Sparse Physio-Attention: A Computationally Efficient and Clinically Interpretable Framework for ICU Time-Series Analysis

2026

Толық мәтін Ашық қол жеткізу: Gold Метадеректер (CSL-JSON)
DOI 10.32604/cmc.2026.087214
Деректер сенімділігі 70 орташа
Бұл баға қалай есептеледі

Ол жазбаның өзінің тексерілетін белгілерінен құралады: мақаланың DOI-і бар ма, оның деректерін қанша тәуелсіз дереккөз растады, міндетті өрістер толтырылған ба және соңғы растау қаншалықты жаңа. Дереккөздер арасындағы алшақтық пен идентификатордың болмауы бағаны төмендетеді. 80-нен бастап мән жазбаның қосымша тексерусіз жарияланғанын, 60-тан 79-ға дейін — оның сенімділігі төмен күйде жарияланғанын және қолмен тексеру ұсынылатынын білдіреді. Редактор қолмен тексерген жазбаны қайта есептеу 90-нан төмен түсірмейді. Бұл — мақаланың өзіне емес, ол туралы деректерімізге берілген баға.

Аңдатпа

Intensive care unit (ICU) time series are irregular, incomplete, and computationally demanding to model at high temporal resolution. Dense Transformer attention captures long-range dependencies but evaluates all pairwise interactions, including many stable or clinically weak measurements. This study presents Sparse Physio-Attention, a physiology-guided Transformer that retains critical-range violations, patient-relative deviations, informative missingness patterns, and task-relevant variables before sparse attention is computed. Dynamic routing subsequently removes weak attention edges, and a late-fusion adapter incorporates static electronic health record context. The analysis included 25,368 eligible MIMIC-IV ICU stays, of which 2740 were sepsis positive. On the held-out test set, the proposed model achieved an AUROC of 0.892 and an AUPRC of 0.835 at the 24-h prediction horizon, with an expected calibration error of 0.031. Relative to dense attention, it reduced floating-point operations by approximately 72%, peak GPU memory from 3.2 to 1.8 GB, and 24-h-window latency from 670±24 to 235±11 ms. Attention-guideline agreement reached 0.826 at 24 h, indicating alignment with prespecified deterioration rules; this result reflects clinical plausibility rather than causal explanation. The evidence is limited to internal MIMIC-IV validation, and the rule-based retention thresholds may require recalibration across hospitals and patient subgroups. External and prospective validation is therefore required before clinical deployment.