論文の概要: Convolutional Fourier Analysis Network (CFAN): A Unified Time-Frequency Approach for ECG Classification

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2502.00497v1
• Date: Sat, 01 Feb 2025 17:30:26 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-02-05 15:21:53.879016
• Title: Convolutional Fourier Analysis Network (CFAN): A Unified Time-Frequency Approach for ECG Classification
• Title（参考訳）: 畳み込みフーリエ解析ネットワーク(CFAN):ECG分類のための統一時間周波数アプローチ
• Authors: Sam Jeong, Hae Yong Kim,
• Abstract要約: 機械学習は心電図(ECG)などの生体医学的信号の分類に変化をもたらした 我々は,(1)不整脈検出,(2)身元認識,(3)無呼吸検出の3つのECG分類タスクを評価した。 我々は、FANとCNNを統合した畳み込みフーリエ解析ネットワーク(CFAN)を開発した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Machine learning has transformed the classification of biomedical signals such as electrocardiograms (ECGs). Advances in deep learning, particularly convolutional neural networks (CNNs), enable automatic feature extraction, raising the question: Can combining time- and frequency-domain attributes enhance classification accuracy? To explore this, we evaluated three ECG classification tasks: (1) arrhythmia detection, (2) identity recognition, and (3) apnea detection. We initially tested three methods: (i) 2-D spectrogram-based frequency-time classification (SPECT), (ii) time-domain classification using a 1-D CNN (CNN1D), and (iii) frequency-domain classification using a Fourier transform-based CNN (FFT1D). Performance was validated using K-fold cross-validation. Among these, CNN1D (time only) performed best, followed by SPECT (time-frequency) and FFT1D (frequency only). Surprisingly, SPECT, which integrates time- and frequency-domain features, performed worse than CNN1D, suggesting a need for a more effective time and frequency fusion approach. To address this, we tested the recently proposed Fourier Analysis Network (FAN), which combines time- and frequency-domain features. However, FAN performed comparably to CNN1D, excelling in some tasks while underperforming in others. To enhance this approach, we developed the Convolutional Fourier Analysis Network (CFAN), which integrates FAN with CNN. CFAN outperformed all previous methods across all classification tasks. These findings underscore the advantages of combining time- and frequency-domain features, demonstrating CFAN's potential as a powerful and versatile solution for ECG classification and broader biomedical signal analysis
• Abstract（参考訳）: 機械学習は心電図(ECG)などの生体医学信号の分類に変化をもたらした。 ディープラーニング、特に畳み込みニューラルネットワーク(CNN)の進歩により、自動的な特徴抽出が可能になった。 そこで我々は,(1)不整脈検出,(2)身元認識,(3)無呼吸検出の3つのECG分類タスクについて検討した。 最初は3つの方法を試しました。 (i)2次元スペクトログラムに基づく周波数時間分類(SPECT) (II)1次元CNN(CNN1D)と時間領域分類 3)フーリエ変換CNN(FFT1D)を用いた周波数領域分類 K-foldクロスバリデーションを用いて性能を検証した。 これらのうち、CNN1D (time only) が最も良く、その後 SPECT (time- frequency) と FFT1D ( frequency only) が続いた。 意外なことに、時間領域と周波数領域の機能を統合したSPECTは、CNN1Dよりもパフォーマンスが悪く、より効率的な時間と周波数融合アプローチの必要性が示唆されている。 これを解決するために、時間領域と周波数領域の機能を組み合わせた最近提案されたフーリエ解析ネットワーク(FAN)をテストした。 しかし、FANはCNN1Dと互換性があり、いくつかのタスクでは優れ、他のタスクでは性能が劣る。 このアプローチを強化するために,FANとCNNを統合した畳み込みフーリエ解析ネットワーク(CFAN)を開発した。 CFANはすべての分類タスクで過去のメソッドよりも優れていた。 これらの知見は、ECG分類とより広範な生体信号解析のための強力で汎用的なソリューションとしてのCFANの可能性を示す、時間領域と周波数領域の機能の組み合わせの利点を浮き彫りにしている。

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