BCGNet: An AI Model Trained on 600K Hours of Sleep Data for BCG-based Contactless Monitoring

睡眠(系统调用) 计算机科学 人工智能 医学 操作系统
作者
Shigeng Chen,Xuesong Chen,Weijun Huang,Fei Lei,Chuxuan Shan,Zengrui Jin,Yunhan Shi,Yichen Wang,Rui Zhao,Xing Xu,Dongsheng Lv,Yanru Li,M. Brandon Westover,Shenda Hong,Chao Zhang,Shankai Yin,Chunfeng Liu,Hongliang Yi,Xiangdong Tang,Yue Leng
出处
期刊:Cold Spring Harbor Laboratory - medRxiv
标识
DOI:10.1101/2025.08.23.25334218
摘要

Sleep profoundly impacts health, yet current gold‐standard Polysomnogram (PSG) is constrained by cost, discomfort, and limited scalability for longitudinal monitoring. Ballistocardiogram (BCG) offers a non-invasive and user-friendly alternative but often lacks the precision needed for reliable real-world applications. To address this gap, we propose BCGNet, a two-stage transfer learning model that is first pre-trained on 580,866 hours of PSG and then fine-tuned and validated on 15,081 hours of BCG (total 595,947 hours of recordings). Across multiple validation cohorts, BCGNet achieves strong performance in 4-class sleep staging (F1: 0.710-0.817), Apnea-Hypopnea Index (AHI) estimation (Pearson's r>0.95), and robust quantification of sleep continuity and architecture (ICC and Pearson's r generally >0.8). Notably, BCGNet maintains strong performance even on short daytime naps and demonstrates excellent generalizability across diverse external datasets. Deployed as a portable, contactless sleep tracking mat, BCGNet represents a major step towards scalable, user-friendly solutions for longitudinal home sleep monitoring, with important implications for population screening and personalized sleep medicine.
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