataset distribution and show that training with the generated augmented samples outperforms classical audio augmentation methods in terms of classification accuracy. The performance was evaluated using a ResNet-18 classifier which shows a mean per-class accuracy improvement of 1.70% in a 5-fold cross validation experiment using the proposed augmentation method. Because clinical data is often expensive to acquire, the development of realistic and high-quality data augmentation methods is crucial to improve the robustness and generalization capabilities of learning-based algorithms which is especially important for safety-critical medical applications. Therefore, the proposed data augmentation method is an important step towards improving the data bottleneck for clinical audio-based machine learning systems.


翻译:在这项工作中,我们提出一种新的数据增强方法,用于临床音频数据集,其依据是有条件的瓦瑟斯坦-格恩泰-格恩特-格恩特Aversarial网络(cWGAN-GP),使用日志-熔光谱仪操作。为了验证我们的方法,我们创建了一个临床音频数据集,该数据集记录在一个真实的操作室里,该数据集在全面阿尔霍普拉斯提(THA)程序期间被记录在真实的操作室里,并包含与干预的不同阶段相似的典型声音。我们展示了拟议方法从数据集分布中生成现实的、有等级限制的样本的能力,并表明用所生成的增强样本进行的培训在分类准确性方面优于古典音频增强方法。我们使用ResNet-18的分类器对绩效进行了评估,该分类显示在使用拟议增强方法进行的5倍交叉校验试验中,每类平均提高了1.70%的准确度。由于临床数据往往非常昂贵,因此开发现实和高质量的数据增强方法对于提高基于学习的算法的稳健性和概括性能力至关重要,这对于安全临界医疗应用。因此,拟议的数据扩增方法是改进基于临床系统的重要一步。

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