Abstract 4373117: Quantum Computing based Echocardiographic Diagnosis and Analysis in Congenital Heart Disease: Feasibility and Superiority to conventional Deep Learning Approaches
Notice bibliographique
Résumé
Background: Quantum computing (QC) has emerged as an innovative technology to enhance machine learning through quantum mechanical properties such as superposition, entanglement, and projection into high-dimensional complex Hilbert spaces. These properties can improve the representational capacity and generalization of deep learning models. We explore the feasibility and efficacy of integrating quantum technology into convolutional neural networks (CNN) for echocardiographic analysis of real world data covering the spectum of congenital heart disease (CHD). Methods: We developed a hybrid deep learning algorithm incorporating a quantum computing (QC) layer within a ResNet-50 convolutional neural network. The QC layer included 4 qubits, with angle embedding and strongly entangling layers for quantum processing. Two supervised classification tasks were evaluated: (1) diagnosis classification and (2) echocardiographic view classification using a challenging dataset of echocardiographic images from patients with congenital and structural heart disease. The model was benchmarked against a conventional state-of-the art CNN model. Training/inference were conducted on high-performance classical GPUs and the QC layer were simulated and applied directly to an IBM 127-qubit Eagle r3 quantum processor (Sherbrooke, Canada). Results: Models were trained and tested on echocardiographic data derived from 262 patients and 62 controls. Diagnoses included tetralogy of Fallot (n=30), TGA (n=48), Ebstein anomaly (n=18), and other CHD/structural anomalies. A total of 9,793 loops including 284,250 frames were used for training and testing.The hybrid QC-model demonstrated superior performance in both tasks relative to the classical baseline, with improvements in accuracy, F1-score, precision, and recall. Per-class metrics showed enhanced differentiation in diagnostically challenging categories (Test accuracy 72.1% vs. 68.4% for diagnosis and 78.9 vs. 76.6% for view classification for QC vs. conventional CNN, respectively). Conclusion: This study is first to establish the applicability of quantum-computing deep learning in the field of congenital cardiology. The enhanced ability of quantum layers to map complex image data into higher-dimensional spaces offers promising advantages for AI applications, particularly in populations with high anatomic variability such as CHD.The findings pave the way for future quantum applications in precision medicine specifically benefiting CHD.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi 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.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,002 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,004 | 0,001 |
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.
score_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 découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».