SMI-DSNet: Spatio-Temporal Matrix Imaging and Dual-Stream Networks for Enhanced Heart Sound Signal Classification

可解释性 计算机科学 人工智能 特征提取 模式识别(心理学) 特征(语言学) 心音 计算机视觉 信号(编程语言) 信号处理 基质(化学分析) 人工神经网络 声音(地理) 语音识别 传感器融合 音频信号 钥匙(锁) 卷积神经网络 深度学习 噪音(视频) 生物声学 数据挖掘
作者
Dongyu Zhou,Chao Lian,Jian Li,Yinghao Liu,Yu Fu,Yuliang Zhao,X. Lyu
出处
期刊:IEEE Sensors Journal [IEEE Sensors Council]
卷期号:25 (24): 44326-44337
标识
DOI:10.1109/jsen.2025.3624221
摘要

Heart sound signal analysis is a crucial tool for diagnosing cardiovascular diseases, where accurate classification is essential for clinical decision-making. However, current heart sound recognition methods lack sufficient interpretability and cannot fully utilize the information of time series data from sensors. To overcome these challenges, we propose the Spatio-Temporal Matrix Imaging and Dual-Stream Network (SMI-DSNet), a novel framework that integrates Spatio-Temporal matrix representations with a Dual-Stream deep learning architecture. The innovative Spatio-Temporal Matrix Imaging (SMI) technique transforms one-dimensional heart sound signals into two-dimensional matrix images, capturing key features that are clinically relevant for diagnosis and thereby enhancing the interpretability of heart sound data analysis. The Dual-Stream network integrates ResNet-18 for spatial feature extraction with BiGRU to capture long-range temporal dependencies in heart sound signals, thereby comprehensively harnessing the information encoded within the time series. Additionally, a cross-attention module is introduced to refine feature fusion by emphasizing pathological features based on physiological insights. Evaluated on public datasets, SMI-DSNet attains an exceptional classification accuracy of 99.5%, outperforming contemporary methods including CNN-BiLSTM and Vision Transformer. These results highlight the high precision of the model, demonstrating its potential for clinical application.
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