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Enregistrement W4403156670 · doi:10.1038/s41598-024-74117-w

Detecting cardiac states with wearable photoplethysmograms and implications for out-of-hospital cardiac arrest detection

2024· article· en· W4403156670 sur OpenAlexafffund
Mahsa Khalili, Saud Lingawi, Jacob Hutton, Christopher B. Fordyce, Jim Christenson, Babak Shadgan, Brian Grunau, Calvin Kuo

Notice bibliographique

RevueScientific Reports · 2024
Typearticle
Langueen
DomaineEngineering
ThématiqueNon-Invasive Vital Sign Monitoring
Établissements canadiensVancouver General HospitalCentre for Advancing Health OutcomesUniversity of British ColumbiaInternational Collaboration On Repair DiscoveriesBC Mental Health & Substance Use ServicesProvidence Health Care
Organismes subventionnairesMitacsMichael Smith Health Research BC
Mots-clésWearable computerMedicineMedical emergencyEmergency medicineComputer scienceEmbedded system

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Out-of-hospital cardiac arrest (OHCA) is a global health problem affecting approximately 4.4 million individuals yearly. OHCA has a poor survival rate, specifically when unwitnessed (accounting for up to 75% of cases). Rapid recognition can significantly improve OHCA survival, and consumer wearables with continuous cardiopulmonary monitoring capabilities hold potential to "witness" cardiac arrest and activate emergency services. In this study, we used an arterial occlusion model to simulate cardiac arrest and investigated the ability of infrared photoplethysmogram (PPG) sensors, often utilized in consumer wearable devices, to differentiate normal cardiac pulsation, pulseless cardiac (i.e., resembling a cardiac arrest), and non-physiologic (i.e., off-body) states. Across the classification models trained and evaluated on three anatomical locations, higher classification performances were observed on the finger (macro average F1-score of 0.964 on the fingertip and 0.954 on the finger base) compared to the wrist (macro average F1-score of 0.837). The wrist-based classification model, which was trained and evaluated using all PPG measurements, including both high- and low-quality recordings, achieved a macro average precision and recall of 0.922 and 0.800, respectively. This wrist-based model, which represents the most common form factor in consumer wearables, could only capture about 43.8% of pulseless events. However, models trained and tested exclusively on high-quality recordings achieved higher classification outcomes (macro average F1-score of 0.975 on the fingertip, 0.973 on the finger base, and 0.934 on the wrist). The fingertip model had the highest performance to differentiate arterial occlusion pulselessness from normal cardiac pulsation and off-body measurements with macro average precision and recall of 0.978 and 0.972, respectively. This model was able to identify 93.7% of pulseless states (i.e., resembling a cardiac arrest event), with a 0.4% false positive rate. All classification models relied on a combination of time-, power spectral density (PSD)-, and frequency-domain features to differentiate normal cardiac pulsation, pulseless cardiac, and off-body PPG recordings. However, our best model represented an idealized detection condition, relying on ensuring high-quality PPG data for training and evaluation of machine learning algorithms. While 90.7% of our PPG recordings from the fingertip were considered of high quality, only 53.2% of the measurements from the wrist passed the quality criteria. Our findings have implications for adapting consumer wearables to provide OHCA detection, involving advancements in hardware and software to ensure high-quality measurements in real-world settings, as well as development of wearables with form factors that enable high-quality PPG data acquisition more consistently. Given these improvements, we demonstrate that OHCA detection can feasibly be made available to anyone using PPG-based consumer wearables.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,001
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,004
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Expérimental (laboratoire) · Signal consensuel: aucune
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,003
Score d'incertitude au seuil0,006

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0010,004
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,000
Bibliométrie0,0010,000
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0000,000
Intégrité de la recherche0,0010,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0010,001

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,009
Tête enseignante GPT0,230
Écart entre enseignants0,221 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeExpérimental (laboratoire)
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations21
Publié2024
Routes d'admission2
Résumé présentoui

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