A deep learning-based algorithm for detection of cortical arousal during sleep

脑电图 唤醒 多导睡眠图 人工智能 计算机科学 卷积神经网络 深度学习 接收机工作特性 睡眠阶段 睡眠(系统调用) 人工神经网络 机器学习 听力学 模式识别(心理学) 心理学 医学 神经科学 操作系统
作者
Ao Li,Siteng Chen,Stuart F. Quan,Linda S. Powers,Janet Roveda
出处
期刊:Sleep [Oxford University Press]
卷期号:43 (12) 被引量:31
标识
DOI:10.1093/sleep/zsaa120
摘要

Abstract Study Objectives The frequency of cortical arousals is an indicator of sleep quality. Additionally, cortical arousals are used to identify hypopneic events. However, it is inconvenient to record electroencephalogram (EEG) data during home sleep testing. Fortunately, most cortical arousal events are associated with autonomic nervous system activity that could be observed on an electrocardiography (ECG) signal. ECG data have lower noise and are easier to record at home than EEG. In this study, we developed a deep learning-based cortical arousal detection algorithm that uses a single-lead ECG to detect arousal during sleep. Methods This study included 1,547 polysomnography records that met study inclusion criteria and were selected from the Multi-Ethnic Study of Atherosclerosis database. We developed an end-to-end deep learning model consisting of convolutional neural networks and recurrent neural networks which: (1) accepted varying length physiological data; (2) directly extracted features from the raw ECG signal; (3) captured long-range dependencies in the physiological data; and (4) produced arousal probability in 1-s resolution. Results We evaluated the model on a test set (n = 311). The model achieved a gross area under precision-recall curve score of 0.62 and a gross area under receiver operating characteristic curve score of 0.93. Conclusion This study demonstrated the end-to-end deep learning approach with a single-lead ECG has the potential to be used to accurately detect arousals in home sleep tests.
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