Much of the information of breathing is contained within the photoplethysmography (PPG) signal, through changes in venous blood flow, heart rate and stroke volume. We aim to leverage this fact, by employing a novel deep learning framework which is a based on a repurposed convolutional autoencoder. Our model aims to encode all of the relevant respiratory information contained within photoplethysmography waveform, and decode it into a waveform that is similar to a gold standard respiratory reference. The model is employed on two photoplethysmography data sets, namely Capnobase and BIDMC. We show that the model is capable of producing respiratory waveforms that approach the gold standard, while in turn producing state of the art respiratory rate estimates. We also show that when it comes to capturing more advanced respiratory waveform characteristics such as duty cycle, our model is for the most part unsuccessful. A suggested reason for this, in light of a previous study on in-ear PPG, is that the respiratory variations in finger-PPG are far weaker compared with other recording locations. Importantly, our model can perform these waveform estimates in a fraction of a millisecond, giving it the capacity to produce over 6 hours of respiratory waveforms in a single second. Moreover, we attempt to interpret the behaviour of the kernel weights within the model, showing that in part our model intuitively selects different breathing frequencies. The model proposed in this work could help to improve the usefulness of consumer PPG-based wearables for medical applications, where detailed respiratory information is required.

呼吸率（RR）是重要的生物标志物，因为RR变化可以反映严重的医学事件，例如心脏病，肺部疾病和睡眠障碍。但是，不幸的是，标准手动RR计数容易出现人为错误，不能连续执行。这项研究提出了一种连续估计RR，RRWAVENET的方法。该方法是一种紧凑的端到端深度学习模型，不需要特征工程，可以将低成本的原始光摄影学（PPG）用作输入信号。对RRWAVENET进行了独立于主题的测试，并与三个数据集（BIDMC，Capnobase和Wesad）中的基线进行了比较，并使用三个窗口尺寸（16、32和64秒）进行了比较。 RRWAVENET优于最佳窗口大小为1.66 \ pm 1.01、1.59 \ pm 1.08的最佳绝对错误的最新方法，每个数据集每分钟每分钟呼吸0.96。在远程监视设置（例如在WESAD数据集中），我们将传输学习应用于其他两个ICU数据集，将MAE降低到1.52 \ pm每分钟0.50呼吸，显示此模型可以准确且实用的RR对负担得起的可穿戴设备进行准确估算。我们的研究表明，在远程医疗和家里，远程RR监测的可行性。

心血管疾病是世界各地最常见的死亡原因。为了检测和治疗心脏相关的疾病，需要连续血压（BP）监测以及许多其他参数。为此目的开发了几种侵入性和非侵入性方法。用于持续监测BP的医院中使用的大多数现有方法是侵入性的。相反，基于袖带的BP监测方法，可以预测收缩压（SBP）和舒张压（DBP），不能用于连续监测。几项研究试图从非侵​​入性可收集信号（例如光学肌谱（PPG）和心电图（ECG））预测BP，其可用于连续监测。在这项研究中，我们探讨了自动化器在PPG和ECG信号中预测BP的适用性。在12,000岁的MIMIC-II数据集中进行了调查，发现了一个非常浅的一维AutoEncoder可以提取相关功能，以预测与最先进的SBP和DBP在非常大的数据集上的性能。从模拟-II数据集的一部分的独立测试分别为SBP和DBP提供了2.333和0.713的MAE。在40个主题的外部数据集上，模型在MIMIC-II数据集上培训，分别为SBP和DBP提供2.728和1.166的MAE。对于这种情况来说，结果达到了英国高血压协会（BHS）A级并超越了目前文学的研究。

心血管疾病是死亡率最严重的原因之一，每年在世界各地遭受沉重的生命。对血压的持续监测似乎是最可行的选择，但这需要一个侵入性的过程，带来了几层复杂性。这激发了我们开发一种通过使用光杀解功能图（PPG）信号的非侵入性方法来预测连续动脉血压（ABP）波形的方法。此外，我们探索了深度学习的优势，因为它可以通过使手工制作的功能计算无关紧要，这将使我们无法坚持理想形状的PPG信号，这是现有方法的缺点。因此，我们提出了一种基于深度学习的方法PPG2ABP，该方法可以从输入PPG信号中预测连续的ABP波形，平均绝对误差为4.604 mmHg，可保留一致的形状，大小和相位。但是，PPG2ABP的更惊人的成功事实证明，来自预测的ABP波形的DBP，MAP和SBP的计算值超过了几个指标下的现有作品，尽管没有明确培训PPG2ABP。

血压（BP）是心血管疾病和中风最有影响力的生物标志物之一;因此，需要定期监测以诊断和预防医疗并发症的任何出现。目前携带的携带BP监测的无齿状方法，虽然是非侵入性和不引人注目的，涉及围绕指尖光肌谱（PPG）信号的显式特征工程。为了规避这一点，我们提出了一种端到端的深度学习解决方案，BP-Net，它使用PPG波形来估计通过中间连续动脉BP来估计收缩压BP（SBP），平均压力（MAP）和舒张压BP（DBP） （ABP）波形。根据英国高血压协会（BHS）标准的条款，BP-Net为SBP估计实现了DBP和地图估计和B级的A级。 BP-Net还满足了医疗仪器（AAMI）标准的推进和地图估计，分别实现了5.16mmHg和2.89mmHg的平均误差（MAE），分别用于SBP和DBP。此外，我们通过在Raspberry PI 4设备上部署BP-Net来建立我们的方法的无处不在的潜力，并为我们的模型实现4.25毫秒的推理时间来将PPG波形转换为ABP波形。

对医疗保健监控的远程工具的需求从未如此明显。摄像机测量生命体征利用成像装置通过分析人体的图像来计算生理变化。建立光学，机器学习，计算机视觉和医学的进步这些技术以来的数码相机的发明以来已经显着进展。本文介绍了对生理生命体征的相机测量综合调查，描述了它们可以测量的重要标志和实现所做的计算技术。我涵盖了临床和非临床应用以及这些应用需要克服的挑战，以便从概念上推进。最后，我描述了对研究社区可用的当前资源（数据集和代码），并提供了一个全面的网页（https://cameravitals.github.io/），其中包含这些资源的链接以及其中引用的所有文件的分类列表文章。

使用人工智能算法对连续，非侵入性，无齿状血压（BP）测量进行了广泛的研究。这种方法涉及从ECG，PPG，ICG，BCG等生理信号中提取某些特征作为独立变量，并从动脉血压（ABP）信号中提取特征作为依赖变量，然后使用机器学习算法来开发血压估计基于这些数据的模型。该领域的最大挑战是估计模型的准确性不足。本文提出了一种具有聚类步骤的新型血压估计方法，用于精度改善。所提出的方法涉及从心电图（ECG）和光电读数（PPG）信号中提取脉冲传输时间（PPG），PPG强度比（PIR）和心率（HR）特征作为聚类和回归的输入，提取收缩压（ SBP）和舒张压（DBP）来自ABP信号的特征作为依赖变量，最后通过应用梯度升压回归（GBR），随机森林回归（RFR）和每个群集的多层的Perceptron回归（MLP）开发回归模型。使用MIMICII数据集来实现该方法，其中用于确定最佳数量的簇的轮廓标准。结果表明，由于采用群集算法，然后在每个簇上开发回归模型，并且最终加权平均可以显着提高，因此可以显着改善精度。结果基于每个群集的错误。当用5个集群和GBR实施时，该方法产生了2.56的MAE，对于SBP估计，2.23对于DBP估计，这显着优于没有聚类的最佳结果（DBP：6.27，SBP：6.36）。

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。

远程光插图学（RPPG）是一种快速，有效，廉价和方便的方法，用于收集生物识别数据，因为它可以使用面部视频来估算生命体征。事实证明，远程非接触式医疗服务供应在COVID-19大流行期间是可怕的必要性。我们提出了一个端到端框架，以根据用户的视频中的RPPG方法来衡量人们的生命体征，包括心率（HR），心率变异性（HRV），氧饱和度（SPO2）和血压（BP）（BP）（BP）用智能手机相机捕获的脸。我们以实时的基于深度学习的神经网络模型来提取面部标志。通过使用预测的面部标志来提取多个称为利益区域（ROI）的面部斑块（ROI）。应用了几个过滤器，以减少称为血量脉冲（BVP）信号的提取的心脏信号中ROI的噪声。我们使用两个公共RPPG数据集培训和验证了机器学习模型，即Tokyotech RPPG和脉搏率检测（PURE）数据集，我们的模型在其上实现了以下平均绝对错误（MAE）：a），HR，1.73和3.95 BEATS- beats-beats-beats-beats-beats-beats-beats-beats-beats-beats-beats-beats-beats-beats-beats-beats-s-s-s-s-s-y-peats-beats-beats-beats-ship-s-s-s-in-chin-p-in-in-in-in-in-c--in-in-c-le-in-in- -t一下制。每分钟（bpm），b）分别为HRV，分别为18.55和25.03 ms，c）对于SPO2，纯数据集上的MAE为1.64。我们在现实生活环境中验证了端到端的RPPG框架，修订，从而创建了视频HR数据集。我们的人力资源估计模型在此数据集上达到了2.49 bpm的MAE。由于没有面对视频的BP测量不存在公开可用的RPPG数据集，因此我们使用了带有指标传感器信号的数据集来训练我们的模型，还创建了我们自己的视频数据集Video-BP。在我们的视频BP数据集中，我们的BP估计模型的收缩压（SBP）达到6.7 mmHg，舒张压（DBP）的MAE为9.6 mmHg。

目的：本文侧重于开发鲁棒和准确的加工解决方案，用于连续和较低的血压（BP）监测。在这方面，提出了一种基于深入的基于深度学习的框架，用于计算收缩和舒张BP上的低延迟，连续和无校准的上限和下界。方法：称为BP-Net，所提出的框架是一种新型卷积架构，可提供更长的有效内存，同时实现偶然拨号卷积和残留连接的卓越性能。利用深度学习的实际潜力在提取内在特征（深度特征）并增强长期稳健性，BP-Net使用原始的心电图（ECG）和光电觉体图（PPG）信号而无需提取任何形式的手工制作功能在现有解决方案中很常见。结果：通过利用最近文献中使用的数据集未统一和正确定义的事实，基准数据集由来自PhysoioNet获得的模拟I和MIMIC-III数据库构建。所提出的BP-Net是基于该基准数据集进行评估，展示了有希望的性能并显示出优异的普遍能力。结论：提出的BP-NET架构比规范复发网络更准确，增强了BP估计任务的长期鲁棒性。意义：建议的BP-NET架构解决了现有的BP估计解决方案的关键缺点，即，严重依赖于提取手工制作的特征，例如脉冲到达时间（PAT），以及;缺乏稳健性。最后，构造的BP-Net DataSet提供了一个统一的基础，用于评估和比较基于深度学习的BP估计算法。

能够可靠地估计来自视频的生理信号是低成本，临床前健康监测的强大工具。在这项工作中，我们提出了一种新的远程光学仪器描绘（RPPG）的新方法 - 从人脸或皮肤的观察结果测量血液体积的变化。类似于RPPG的当前最先进的方法，我们应用神经网络，以便在滋扰图像变异的不变性中学习深度表示。与此类方法相比，我们采用了一个完全自我监督的培训方法，这毫无依赖于昂贵的地面真理生理培训数据。我们所提出的方法在频率和时间光滑的频率和兴趣信号的时间平滑之前使用对比学习。我们在四个RPPG数据集中评估我们的方法，显示与最近监督的深度学习方法相比，可以实现可比或更好的结果，但不使用任何注释。此外，我们还将学习的显着重采样模块纳入了我们无监督的方法和监督基线。我们表明，通过允许模型来了解输入图像的位置，我们可以减少手工工程功能的需要，同时为模型的行为和可能的故障模式提供一些可解释性。我们释放守则以获得我们完整的培训和评估管道，以鼓励在这种激动人心的新方向上的可重复进展。

Wearable sensors for measuring head kinematics can be noisy due to imperfect interfaces with the body. Mouthguards are used to measure head kinematics during impacts in traumatic brain injury (TBI) studies, but deviations from reference kinematics can still occur due to potential looseness. In this study, deep learning is used to compensate for the imperfect interface and improve measurement accuracy. A set of one-dimensional convolutional neural network (1D-CNN) models was developed to denoise mouthguard kinematics measurements along three spatial axes of linear acceleration and angular velocity. The denoised kinematics had significantly reduced errors compared to reference kinematics, and reduced errors in brain injury criteria and tissue strain and strain rate calculated via finite element modeling. The 1D-CNN models were also tested on an on-field dataset of college football impacts and a post-mortem human subject dataset, with similar denoising effects observed. The models can be used to improve detection of head impacts and TBI risk evaluation, and potentially extended to other sensors measuring kinematics.

对医疗保健和生物医学应用的关键，呼吸监测通常在实践中使用可穿戴传感器，由于它们与人体直接接触而导致不便。因此，研究人员一直在不断寻找免费的接触替代品。尽管如此，现有的无联系设计主要需要人类受试者保持静止，在正常环境中大大限制了身体运动不可避免的日常环境中的收养。幸运的是，透射频率（RF）使能无接触感测，但通过传统过滤不可分割的运动干扰，可以在深度学习的帮助下提供蒸馏呼吸波形的潜力。为了实现这一潜力，我们在身体运动下引入了更多内容以进行细粒度的呼吸监测。更多-fi利用IR-UWB雷达来实现无接触感测，并充分利用复杂的雷达信号进行数据增强。更多-Fi的核心是一种新颖的变分编码器解码器网络;它旨在单独用以非线性方式通过身体运动调节的呼吸波形。我们具有12个受试者和66小时数据的实验表明，尽管身体运动引起的干扰，但仍然需要更准确地恢复呼吸波。我们还讨论了肺部疾病诊断的潜在应用。

睡眠是一种基本的生理过程，对于维持健康的身心至关重要。临床睡眠监测的黄金标准是多核桃摄影（PSG），基于哪个睡眠可以分为五个阶段，包括尾脉冲睡眠（REM睡眠）/非REM睡眠1（N1）/非REM睡眠2 （n2）/非REM睡眠3（n3）。然而，PSG昂贵，繁重，不适合日常使用。对于长期睡眠监测，无处不在的感测可以是解决方案。最近，心脏和运动感测在分类三阶段睡眠方面变得流行，因为两种方式都可以从研究级或消费者级设备中获得（例如，Apple Watch）。但是，为最大准确性融合数据的最佳仍然是一个打开的问题。在这项工作中，我们综合地研究了深度学习（DL）的高级融合技术，包括三种融合策略，三个融合方法以及三级睡眠分类，基于两个公共数据集。实验结果表明，通过融合心脏/运动传感方式可以可靠地分类三阶段睡眠，这可能成为在睡眠中进行大规模睡眠阶段评估研究或长期自动跟踪的实用工具。为了加快普遍存在/可穿戴计算社区的睡眠研究的进展，我们制作了该项目开源，可以在：https://github.com/bzhai/ubi-sleepnet找到代码。

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。

胎儿心电图（FECG）首先在20世纪初从母体腹表面记录。在过去的五十年中，最先进的电子技术和信号处理算法已被用于将非侵入性胎儿心电图转化为可靠的胎儿心脏监测技术。在本章中，已经对来自非侵入性母亲腹部录像进行了建模，提取和分析的主要信号处理技术，并详细介绍了来自非侵入性母亲腹部录像的型号的建模，提取和分析。本章的主要主题包括：1）FECG的电生理学从信号处理视点，2）母体体积传导介质的数学模型和从体表的FECG的波形模型，3）信号采集要求，4）基于模型的FECG噪声和干扰取消的技术，包括自适应滤波器和半盲源分离技术，以及5）胎儿运动跟踪和在线FECG提取的最近算法的进步。

本文的重点是概念证明，机器学习（ML）管道，该管道从低功率边缘设备上获取的压力传感器数据中提取心率。 ML管道包括一个UPS采样器神经网络，信号质量分类器以及优化的1D横向扭转神经网络，以高效且准确的心率估计。这些型号的设计使管道小于40 kb。此外，开发了由UPS采样器和分类器组成的杂种管道，然后开发了峰值检测算法。管道部署在ESP32边缘设备上，并针对信号处理进行基准测试，以确定能量使用和推理时间。结果表明，与传统算法相比，提出的ML和杂种管道将能量和时间减少82％和28％。 ML管道的主要权衡是准确性，平均绝对误差（MAE）为3.28，而混合动力车和信号处理管道为2.39和1.17。因此，ML模型显示出在能源和计算约束设备中部署的希望。此外，ML管道的较低采样率和计算要求可以使自定义硬件解决方案降低可穿戴设备的成本和能源需求。

心血管疾病是一个大的全球医疗保健问题;症状通常突然存在，最小的警告。心电图（ECG）是一种快速，简单可靠，通过测量通过皮肤上的电极记录的电极来评估心脏健康的方法。 ECG经常需要通过心脏病专家分析，花时间可以花在改善患者护理和结果上。因此，已经提出了使用机器学习的自动ECG分类系统，可以学习ECG功能之间的复杂交互，并使用它来检测异常。然而，为此目的构建的算法经常无法概括到解开数据，报告最初令人印象深刻的结果，在应用于新环境时急剧下降。此外，机器学习算法遭受“黑匣子”问题，其中难以确定如何做出决定。这对医疗保健的应用至关重要，因为临床医生需要能够验证评估过程以信任算法。本文提出了一种用于在MIT-BIH心律失常数据集中的每个类中可视化模型决策的方法，使用完整类的平均调整显着图来确定正在学习的模式。我们通过基于最先进的模型构建两种算法来实现这一点。本文突出了这些地图如何用于在模型中找到可能影响概括性和模型性能的模型中的问题。比较完整类的显着性图给出了模型中混淆变量或其他偏差的总体印象，而不同于在ECG-By-ECG基础上比较显着图时会突出显示的内容。

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。

With the increase in health consciousness, noninvasive body monitoring has aroused interest among researchers. As one of the most important pieces of physiological information, researchers have remotely estimated the heart rate (HR) from facial videos in recent years. Although progress has been made over the past few years, there are still some limitations, like the processing time increasing with accuracy and the lack of comprehensive and challenging datasets for use and comparison. Recently, it was shown that HR information can be extracted from facial videos by spatial decomposition and temporal filtering. Inspired by this, a new framework is introduced in this paper to remotely estimate the HR under realistic conditions by combining spatial and temporal filtering and a convolutional neural network. Our proposed approach shows better performance compared with the benchmark on the MMSE-HR dataset in terms of both the average HR estimation and short-time HR estimation. High consistency in short-time HR estimation is observed between our method and the ground truth.