基于深度學習與數字聽診器記錄的犬類粘液瘤性二尖瓣疾病中二尖瓣反流嚴重程度評估新方法

《BMC Veterinary Research》:Deep learning-based evaluation of the severity of mitral regurgitation in canine myxomatous mitral valve disease patients using digital stethoscope recordings

【字體: 時間:2025年05月09日 來源:BMC Veterinary Research 2.3

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  本研究針對犬類粘液瘤性二尖瓣疾病(MMVD)中二尖瓣反流(MR)嚴重程度評估的臨床挑戰,開發了一種基于卷積神經網絡(CNN6)的深度學習模型,通過分析數字聽診器采集的心音圖(PCG)信號,實現了94.12%的準確率。該研究為獸醫臨床提供了一種無創、快速且可靠的MR分級工具,可輔助傳統超聲心動圖檢查,推動AI技術在動物心臟病診斷中的應用。

  

犬類粘液瘤性二尖瓣疾病(MMVD)是小型犬最常見的心臟病,約75%的病例會發展為二尖瓣反流(MR)和充血性心力衰竭。目前超聲心動圖雖是診斷金標準,但成本高且依賴操作者經驗,而傳統聽診受限于人耳敏感性和主觀性。數字聽診器結合人工智能(AI)技術為這一難題提供了新思路——通過捕捉人耳難以識別的低頻心音特征,可能實現MR的客觀分級。

首爾大學獸醫學院的研究團隊在《BMC Veterinary Research》發表了一項突破性研究。他們利用460只MMVD患犬的1,840份數字聽診器記錄,開發了基于卷積神經網絡(CNN6)的深度學習模型。該模型通過分析心音圖(PCG)信號,將MR嚴重程度分為輕度、中度和重度三類,準確率達94.12%,特異性97.30%,顯著優于傳統方法。這項技術為獸醫提供了一種可替代超聲的便攜式診斷工具,尤其適合基層診所和早期篩查。

關鍵技術包括:1) 使用WITHaPET WP-100數字聽診器采集四心區PCG信號;2) 采用MINE評分系統(含LA/Ao比值、LVIDDn等4個超聲參數)作為金標準;3) 對比CNN6、PaSST和ResNet38三種深度學習架構;4) 以Fbank特征提取優化頻譜分析;5) 通過7:2:1比例劃分訓練/驗證/測試集。

研究結果顯示:
背景:MMVD患犬中MR嚴重程度與心音特征存在定量關聯,但傳統聽診無法精準捕捉。
方法:CNN6模型通過5×5卷積核逐層提取PCG時頻特征,結合批歸一化(BN)和ReLU激活函數,在8秒音頻片段中識別關鍵模式。
結果:CNN6-Fbank組合表現最優,對重度MR識別率達97%,曲線下面積(AUC)0.99。Grad-CAM可視化證實模型主要關注心音特征而非噪聲。
討論:該技術突破了傳統聽診的局限性,但需注意肥胖、胸壁厚度等生理因素可能影響信號質量。未來需擴大樣本驗證實時應用價值。

結論部分強調,這是首個針對犬類MMVD的AI心音分析系統,其創新性在于:1) 首次將Fbank特征用于動物心音分析;2) 驗證了PCG信號與MINE評分的強相關性;3) 為開發獸醫專用智能聽診設備奠定基礎。盡管存在單中心研究的局限性,但該方法已顯示出作為超聲心動圖補充工具的潛力,有望改善犬類心臟病的早期診斷和預后評估。

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