ECG-TCN: Wearable Cardiac Arrhythmia Detection with a Temporal Convolutional Network

计算机科学 人工智能 可穿戴技术 能量(信号处理) ARM体系结构 推论 模式识别(心理学) 实时计算 深度学习 可穿戴计算机 嵌入式系统 数学 统计
作者
Thorir Mar Ingolfsson,Xiaying Wang,Michael Hersche,Alessio Burrello,Lukas Cavigelli,Luca Benini
出处
期刊:International Conference on Artificial Intelligence 卷期号:: 1-4 被引量:32
标识
DOI:10.1109/aicas51828.2021.9458520
摘要

Personalized ubiquitous healthcare solutions require energy-efficient wearable platforms that provide an accurate classification of bio-signals while consuming low average power for long-term battery-operated use. Single lead electrocardiogram (ECG) signals provide the ability to detect, classify, and even predict cardiac arrhythmia. In this paper we propose a novel temporal convolutional network (TCN) that achieves high accuracy while still being feasible for wearable platform use. Experimental results on the ECG5000 dataset show that the TCN has a similar accuracy (94.2%) score as the state-of-the-art (SoA) network while achieving an improvement of 16.5% in the balanced accuracy score. This accurate classification is done with 27x fewer parameters and 37x less multiply-accumulate operations. We test our implementation on two publicly available platforms, the STM32L475, which is based on ARM Cortex M4F, and the GreenWaves Technologies GAP8 on the GAPuino board, based on 1+8 RISC-V CV32E40P cores. Measurements show that the GAP8 implementation respects the real-time constraints while consuming 0.10mJ per inference. With 9.91GMAC/s/W, it is 23.0x more energy-efficient and 46.85x faster than an implementation on the ARM Cortex M4F (0.43GMAC/s/W). Overall, we obtain 8.1% higher accuracy while consuming 19.6x less energy and being 35.1x faster compared to a previous SoA embedded implementation.

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