When2What: un framework condizionato dal timing per la previsione a lungo orizzonte delle forme d’onda cardiovascolari continue

Abstract degli autori

La previsione a lungo orizzonte di forme d’onda cardiovascolari quasi periodiche, come l’elettrocardiogramma (ECG), la pressione arteriosa (ABP) e il fotopletismogramma (PPG), richiede di prevedere sia quando si verificheranno i futuri eventi cardiaci (timing dei battiti), sia quale sarà il pattern strutturale locale attorno a ciascun evento (morfologia del battito). Tuttavia, i modelli standard di previsione delle sequenze, addestrati con l’errore quadratico medio puntuale (MSE), calcolano la media tra fasi future incerte del battito cardiaco, appiattendo i netti picchi R e le salite del polso fino a ridurli a linee di base prive di caratteristiche. La nostra analisi degli ECG intraoperatori rivela una chiara asimmetria temporale: la prevedibilità del timing dei battiti sulla base dei dati passati diminuisce nell’arco di pochi secondi a causa della variabilità stocastica della frequenza cardiaca, mentre la morfologia locale dei battiti, allineata ai tempi effettivi dei battiti, rimane stabile per diversi minuti. Sulla base di questa intuizione, presentiamo When2What, un framework condizionato dal timing composto da tre fasi: prevedere, fissare e generare. A partire da una storia di 120 s, When2What prevede una mappa temporale densa di 60 s, seleziona e rende più netti gli eventi discreti dei battiti trasformandoli in impulsi gaussiani di altezza unitaria e condiziona un generatore neurale di forme d’onda sia su questi eventi fissati sia sulla storia osservata. Sugli ECG intraoperatori, When2What supera nettamente i modelli esistenti di previsione delle serie temporali e dei segnali fisiologici, raggiungendo un valore di 0,644 nella previsione degli eventi della forma d’onda a breve termine e riproducendo il 95,62% dei battiti cardiaci previsti nella forma d’onda generata, mentre i modelli di previsione diretta a lungo orizzonte collassano in linee di base piatte. Inoltre, When2What si trasferisce con approccio zero-shot a coorti ospedaliere esterne e a coorti con fibrillazione atriale, si estende efficacemente alle forme d’onda del polso ABP e PPG ed è supportato da studi di ablazione e analisi sintetiche che dimostrano come il condizionamento esplicito sul timing sia un paradigma efficace per la previsione a lungo orizzonte di forme d’onda quasi periodiche.