PatchCTG: Patch Cardiotocography Transformer for Antepartum Fetal Health Monitoring

要約

分娩前心電図検査（CTG）は胎児の健康状態をモニタリングするために不可欠ですが、Dawes-Redman システムのような従来の方法では観察者間のばらつきが大きいため限界があり、一貫性のない解釈や誤診の可能性が生じます。
このペーパーでは、CTG 解析用に特別に設計されたトランスフォーマー ベースのモデルである PatchCTG を紹介します。パッチベースのトークン化、インスタンス正規化、およびチャネル独立処理を採用して、CTG 信号内の重要なローカルおよびグローバルな時間依存関係をキャプチャします。
PatchCTG は、包含基準と除外基準を適用した後のさまざまな臨床転帰にわたる 20,000 を超える CTG トレースで構成されるオックスフォード マタニティ (OXMAT) データセットで評価されました。
広範なハイパーパラメータの最適化により、PatchCTG は、Youden 指数閾値での特異度 88%、感度 57% で AUC 77% を達成し、さまざまな臨床ニーズへの適応性を実証しました。
さまざまな時間的しきい値にわたるテストでは、特に出産に近いデータの微調整で堅牢な予測パフォーマンスが示され、出産間近のケースに対して 52% の感度と 88% の特異度を達成しました。
これらの発見は、PatchCTG が胎児の健康評価のための信頼できる客観的なツールを提供することにより、産前ケアにおける臨床意思決定を強化する可能性を示唆しています。
ソース コードは https://github.com/jaleedkhan/PatchCTG で入手できます。

要約(オリジナル)

Antepartum Cardiotocography (CTG) is vital for fetal health monitoring, but traditional methods like the Dawes-Redman system are often limited by high inter-observer variability, leading to inconsistent interpretations and potential misdiagnoses. This paper introduces PatchCTG, a transformer-based model specifically designed for CTG analysis, employing patch-based tokenisation, instance normalisation and channel-independent processing to capture essential local and global temporal dependencies within CTG signals. PatchCTG was evaluated on the Oxford Maternity (OXMAT) dataset, comprising over 20,000 CTG traces across diverse clinical outcomes after applying the inclusion and exclusion criteria. With extensive hyperparameter optimisation, PatchCTG achieved an AUC of 77%, with specificity of 88% and sensitivity of 57% at Youden’s index threshold, demonstrating adaptability to various clinical needs. Testing across varying temporal thresholds showed robust predictive performance, particularly with finetuning on data closer to delivery, achieving a sensitivity of 52% and specificity of 88% for near-delivery cases. These findings suggest the potential of PatchCTG to enhance clinical decision-making in antepartum care by providing a reliable, objective tool for fetal health assessment. The source code is available at https://github.com/jaleedkhan/PatchCTG.

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