A transformer-based diffusion probabilistic model for heart rate and blood pressure forecasting in Intensive Care Unit

计算机科学 血压 心率 重症监护室 概率逻辑 变压器 人工智能 医学 重症监护医学 内科学 工程类 电压 电气工程
作者
Ping Chang,Huayu Li,Stuart F. Quan,Shuyang Lu,Shu‐Fen Wung,Janet Roveda,Ao Li
出处
期刊:Computer Methods and Programs in Biomedicine [Elsevier BV]
卷期号:246: 108060-108060 被引量:3
标识
DOI:10.1016/j.cmpb.2024.108060
摘要

Vital sign monitoring in the Intensive Care Unit (ICU) is crucial for enabling prompt interventions for patients. This underscores the need for an accurate predictive system. Therefore, this study proposes a novel deep learning approach for forecasting Heart Rate (HR), Systolic Blood Pressure (SBP), and Diastolic Blood Pressure (DBP) in the ICU. We extracted 24,886 ICU stays from the MIMIC-III database which contains data from over 46 thousand patients, to train and test the model. The model proposed in this study, Transformer-based Diffusion Probabilistic Model for Sparse Time Series Forecasting (TDSTF), merges Transformer and diffusion models to forecast vital signs. The TDSTF model showed state-of-the-art performance in predicting vital signs in the ICU, outperforming other models' ability to predict distributions of vital signs and being more computationally efficient. The code is available at https://github.com/PingChang818/TDSTF. The results of the study showed that TDSTF achieved a Standardized Average Continuous Ranked Probability Score (SACRPS) of 0.4438 and a Mean Squared Error (MSE) of 0.4168, an improvement of 18.9% and 34.3% over the best baseline model, respectively. The inference speed of TDSTF is more than 17 times faster than the best baseline model. TDSTF is an effective and efficient solution for forecasting vital signs in the ICU, and it shows a significant improvement compared to other models in the field.
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