如何使用预训练的通用音频表示进行心脏杂音检测

心脏杂音检测是心血管疾病诊断中的一个重要方面，通过听诊器进行检查是常见方法，但对临床医生的经验依赖很大。为了减少心脏声音解释中对熟练临床医生的需求，探索自动化心脏听诊的深度学习方法很有必要。然而，尽管深度学习模型通常需要大量数据进行训练，心脏声音数据集的大小却很有限，并且没有预训练模型可用。与此相反，已经有许多预训练模型被提出作为通用音频表示，它们是在大规模数据集上预训练的，并且在包括环境声音、语音和音乐在内的多样化任务上显示出了有效性。

如何使用预训练的通用音频表示进行心脏杂音检测呢？我们使用George B. Moody PhysioNet Challenge 2022 [3]中的心脏杂音检测任务和CirCor DigiScope心脏声音数据集，这是一个三类分类：存在、不存在和未知（无法确定）。

1、实验设置

1.1 通用音频表示方法

通用音频表示我们选用PANNs CNN14、BYOL-A、AST、M2D，PANNs，在AudioSet 上进行预训练，但它们在学习方法和网络架构上有所不同。PANNs通过监督学习（SL）预训练CNN，BYOL-A通过自监督学习（SSL）预训练CNN，AST通过SL预训练变换器，M2D通过SSL预训练变换器。如PANNs CNN14使用了1,934,187个样本，而M2D使用了2,005,132个样本。对于预训练，SL模型（CNN14和AST）使用了音频波形和标签，而SSL模型（BYOL-A和M2D）仅使用了音频波形。

1.2 网络架构

使用预训练模型作为特征提取器，并在其上添加了批量归一化层和线性层。

预训练模型作为特征提取器：文档选择了多种预训练的通用音频表示模型作为特征提取器。

批量归一化层：在预训练模型的输出上添加了批量归一化层(BatchNorm)，以提高训练的稳定性。

线性层：在批量归一化层之上，进一步添加了线性层，其输出直接用于最终的分类预测。

权重初始化：预训练模型的权重参数用于初始化，随后进行微调，同时训练整个网络的参数。

微调：整个网络，包括预训练模型，都进行了微调训练。

1.3 评估指标

使用加权准确率（W.acc）和未加权平均召回率（UAR）作为评估指标。

加权准确率(W.acc)：W.acc是一种加权指标，特别针对心杂音检测任务中的类别“存在”和“不存在”。

无加权平均召回率(UAR)：UAR反映了模型在不同类别上的召回率平衡情况。

2、结论

最新模型M2D在W.acc和UAR指标上均取得了较高的分数，分别为0.832和0.713，这表明其在心杂音检测任务上表现良好。通过集成多个模型，可以进一步提高性能。

3、相关名词

3.1 2022 PhysioNet挑战赛

由George B. Moody PhysioNet举办挑战赛的任务之一是检测心音杂音和异常心脏功能。CirCor DigiScope数据集被用作该挑战赛的公开数据集，包含3163个心音样本，其中179个心音杂音阳性样本，695个心音杂音阴性样本，68个心音杂音未知样本。挑战赛设置了加权准确率和无加权平均召回率作为评价指标。（可以通过访问CirCor DigiScope数据集的官方网站下载该数据集，并用于相关的心音研究任务）