本书聚焦于机器学习,特别是深度学习算法在心脏疾病医学检测领域的发展现状。选取了几种心脏疾病诊断中最常使用的医学检测数据(心电图、冠脉造影、CT、核磁图像、超声心动图),以机器学习在这些数据上的各种任务类型(聚类、分类、检测、分割、回归等)为划分,对这些数据上的机器学习算法的原理与最新进展进行介绍。此外,由于目前自监督学习与多模态融合学习在医学影像分析领域中进展迅速且富有前景,我们也在每个章节中对这两方面的内容进行了单独的讨论和补充。
黄鑫:哈尔滨工业大学先进动力控制与可靠性研究所博士,先后任职于国家天文台,中科院国家空间科学中心,现为宁波大学信息科学与工程学院教授、博士生导师。冯新星:协和医院内科学博士,现为中国医学科学院阜外医院医疗组长。在Eur Heart J、Lancet Diabetes& Endocrinology 等国内外期刊发表文章50余篇,参编专著7部,承担国际级及省部级课题多项。
第1 章 绪 论…………………………………………………………… 001
1. 1 医学检测数据在心血管领域的应用…………………………… 001
1. 2 数据建模与人工智能的发展…………………………………… 002
1. 3 本书的写作动力与内容安排…………………………………… 003
第2 章 人工智能算法的发展历程……………………………………… 006
2. 1 有监督学习技术………………………………………………… 006
2. 2 无监督学习技术………………………………………………… 038
2. 3 自监督学习技术………………………………………………… 042
参考文献………………………………………………………………… 049
第3 章 人工智能在心电图数据上的应用……………………………… 052
3. 1 心电图数据……………………………………………………… 052
3. 2 心电图数据的医学应用………………………………………… 059
3. 3 心电图数据分析中的聚类任务………………………………… 062
3. 4 心电图数据分析中的分类、回归任务………………………… 065
3. 5 心电图数据分析中的检测、分割任务………………………… 069
3. 6 心电图数据分析中的自监督学习任务………………………… 070
3. 7 小结……………………………………………………………… 075
参考文献………………………………………………………………… 076
第4 章 人工智能在超声心动数据上的应用…………………………… 082
4. 1 超声心动数据…………………………………………………… 082
4. 2 超声心动数据的医学应用……………………………………… 086
4. 3 超声心动数据分析中的聚类任务……………………………… 091
4. 4 超声心动数据分析中的分类、回归任务……………………… 092
4. 5 超声心动数据分析中的检测、分割任务……………………… 095
4. 6 超声心动数据分析中的自监督学习任务……………………… 100
4. 7 小结……………………………………………………………… 105
参考文献………………………………………………………………… 105
第5 章 人工智能在心脏CT 数据上的应用……………………………… 109
5. 1 心脏CT 数据…………………………………………………… 109
5. 2 心脏CT 数据的医学应用……………………………………… 112
5. 3 心脏CT 数据分析中的检测、分割任务……………………… 113
5. 4 心脏CT 数据分析中的分类、回归任务……………………… 116
5. 5 心脏CT 数据分析中的自监督学习任务……………………… 124
5. 6 小结……………………………………………………………… 128
参考文献………………………………………………………………… 129
第6 章 人工智能在心脏核磁数据上的应用…………………………… 133
6. 1 心脏核磁数据概述……………………………………………… 133
6. 2 心脏核磁数据的医学应用……………………………………… 137
6. 3 心脏核磁共振图像分析中的聚类任务………………………… 140
6. 4 心脏核磁共振图像分析中的分类、回归任务………………… 144
6. 5 心脏核磁共振图像分析中的检测、分割任务………………… 153
6. 6 心脏核磁共振图像分析中的心脏结构重建任务……………… 156
6. 7 心脏核磁共振图像分析中的自监督学习任务………………… 158
6. 8 小结……………………………………………………………… 162
参考文献………………………………………………………………… 163
第7 章 人工智能在冠状动脉造影数据上的应用……………………… 166
7. 1 冠状动脉造影数据……………………………………………… 166
7. 2 冠状动脉造影数据的医学应用………………………………… 170
7. 3 冠状动脉造影图像分析中的分类、回归任务………………… 172
7. 4 冠状动脉造影图像分析中的检测、分割任务………………… 173
7. 5 小结……………………………………………………………… 177
参考文献………………………………………………………………… 177
第8 章 人工智能在心脏多模态数据上的应用………………………… 179
8. 1 通用多模态数据处理方法……………………………………… 179
8. 2 医学领域中的多模态分析问题………………………………… 194
8. 3 心脏多模态数据建模…………………………………………… 203
8. 4 小结……………………………………………………………… 208
参考文献………………………………………………………………… 209