論文の概要: Attractor-Vascular Coupling Theory: Formal Grounding and Empirical Validation for AAMI-Standard Cuffless Blood Pressure Estimation from Smartphone Photoplethysmography

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2605.10871v1
• Date: Mon, 11 May 2026 17:24:42 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-05-12 23:28:51.026515
• Title: Attractor-Vascular Coupling Theory: Formal Grounding and Empirical Validation for AAMI-Standard Cuffless Blood Pressure Estimation from Smartphone Photoplethysmography
• Title（参考訳）: AAMI-Standard Cuffless 血圧推定のためのAAMI-Vascular Coupling Theory:フォーマルグラウンドと経験的バリデーション
• Authors: Timothy Oladunni, Farouk Ganiyu Adewumi,
• Abstract要約: AAMI標準推定に十分な血圧情報を符号化している。 Takens遅延埋め込みとアトラクタ形態抽出を用いて操作する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.1344265020822928
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/
• Abstract: This work proposes Attractor-Vascular Coupling Theory (AVCT), a mathematical framework showing that cardiac attractor geometry encodes blood pressure (BP) information sufficient for AAMI-standard estimation, and validates the theory through a calibrated cuffless BP model using photoplethysmography (PPG). AVCT is grounded in Cardiac Stability Theory and operationalized using Takens delay embedding and attractor morphology extraction. Two theorems, one proposition, and one corollary formally justify the use of PPG attractor features for BP estimation and predict the feature-importance hierarchy. A LightGBM model trained on pulse transit time (PTT) and Cardiac Stability Index (CSI) attractor features under single-point calibration was evaluated using strict leave-one-subject-out cross-validation (LOSO-CV) on 46 subjects from BIDMC ICU (n = 9) and VitalDB surgical data (n = 37), comprising 29,684 windows. The model achieved systolic BP (SBP) mean absolute error (MAE) of 2.05 mmHg and diastolic BP (DBP) MAE of 1.67 mmHg, with correlations r = 0.990 and r = 0.991, satisfying the AAMI/IEEE SP10 requirement of MAE below 5 mmHg. Median per-subject MAE was 1.87/1.54 mmHg, and 70%/76% of subjects individually satisfied AAMI criteria. A PPG-only ablation using nine smartphone attractor features matched the ECG+PPG model within 0.05 mmHg, demonstrating that clinical-grade BP tracking is achievable using only a smartphone camera while surpassing prior generalized LOSO-CV results using fewer sensors. All four AVCT predictions were quantitatively confirmed, with 91.5% error reduction from uncalibrated to calibrated estimation (epsilon_cal = 0.915). Unlike post-hoc explainable AI methods, AVCT predicts features satisfying the architectural faithfulness criterion of the Explainable-AI Trustworthiness (EAT) framework and grounding BP estimation in nonlinear dynamical systems theory.
• Abstract（参考訳）: 本研究では,AAMI標準推定に十分な血圧 (BP) 情報を符号化する数学的枠組みであるAttractor-Vascular Coupling Theory (AVCT) を提案し,光ポロトグラフィー (PPG) を用いてキャリブレーションされたカフレスBPモデルを用いてその理論を検証した。 AVCTは心安定理論に基づいており、Takens遅延埋め込みとアトラクタ形態抽出を用いて運用されている。 2つの定理、1つの命題、1つの結論は、BP推定と特徴重要階層の予測にPSGアトラクタ特徴を用いることを正式に正当化する。 BIDMC ICU (n = 9) と VitalDB 手術データ (n = 37) の46名を対象に, 厳密な左下肢移動式クロスバリデーション (LOSO-CV) を用いて, 単一点校正条件下での心的安定度指数 (CSI) とパルストランジット時間 (PTT) を訓練したLightGBMモデルを評価した。 SBP(Systolic BP)平均絶対誤差(MAE)は2.05 mmHgで、BP(DBP)は1.67 mmHgで、相関は r = 0.990 と r = 0.991 であり、5 mmHg以下のMAEのAAMI/IEEE SP10要求を満たす。 被写体ごとのMAEは1.87/1.54 mmHgであり、被験者の70%/76%がAAMI基準を満たした。 9つのスマートフォンアトラクタを用いたPSGのみのアブレーションはECG+PPGモデルと0.05mmHg以内の精度で一致し、臨床レベルのBPトラッキングはスマートフォンカメラのみで達成可能であり、センサが少ないことで従来のLOSO-CV結果を上回った。 4つのAVCT予測はすべて定量的に確認され、91.5%の誤差は未校正から校正まで(epsilon_cal = 0.915)。 ポストホックな説明可能なAI手法とは異なり、AVCT は Explainable-AI Trustworthiness (EAT) フレームワークのアーキテクチャ忠実度基準を満たす特徴を予測し、非線形力学系理論におけるBP推定を基礎とする。

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