PPG Based Noninvasive Blood Glucose Monitoring Using Multi-View Attention and Cascaded BiLSTM Hierarchical Feature Fusion Approach

计算机科学 特征(语言学) 人工智能 传感器融合 融合 模式识别(心理学) 语言学 哲学
作者
Mubashir Ali,Jingzhen Li,Bokun Fan,Zedong Nie
出处
期刊:IEEE Journal of Biomedical and Health Informatics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:29 (7): 4692-4702 被引量:4
标识
DOI:10.1109/jbhi.2024.3464098
摘要

Diabetes is a chronic disease with exponential growth and poses significant challenges to global healthcare. Regular blood glucose (BG) monitoring is key for avoiding diabetic complications. Traditional BG measurement techniques are invasive and minimally invasive, causing pain, discomfort, cost, and infection risks. To address these issues, we developed a noninvasive BG monitoring approach on photoplethysmography (PPG) signals using multi-view attention and cascaded BiLSTM hierarchical feature fusion approach. Firstly, we implemented a convolutional multi-view attention block to extract the temporal features through adaptive contextual information aggregation. Secondly, we built a cascaded BiLSTM network to efficiently extract the fine-grained features through bidirectional learning. Finally, we developed a hierarchical feature fusion with bilinear polling through cross-layer interaction to obtain higher-order features for BG monitoring. For validation, we conducted comprehensive experimentation on up to 6 days of PPG and BG data from 21 participants. The proposed approach showed competitive results compared to existing approaches by RMSE of 1.67 mmol/L and MARD of 17.88%. Additionally, the clinical accuracy using Clarke error grid (CEG) analysis showed 98.80% of BG values in Zone A+B. Therefore, the proposed approach offers a favorable solution in diabetes management by noninvasively monitoring the BG levels.
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