A Two-Branch ResNet-BiLSTM Deep Learning Framework for Extracting Multimodal Features Applied to PPG-Based Cuffless Blood Pressure Estimation

可解释性 光容积图 深度学习 人工智能 计算机科学 血压 医疗器械 支持向量机 模式识别(心理学) 残余物 机器学习 医学 心脏病学 内科学 电信 算法 无线
作者
Zenan Liu,Minghong Qiao,Yezi Liu,Jing Zhang,Ling He
出处
期刊:Sensors [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:25 (13): 3975-3975
标识
DOI:10.3390/s25133975
摘要

Cardiovascular disease is a major health threat closely associated with blood pressure levels. While continuous monitoring is essential, traditional cuff-based devices are inconvenient for long-term use. Current methods often fail to balance deep learning capabilities with interpretability, limiting further accuracy improvements. To address this problem, we propose a novel two-branch deep learning framework combining Residual Networks (ResNet) and Bidirectional Long Short-Term Memory (BiLSTM) for photoplethysmography (PPG)-based cuffless blood pressure estimation. The ResNet branch processes 60 features selected by Support Vector Machine-Recursive Feature Elimination (SVM-RFE) from manually extracted features, including our newly proposed trend features, while the BiLSTM branch processes complete PPG waveforms. Testing on 220 waveform segments from 218 patients in the MIMIC-IV dataset, our method achieves mean absolute errors of 3.47 mmHg and 2.81 mmHg, with standard deviations of 5.06 mmHg and 4.11 mmHg for systolic and diastolic blood pressure. This performance meets the Association for the Advancement of Medical Instrumentation (AAMI) standards and achieves an A rating according to British Hypertension Society (BHS) standards.
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