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Enregistrement W4415793482 · doi:10.1161/circ.152.suppl_3.4373117

Abstract 4373117: Quantum Computing based Echocardiographic Diagnosis and Analysis in Congenital Heart Disease: Feasibility and Superiority to conventional Deep Learning Approaches

2025· article· en· W4415793482 sur OpenAlexaboutno aff
Gerhard‐Paul Diller, Stefan Orwat, Kevin Willy, Felix K. Wegner, Philipp Garthe, Robert Radke, Michael Α. Gatzoulis

Notice bibliographique

RevueCirculation · 2025
Typearticle
Langueen
DomaineMedicine
ThématiqueCongenital Heart Disease Studies
Établissements canadiensnon disponible
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésDeep learningConvolutional neural networkQuantum computerHeart diseaseGeneralizationMedical diagnosisArtificial neural networkQuantum

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

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.

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)0,002
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: aucune
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,005
Score d'incertitude au seuil0,012

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0010,002
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,000
Bibliométrie0,0000,000
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0000,001
Science ouverte0,0010,000
Intégrité de la recherche0,0010,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0040,001

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 Opus0,043
Tête enseignante GPT0,301
Écart entre enseignants0,258 · 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'étudeSimulation ou modélisation
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

Citations0
Publié2025
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Résumé présentoui

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