本文提出了一个低成本且高度准确的ECG监测系统,用于针对可穿戴移动传感器的个性化早期心律不齐检测。对个性化心电图监测的早期监督方法需要异常和正常的心跳来训练专用分类器。但是,在真实的情况下,个性化算法嵌入了可穿戴设备中,这种训练数据不适合没有心脏障碍史的健康人。在这项研究中,(i)我们对通过稀疏字典学习获得的健康信号空间进行了无空间分析,并研究了如何简单的无效空间投影或基于最小二乘的规范性分类方法可以降低计算复杂性,而无需牺牲牺牲计算的复杂性。与基于稀疏表示的分类相比,检测准确性。 (ii)然后,我们引入了基于稀疏表示的域适应技术,以便将其他现有用户的异常和正常信号投射到新用户的信号空间上,使我们能够训练专用的分类器而无需​​新用户的任何异常心跳。因此,无需合成异常的心跳产生,可以实现零射学习。在基准MIT-BIH ECG数据集上执行的一组大量实验表明,当该基于域的基于域的训练数据生成器与简单的1-D CNN分类器一起使用时,该方法以明显的差距优于先前的工作。 (iii)然后,通过组合(i)和(ii),我们提出了一个整体分类器,以进一步提高性能。这种零射门心律失常检测的方法的平均准确性水平为98.2%,F1得分为92.8%。最后,使用上述创新提出了一个个性化的节能ECG监测计划。
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可穿戴设备和医疗器互联网(IOMT)的最新发展允许实时监控和记录心电图(ECG)信号。然而,由于能量和内存约束,对ECG信号的连续监测在低功耗可穿戴设备中具有挑战性。因此,在本文中,我们提出了一种新颖和节能的方法,用于连续监测低功耗可穿戴设备的心脏。所提出的方法由三个不同的层组成:1)噪声/伪像检测层,以级别ECG信号的质量; 2)正常/异常拍摄分类层以检测心电图信号中的异常,3)异常搏动分类层以检测来自ECG信号的疾病。此外,分布式多输出卷积神经网络(CNN)架构用于降低边缘/云之间的能量消耗和等待时间。我们的方法论在众所周知的MIT-BIH心律失常数据集上达到了99.2%的准确性。 Real硬件的评估表明,我们的方法是适用于具有32KB最小RAM的设备。此外,与最先进的工作相比,所提出的方法可以获得7美元的能效。
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心血管疾病(CVD)是全球死亡的第一大原因。尽管有越来越多的证据表明心房颤动(AF)与各种CVD有着密切的关联,但这种心律不齐通常是使用心电图(ECG)诊断的,这是一种无风险,无侵入性和具有成本效益的工具。在任何威胁生命的疾病/疾病发展之前,不断和远程监视受试者的心电图信息迅速诊断和及时对AF进行预处理的潜力。最终,可以降低CVD相关的死亡率。在此手稿中,展示了体现可穿戴心电图设备,移动应用程序和后端服务器的个性化医疗系统的设计和实施。该系统不断监视用户的心电图信息,以提供个性化的健康警告/反馈。用户能够通过该系统与他们的配对健康顾问进行远程诊断,干预措施等。已经评估了实施的可穿戴ECG设备,并显示出极好的一致性(CVRMS = 5.5%),可接受的一致性(CVRMS = CVRMS = CVRMS = 12.1%),可忽略不计的RR间隙错误(<1.4%)。为了提高可穿戴设备的电池寿命,提出了使用ECG信号的准周期特征来实现压缩的有损压缩模式。与公认的架构相比,它在压缩效率和失真方面优于其他模式,并在MIT-BIH数据库中以ECG信号的某个PRD或RMSE达到了至少2倍的Cr。为了在拟议系统中实现自动化AF诊断/筛查,开发了基于重新系统的AF检测器。对于2017年Physionet CINC挑战的ECG记录,该AF探测器获得了平均测试F1 = 85.10%和最佳测试F1 = 87.31%,表现优于最先进。
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使用最后一英里无线连接的终端设备的数量随着智能基础设施的上升而大大增加,并且需要可靠的功能来支持平滑和高效的业务流程。为了有效地管理此类大规模无线网络,需要更先进和准确的网络监控和故障检测解决方案。在本文中,我们使用复制图和克朗尼亚角场进行无线异常检测的基于图像的表示技术的第一次分析,并提出了一种启用精确异常检测的新的深度学习架构。我们详细阐述了开发资源意识架构的设计考虑因素,并使用时间序列提出新模型以使用复制图来实现图像转换。我们表明,所提出的模型a)以最多14个百分点的基于语法角字段优异的型号,b)使用动态时间翘曲高达24个百分点,c)优于24个百分点的典型ML模型,C)优于或与主流架构相表现出如AlexNet和VGG11的同时具有<10倍的权重和高达$ \其计算复杂度的8倍,而d)优于各个应用面积的最新状态高达55个百分点。最后,我们还在随机选择的示例上解释了分类器如何决定。
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睡眠呼吸暂停(SA)是一种睡眠障碍,其特征是打s和慢性睡眠,这可能导致严重的疾病,例如高血压,心力衰竭和心肌病(心脏肌肉组织的增大)。心电图(ECG)在识别SA中起着至关重要的作用,因为它可能显示出异常的心脏活性。对基于ECG的SA检测的最新研究集中在功能工程技术上,这些技术从多铅ECG信号中提取特定特征,并将其用作分类模型输入。在这项研究中,提出了一种基于S峰检测的新型特征提取方法,以增强使用单铅ECG对相邻SA段的检测。特别是,使用单个铅(V2)收集的ECG特征用于识别SA发作。在提取的功能上,对CNN模型进行了训练以检测SA。实验结果表明,所提出的方法从单铅ECG数据中检测到SA比现有的最新方法更准确,具有91.13%的分类精度,敏感性为92.58%和88.75%的特异性。此外,与S峰相关的特征的进一步使用可以提高分类准确性0.85%。我们的发现表明,提出的机器学习系统有可能成为检测SA发作的有效方法。
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Time series anomaly detection has applications in a wide range of research fields and applications, including manufacturing and healthcare. The presence of anomalies can indicate novel or unexpected events, such as production faults, system defects, or heart fluttering, and is therefore of particular interest. The large size and complex patterns of time series have led researchers to develop specialised deep learning models for detecting anomalous patterns. This survey focuses on providing structured and comprehensive state-of-the-art time series anomaly detection models through the use of deep learning. It providing a taxonomy based on the factors that divide anomaly detection models into different categories. Aside from describing the basic anomaly detection technique for each category, the advantages and limitations are also discussed. Furthermore, this study includes examples of deep anomaly detection in time series across various application domains in recent years. It finally summarises open issues in research and challenges faced while adopting deep anomaly detection models.
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心电图(ECG)是用于监测心脏电信号和评估其功能的最常见和常规诊断工具。人心脏可能患有多种疾病,包括心律不齐。心律不齐是一种不规则的心律,在严重的情况下会导致心脏中风,可以通过ECG记录诊断。由于早期发现心律不齐非常重要,因此在过去的几十年中,计算机化和自动化的分类以及这些异常心脏信号的识别引起了很多关注。方法:本文引入了一种轻度的深度学习方法,以高精度检测8种不同的心律不齐和正常节奏。为了利用深度学习方法,将重新采样和基线徘徊清除技术应用于ECG信号。在这项研究中,将500个样本ECG段用作模型输入。节奏分类是通过11层网络以端到端方式完成的,而无需手工制作的手动功能提取。结果:为了评估提出的技术,从两个Physionet数据库,MIT-BIH心律失常数据库和长期AF数据库中选择了ECG信号。基于卷积神经网络(CNN)和长期记忆(LSTM)的组合,提出的深度学习框架比大多数最先进的方法显示出令人鼓舞的结果。所提出的方法达到98.24%的平均诊断准确性。结论:成功开发和测试了使用多种心电图信号的心律失常分类的训练有素的模型。意义:由于本工作使用具有高诊断精度的光分类技术与其他值得注意的方法相比,因此可以在Holter Monitor设备中成功实施以进行心律失常检测。
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Continuous long-term monitoring of motor health is crucial for the early detection of abnormalities such as bearing faults (up to 51% of motor failures are attributed to bearing faults). Despite numerous methodologies proposed for bearing fault detection, most of them require normal (healthy) and abnormal (faulty) data for training. Even with the recent deep learning (DL) methodologies trained on the labeled data from the same machine, the classification accuracy significantly deteriorates when one or few conditions are altered. Furthermore, their performance suffers significantly or may entirely fail when they are tested on another machine with entirely different healthy and faulty signal patterns. To address this need, in this pilot study, we propose a zero-shot bearing fault detection method that can detect any fault on a new (target) machine regardless of the working conditions, sensor parameters, or fault characteristics. To accomplish this objective, a 1D Operational Generative Adversarial Network (Op-GAN) first characterizes the transition between normal and fault vibration signals of (a) source machine(s) under various conditions, sensor parameters, and fault types. Then for a target machine, the potential faulty signals can be generated, and over its actual healthy and synthesized faulty signals, a compact, and lightweight 1D Self-ONN fault detector can then be trained to detect the real faulty condition in real time whenever it occurs. To validate the proposed approach, a new benchmark dataset is created using two different motors working under different conditions and sensor locations. Experimental results demonstrate that this novel approach can accurately detect any bearing fault achieving an average recall rate of around 89% and 95% on two target machines regardless of its type, severity, and location.
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机器学习模型通常会遇到与训练分布不同的样本。无法识别分布(OOD)样本,因此将该样本分配给课堂标签会显着损害模​​型的可靠性。由于其对在开放世界中的安全部署模型的重要性,该问题引起了重大关注。由于对所有可能的未知分布进行建模的棘手性,检测OOD样品是具有挑战性的。迄今为止,一些研究领域解决了检测陌生样本的问题,包括异常检测,新颖性检测,一级学习,开放式识别识别和分布外检测。尽管有相似和共同的概念,但分别分布,开放式检测和异常检测已被独立研究。因此,这些研究途径尚未交叉授粉,创造了研究障碍。尽管某些调查打算概述这些方法,但它们似乎仅关注特定领域,而无需检查不同领域之间的关系。这项调查旨在在确定其共同点的同时,对各个领域的众多著名作品进行跨域和全面的审查。研究人员可以从不同领域的研究进展概述中受益,并协同发展未来的方法。此外,据我们所知,虽然进行异常检测或单级学习进行了调查,但没有关于分布外检测的全面或最新的调查,我们的调查可广泛涵盖。最后,有了统一的跨域视角,我们讨论并阐明了未来的研究线,打算将这些领域更加紧密地融为一体。
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心律不齐的右心肌病(ARVC)是一种遗传性心肌疾病,在患者生命的第二和十年之间出现,导致35岁之前的心脏突然死亡的20%。在心电图(ECG)上,在降低过早心血管死亡率中可能具有至关重要的作用。在我们的分析中,我们首先概述了基于纸张的ECG信号的数字化过程,该空间过滤器旨在消除数据集图像中与ECG波形无关的黑暗区域,从而产生不良的噪声。接下来,我们建议使用低 - 复杂性卷积神经网络来检测心律失常心脏病,迄今为止尚未通过使用深度学习方法来研究,迄今为止的使用,达到高分类准确性,即99.98%的训练和98.6%测试准确性,与其他心律失常异常相反,在疾病上,其主要鉴定标准是ECG形态的无限千伏变化。最后,通过进行光谱分析,我们研究了与ARVC患者相对应的正常ECG和ECG之间频率领域的显着区别。在我们遇到统计学上显着分化的18个频率中,有16个中,正常的心电图的特征是与异常相比更大的归一化振幅。本文进行的总体研究强调了将数学方法整合到各种疾病的检查和有效诊断中的重要性,旨在为他们的成功治疗做出重大贡献。
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良好的培训数据是开发有用的ML应用程序的先决条件。但是,在许多域中,现有数据集不能由于隐私法规(例如,从医学研究)而被共享。这项工作调查了一种简单而非规范的方法,可以匿名数据综合来使第三方能够受益于此类私人数据。我们探讨了从不切实际,任务相关的刺激中隐含地学习的可行性,这通过激发训练有素的深神经网络(DNN)的神经元来合成。因此,神经元励磁用作伪生成模型。刺激数据用于培训新的分类模型。此外,我们将此框架扩展以抑制与特定个人相关的表示。我们使用开放和大型闭合临床研究的睡眠监测数据,并评估(1)最终用户是否可以创建和成功使用定制分类模型进行睡眠呼吸暂停检测,并且(2)研究中参与者的身份受到保护。广泛的比较实证研究表明,在刺激上培训的不同算法能够在与原始模型相同的任务上成功概括。然而,新和原始模型之间的架构和算法相似性在性能方面发挥着重要作用。对于类似的架构,性能接近使用真实数据(例如,精度差为0.56 \%,Kappa系数差为0.03-0.04)。进一步的实验表明,刺激可以在很大程度上成功地匿名匿名研究临床研究的参与者。
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X-ray imaging technology has been used for decades in clinical tasks to reveal the internal condition of different organs, and in recent years, it has become more common in other areas such as industry, security, and geography. The recent development of computer vision and machine learning techniques has also made it easier to automatically process X-ray images and several machine learning-based object (anomaly) detection, classification, and segmentation methods have been recently employed in X-ray image analysis. Due to the high potential of deep learning in related image processing applications, it has been used in most of the studies. This survey reviews the recent research on using computer vision and machine learning for X-ray analysis in industrial production and security applications and covers the applications, techniques, evaluation metrics, datasets, and performance comparison of those techniques on publicly available datasets. We also highlight some drawbacks in the published research and give recommendations for future research in computer vision-based X-ray analysis.
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对心电图(ECG)信号的调查是诊断心脏病的必要方式,因为ECG过程是非侵入性的,易于使用。这项工作介绍了由几个阶段组成的Supraventriculary的心律失常预测模型,包括噪声过滤,唯一的ECG特征集合,以及自动学习分类模型,以分类不同类型,具体取决于它们的严重程度。我们在执行提取之前,我们去趋势和解除噪声降低噪声以更好地确定功能的信号。之后,我们呈现一个R峰值检测方法和Q-S检测方法作为必要的特征提取的一部分。计算对应于这些功能的下一个参数。使用这些特征,我们已经开发了一种基于机器学习的分类模型,可以成功地分类不同类型的Supraventricular contcardia。我们的研究结果表明,基于决策树的模型是Supraventriculary心动过速心律失常最有效的机器学习模型。在所有机器学习模型中,该模型最有效地降低了Supranculary心动过速的关键信号错误分类。实验结果表明,令人满意的改进,并展示了提出的方法的优越效率,精度为97%。
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第五代(5G)网络和超越设想巨大的东西互联网(物联网)推出,以支持延长现实(XR),增强/虚拟现实(AR / VR),工业自动化,自主驾驶和智能所有带来的破坏性应用一起占用射频(RF)频谱的大规模和多样化的IOT设备。随着频谱嘎嘎和吞吐量挑战,这种大规模的无线设备暴露了前所未有的威胁表面。 RF指纹识别是预约的作为候选技术,可以与加密和零信任安全措施相结合,以确保无线网络中的数据隐私,机密性和完整性。在未来的通信网络中,在这项工作中,在未来的通信网络中的相关性,我们对RF指纹识别方法进行了全面的调查,从传统观点到最近的基于深度学习(DL)的算法。现有的调查大多专注于无线指纹方法的受限制呈现,然而,许多方面仍然是不可能的。然而,在这项工作中,我们通过解决信号智能(SIGINT),应用程序,相关DL算法,RF指纹技术的系统文献综述来缓解这一点,跨越过去二十年的RF指纹技术的系统文献综述,对数据集和潜在研究途径的讨论 - 必须以百科全书的方式阐明读者的必要条件。
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背景:基于AI的足够大型,精心策划的医疗数据集的分析已被证明有望提供早期检测,更快的诊断,更好的决策和更有效的治疗方法。但是,从多种来源获得的如此高度机密且非常敏感的医疗数据通常受到高度限制,因为不当使用,不安全的存储,数据泄漏或滥用可能侵犯了一个人的隐私。在这项工作中,我们将联合学习范式应用于异质的,孤立的高清心电图集,该图从12铅的ECG传感器阵列到达来训练AI模型。与在中心位置收集相同的数据时,我们评估了所得模型的能力,与经过训练的最新模型相比,获得了等效性能。方法:我们提出了一种基于联合学习范式训练AI模型的隐私方法,以培训AI模型,以实现异质,分布式,数据集。该方法应用于基于梯度增强,卷积神经网络和具有长期短期记忆的复发神经网络的广泛机器学习技术。这些模型在一个心电图数据集上进行了培训,该数据集包含从六名地理分开和异质来源的43,059名患者收集的12个铅录音。研究结果:用于检测心血管异常的AI模型的结果集获得了与使用集中学习方法训练的模型相当的预测性能。解释:计算参数的方法在本地为全局模型做出了贡献,然后仅交换此类参数,而不是ML中的整个敏感数据,这有助于保留医疗数据隐私。
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在初步诊断和分析心脏缺陷,ECG信号发挥着重要作用。本文介绍了使用噪声滤波,独特的心电图特征和基于机器学习的分类器模型预测心室性心动过速心律失常的模型。在信号特征提取之前,我们可以拒绝并使信号脱落以消除正确检测特征的噪声。在提取必要的特征之后,测量与这些特征相关的必要参数。使用这些参数,我们使用的是一种高效的多键级分类器模型,使用机器学习方法可以有效地分类不同类型的心室性心动过速心律失常。我们的结果表明,基于逻辑回归和决策树的模型是用于检测心室性心动过速的最有效的机器学习模型。为了诊断心脏病并为患者寻找护理,需要早期,可靠的不同类型心律失常的诊断。通过实施我们提出的方法,这项工作涉及减少与心室性心动过速有关的关键信号的错误分类问题的问题。实验结果表明了我们提出的算法的令人满意的增强,并表现出高度的恢复力。通过这种帮助,医生可以提前评估这种患者的这种心律失常,并在适当的时间作出正确的决定。
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非侵入性负载监控(NILM)是将总功率消耗分为单个子组件的任务。多年来,已经合并了信号处理和机器学习算法以实现这一目标。关于最先进的方法,进行了许多出版物和广泛的研究工作,以涉及最先进的方法。科学界最初使用机器学习工具的尼尔姆问题制定和描述的最初兴趣已经转变为更实用的尼尔姆。如今,我们正处于成熟的尼尔姆时期,在现实生活中的应用程序方案中尝试使用尼尔姆。因此,算法的复杂性,可转移性,可靠性,实用性和普遍的信任度是主要的关注问题。这篇评论缩小了早期未成熟的尼尔姆时代与成熟的差距。特别是,本文仅对住宅电器的尼尔姆方法提供了全面的文献综述。本文分析,总结并介绍了大量最近发表的学术文章的结果。此外,本文讨论了这些方法的亮点,并介绍了研究人员应考虑的研究困境,以应用尼尔姆方法。最后,我们表明需要将传统分类模型转移到一个实用且值得信赖的框架中。
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迁移率和加热部门的连续电气化将对分布网格运行引入新的挑战。不协调的灵活单元激活,例如,电动车辆同时充电作为对价格信号的反应,可以系统地触发变压器或线路保护。实时识别这种快速升高的灵活性激活将允许抵消以避免潜在的社会和财务成本。在这项工作中,提出了一种用于识别快速升高灵活性激活事件的新型数据处理流水线。管道结合了无监督事件检测和开放式分类的技术。实际负载数据的系统评估演示了所提出的管道的主要构建块可以通过满足分布式事件检测架构中应用的重要要求的方法来实现。为了检测灵活性激活事件,识别了上部性能限制。此外,证明了与广泛应用的闭合分类器相比,用于分类的开放式分类器的应用可以提高性能。
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深度学习在使用心电图(ECG)数据分类不同的心律失常方面发挥着重要作用。然而,培训深入学习模型通常需要大量数据,它可能导致隐私问题。不幸的是,无法从单个筒仓中容易地收集大量的医疗保健数据。此外,深度学习模型就像黑盒子,没有解释的预测结果,通常在临床医疗保健中需要。这限制了深度学习在现实世界卫生系统中的应用。在本文中,我们设计了一种基于ECG的医疗保健应用的联邦设置的新的可解释的人工智能(XAI)的深度学习框架。联合设置用于解决数据可用性和隐私问题等问题。此外,所提出的框架设置有效地根据卷积神经网络(CNN)使用AutoEncoder和分类器来分类心律失常。此外,我们提出了一个基于XAI的模块,在拟议的分类器的顶部上解释了分类结果,帮助临床从业者做出快速可靠的决策。拟议的框架是使用MIT-BIH心律失常数据库进行培训和测试。分类器可分别使用噪声和清洁数据进行高达94%和98%的精度,使用嘈杂和清洁数据,具有五倍的交叉验证。
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电力系统状态估计面临着不同类型的异常。这些可能包括由总测量错误或通信系统故障引起的不良数据。根据实施的状态估计方法,负载或发电的突然变化可以视为异常。此外,将电网视为网络物理系统,状态估计变得容易受到虚假数据注射攻击的影响。现有的异常分类方法无法准确对上述三种异常进行分类(区分),尤其是在歧视突然的负载变化和虚假数据注入攻击时。本文提出了一种用于检测异常存在,对异常类型进行分类并识别异常起源的新算法更改或通过错误数据注入攻击针对的状态变量。该算法结合了分析和机器学习(ML)方法。第一阶段通过组合$ \ chi^2 $检测指数来利用一种分析方法来检测异常存在。第二阶段利用ML进行异常类型的分类和其来源的识别,特别是指突然负载变化和错误数据注射攻击的歧视。提出的基于ML的方法经过训练,可以独立于网络配置,该网络配置消除了网络拓扑变化后算法的重新训练。通过在IEEE 14总线测试系统上实施拟议的算法获得的结果证明了拟议算法的准确性和有效性。
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