UPR-BP: Unsupervised Photoplethysmography Representation Learning for Noninvasive Blood Pressure Estimation

光容积图 判别式 人工智能 计算机科学 模式识别(心理学) 血压 协方差 深度学习 机器学习 医学 数学 计算机视觉 内科学 统计 滤波器(信号处理)
作者
Chenbin Ma,Peng Zhang,Fan Song,Zeyu Liu,Youdan Feng,Yufang He,Guanglei Zhang
出处
期刊:IEEE transactions on artificial intelligence [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:5 (9): 4696-4707 被引量:3
标识
DOI:10.1109/tai.2024.3396126
摘要

This study presents UPR-BP, a novel unsupervised representation learning framework utilizing photoplethysmography (PPG) signals for accurate, noninvasive blood pressure (BP) estimation. Leveraging readily available unlabeled PPG data, UPR-BP overcomes the limitations of data-driven models by effectively capturing discriminative BP features without requiring extensive paired measurements. Our framework employs a three-branch architecture with shared weights for joint optimization and incorporates preservation of invariance, variance, and covariance in the PPG temporal encoding, preventing information collapse and generating meaningful deep representations. Additionally, temporal neighborhood coding facilitates the identification of diverse physiological states within the PPG signals. We comprehensively validate UPR-BP on diverse datasets from bedside monitors and wearable wristwatches, encompassing over 4,000 subjects. The proposed approach achieves medical-grade accuracy, demonstrating significant superiority to state-of-the-art techniques with a low estimation error of 0.30 ± 4.68 mmHg for systolic BP and 0.25 ± 2.66 mmHg for diastolic BP. These results highlight the potential of UPR-BP for significantly advancing continuous, noninvasive BP monitoring in clinical settings.
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