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基于电子听诊器的呼吸音分析及其在儿童呼吸系统疾病中的应用现状和展望

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中华儿科杂志 2023年第10期61卷 949-951页

作者：金伟钢朱婷婷张海邻温州医科大学附属第二医院儿童呼吸科温州325000

传统听诊器存在不能连续监测、容易受到临床医生经验影响、不够客观和不能保存等不足。电子听诊器开辟了“计算机辅助听诊”的新领域,通过采集呼吸音信号,并由计算机对呼吸音信号进行客观测量、分析和管理。基于电子听诊器的呼吸音分析... 详细信息

传统听诊器存在不能连续监测、容易受到临床医生经验影响、不够客观和不能保存等不足。电子听诊器开辟了“计算机辅助听诊”的新领域,通过采集呼吸音信号,并由计算机对呼吸音信号进行客观测量、分析和管理。基于电子听诊器的呼吸音分析,已实现在呼吸系统部分疾病的转化应用。本文介绍基于电子听诊器的呼吸音分析方法及其在儿童呼吸系统疾病中的应用现状。

关键词：电子听诊器呼吸音客观测量计算机辅助连续监测临床医生转化应用呼吸系统

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慢性阻塞性肺疾病患者呼吸音声谱特征研究

声学技术 2022年第4期41卷 551-555页

作者：高晶晶罗勇黄煜吕冰聪上海交通大学医学院附属新华医院崇明分院呼吸科上海202150 上海交通大学医学院附属新华医院呼吸科上海200092 上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室上海200240 上海交通大学机械与动力工程学院振动、冲击、噪声研究所上海200240

现代技术具备了对声波及相关的声学现象进行测量和定量研究的能力,尤其是近年来随着最新一代的电子听诊器(electronic stethoscope)的发展,使人们能够更为简便和精确地获取呼吸音。该研究对经肺功能检查确诊为慢性阻塞性肺疾病(Chronic ... 详细信息

现代技术具备了对声波及相关的声学现象进行测量和定量研究的能力,尤其是近年来随着最新一代的电子听诊器(electronic stethoscope)的发展,使人们能够更为简便和精确地获取呼吸音。该研究对经肺功能检查确诊为慢性阻塞性肺疾病(Chronic Obstructive Pulmonary Disease,COPD)的患者52例和健康对照者36例,分别行呼吸音采样和分析研究,发现COPD患者与健康人群的呼吸音在平均吸/呼时间比及呼吸频率上出现显著的差异(P呼吸音在吸气相与呼气相50~200 Hz频段内的能量比出现显著差异(P呼吸音频谱分析可以客观量化COPD患者与健康者肺通气功能的差异,是一种新的、灵敏的临床检测方法,可成为日后进一步研究个体是否患有气流受限等阻塞性疾病的判断依据,从而指导医生的诊断以及对患者的治疗。

关键词：阻塞性肺疾病呼吸音成音频率吸呼比声压级

慢性阻塞性肺疾病患者呼吸音频谱分析与肺功能的相关性研究

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中国综合临床 2022年第2期38卷 108-113页

作者：高晶晶王宇豪罗勇上海交通大学医学院附属新华医院崇明分院呼吸内科上海202150 上海交通大学医学院附属新华医院呼吸与危重医学科上海200092

目的研究不同肺功能分级慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease,COPD)患者呼吸音声谱特征,初步确定不同肺功能分级COPD呼吸音声谱图特征性的参数和指标,探讨不同肺功能分级COPD患者呼吸听诊差异的可视化和可测量化。... 详细信息

目的研究不同肺功能分级慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease,COPD)患者呼吸音声谱特征,初步确定不同肺功能分级COPD呼吸音声谱图特征性的参数和指标,探讨不同肺功能分级COPD患者呼吸听诊差异的可视化和可测量化。方法入选2018年10月至2020年12月在上海交通大学医学院附属新华医院崇明分院诊治的经肺功能检查确诊为COPD52例患者[中轻-中度阻塞性通气功能障碍22例(轻-中度组)、重度阻塞性通气功能障碍30例(重度组)]和通气功能正常对照者36例(对照组)。分别用电子听诊器对呼吸音采样,传输至Audition音频软件,计算不同肺功能分级样本呼吸音声压级(sound pressure level,SPL)的相关数据及与每分钟通气量(minute ventilation,VE)的比值。采用回顾性病例对照研究,正态分布的计量资料采用单因素方差分析,两两比较采用SNK-q检验。结果轻-中度组、重度组COPD患者及对照组的呼吸音频在吸气相与呼气相50~200 Hz频段内的声压差分别为(-0.5±2.2)、(-1.6±6.1)、(0.7±4.0)dB,3组间比较差异有统计学意义(F=2.64,P=0.038);轻-中度组、重度组COPD患者与对照组的呼吸音吸气相单位分钟通气量声压级(sound pressure level per minute ventilation,SPL50~200/VE)分别为(5.7±1.8)、(6.1±2.3)、(5.4±0.9)dB/L;呼气相SPL50~200/VE分别为(5.8±1.7)、(6.3±2.2)、(5.3±1.2)dB/L,3组间比较差异均有统计学意义(F吸=3.26,P=0.048;F呼=2.44,P=0.045)。ROC曲线结果显示,吸气相SPL50~200/VE、呼气相SPL50~200/VE、声压差评估不同分级阻塞性通气功能障碍具有诊断价值(AUC值分别为0.697、0.725、0.686,P值分别为0.015、0.005、0.022)。部分COPD患者呼吸音时频图中可出现异常高能量水平线。结论不同程度阻塞性通气功能障碍患者与通气功能正常者呼吸音频谱分析可出现明显差异,可为辅助判断阻塞性通气功能障碍提供依据。

关键词：慢性阻塞性肺疾病呼吸音音频肺功能分级声压级

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基于SVM方法的神经网络呼吸音识别算法

通信学报 2014年第10期35卷 218-222页

作者：刘国栋许静南开大学计算机与控制工程学院天津300071

提出了一种神经网络的SVM(支持向量机)呼吸音识别算法,将通过小波分析得到的呼吸音特征输入神经网络,作为SVM方法的特征输入,对训练样本进行训练,再对测试样本进行分类识别。对于呼吸音反映的3种状态(正常、轻度病变和重度病变)进行了识... 详细信息

提出了一种神经网络的SVM(支持向量机)呼吸音识别算法,将通过小波分析得到的呼吸音特征输入神经网络,作为SVM方法的特征输入,对训练样本进行训练,再对测试样本进行分类识别。对于呼吸音反映的3种状态(正常、轻度病变和重度病变)进行了识别,同时与K最近邻(KNN)方法进行比较。实验结果表明,SVM方法具有较高的识别精度,能够对呼吸音状态进行识别,同时在此领域也验证了在神经网络方法中无法避免的局部极值问题。提示基于SVM方法的神经网络呼吸音识别算法有较好的精度,可为身体局域网技术提供信息处理的有效算法。

关键词：支持向量机呼吸音小波分析神经网络身体局域网

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呼吸音数据采集及定量分析研究

呼吸音数据采集及定量分析研究

作者：秦国瑾西华大学

学位级别：硕士

随着大气污染加剧,环境问题越来越成为大众关心的话题。随之而来的呼吸系统疾病,更是民众关心的热点。由于呼吸音信号中包含着呼吸系统的大量生理病理信息,所以呼吸音信号的分析和研究近年来成为科学研究的热点和焦点。呼吸音听诊作为... 详细信息

随着大气污染加剧,环境问题越来越成为大众关心的话题。随之而来的呼吸系统疾病,更是民众关心的热点。由于呼吸音信号中包含着呼吸系统的大量生理病理信息,所以呼吸音信号的分析和研究近年来成为科学研究的热点和焦点。呼吸音听诊作为一种无创呼吸音监测手段,得到了越来越广泛的应用。由于临床常见呼吸音疾病多为混合病变,且病变位置不固定,传统的单导听诊不能提供丰富的临床信息。因此,在本研究室前期研究工作的成果基础上,提出了多部位呼吸音采集方法,在对采集到的七个部位的信号做了深入分析以后,针对采集到的环状软骨下三角区呼吸音信号,研究了一套快速有效呼吸音解析算法,智能实现正常呼吸音和异常呼吸音的识别。为了完成以上目标,本文主要在以下几个方面进行深入研究:（1）新型的呼吸音采集方法设计及呼吸音信号采集在深入的研究和学习了呼吸音与呼吸系统疾病的关系之后,分别在七个临床呼吸音听诊部位（环状软骨下三角区,左上肺,左中肺,左下肺,右上肺,右中肺,右下肺）采集呼吸音,已经采集数据为:25名来自西华大学无呼吸系统疾病志愿者的54例呼吸音信号和20名来自解放军军区452医院呼吸内科呼吸疾病患者的46例异常呼吸音信号（其中包括30例哮喘病人呼吸音信号）,完成了本研究所需的呼吸音数据储备工作。（2）呼吸音信号的预处理对采集到的呼吸音噪音源进行分析,针对各种呼吸音设计相应的处理方法,例如:带通滤波器去噪、小波自适应阈值降噪AWT、平稳-非平稳滤波技术ST-NST,通过以上的方案尽可能提高呼吸音信号的信噪比,通过对比实验,预处理效果比较明显。（3）特征提取本文针对呼吸音的特性,采用了时域和频域相结合的特征提取方法,时域主要通过同态滤波的包络提取方法提取呼吸音包络,提取出呼、吸气相转换点以及吸气相、呼气相持续时间T1、T2、呼吸气相时间比Tr=T2/T1、呼吸频率Rr参数;频域主要通过离散快速傅里叶变换、基于小波变换的频带能量特征提取法、频谱下划面积四等分处频率提取法。提取了各频带归一化能量值T=[E1 E2 E3 E4 E5 E6 E7],频谱曲线下面积划成四等分处的频率Q25、Q50、Q75。通过以上参数,对正常人呼吸音和哮喘病人呼吸音进行初步的识别。（4）临床呼吸音定量分析研究利用上述介绍的呼吸音特征提取方法,对临床采集的正常呼吸音和哮喘病人进行特征提取,通过对特征参数的分析研究、数理统计,初步建立了临床呼吸音定量评价体系。本文实测了两例哮喘病人发作入院及缓解出院的呼吸音信号,进行时频特征参数的定量分析,初步验证了该评价体系的有效性。本文主要对正常呼吸音和异常呼吸音中的哮喘病人呼吸音进行了深入研究,建立了相关临床呼吸音定量评价体系,并进一步验证了该评价体系的有效性。其中对两例哮喘病人进行了跟踪采集和数据处理,从直观数据表征了病人此次入院治疗的治疗效果。

关键词：呼吸音哮喘病人呼吸音降噪特征提取定量分析

呼吸音分析技术用于心源性和非心源性呼吸困难的鉴别诊断

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中华急诊医学杂志 2009年第12期18卷 1304-1308页

作者：王真 Smith Jean Richard P Dellinger 北京世纪坛医院急诊科北京100038 Division of Critical Care Medicine Robert Wood Johson School of Medicine University ofMedicine and Dentisty of New Jersey Cooper University Hospital Camden NJ. USA

目的临床上心力衰竭，慢性阻塞性怖病和哮喘急性加重时均可以通过听诊器发现异常呼吸音，目前为止尚不能对以上呼吸音进行定量分析。对于就诊于急诊科的呼吸困难患者，鉴别诊断其发生原因对于临床治疗措施和预后关系密切。本研究的目... 详细信息

目的临床上心力衰竭，慢性阻塞性怖病和哮喘急性加重时均可以通过听诊器发现异常呼吸音，目前为止尚不能对以上呼吸音进行定量分析。对于就诊于急诊科的呼吸困难患者，鉴别诊断其发生原因对于临床治疗措施和预后关系密切。本研究的目的就是应用计算机辅助的呼吸音分析技术对心源性和非心源行呼吸困难时的呼吸音进行定量分析，同时评价其临床应用价值。方法本实验为前瞻性临床研究，应用呼吸音分析记录装置记录患者呼吸过程中所产生的呼吸音，通过计算机辅助技术将呼吸音转化成图像。收集因急性呼吸困难来北京大学第三医院急诊就诊的患者59人，根据患者最终出院诊断分为3组：急性心力衰竭患者22人，慢性阻塞性肺病急性加重期患者19人，哮喘急性发作患者18人。选择同期健康志愿者20人作为对照组。对三组患者的呼吸音图像进行定量分析，分析指标为吸气相最大呼吸音能量图面积和最大吸气相／最大呼气相能量比值。组间比较采用t检验。结果健康对照组、心力衰竭组、慢性阻塞性肺病急性加重期患者和哮喘急性发作患者的吸气相最大呼吸音能量图面积分别为：（76．2±4．5），（67．6±6．7），（72．2±7．6）和（52±11．7）千像素（P〈0．01）。健康对照组、心力衰竭组、慢性阻塞性肺病急性加重期患者和哮喘急性发作患者的吸气相最大呼吸音能量图左右侧面积之比分别为1：1、1：1、1：1和1：0．4。健康对照组、心力衰竭组、慢性阻塞性肺病急性加晕期患者和哮喘急性发作患者的最大吸气相／呼气相能量峰值比值分别为：（6．3±5．2），（5．6±4．0），（2．0±2．2）和（0．3±0．3），P〈0．01：结论与健康对照相比较，心力衰竭患者组的吸气相最大呼吸音能量图面积明显缩小，吸气相最大呼吸音能量图左右面积之比及最大吸气相／最大呼气相能量比值尢差别；与健康对照相比较，慢性阻塞性肺病患者的吸气相最大呼吸音能量图面积无差别，吸气相最大呼吸音能量图左右面积之比无差别，最大吸气相／最大呼气相能量比值明显缩小；与健康对照相比较，哮喘患者的吸气相最大呼吸音能量图面积明显缩小，吸气相最大呼吸音能量图左右面积不对称，最大吸气相／最大呼气相能量比值明显缩小。以上图像特点对鉴别心力衰竭、阻塞性肺病和哮喘所引起的呼吸困难有帮助。

关键词：呼吸音心力衰竭慢性阻塞型肺病哮喘图像面积最大呼吸音能量图最大吸气相最大呼气相

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人工智能在呼吸音方面的研究进展

国际呼吸杂志 2022年第13期42卷 961-966页

作者：叶培韬张冬莹陈文雅郑劲平广州医科大学附属第一医院肺功能室广州510120 广州医科大学附属第一医院国家呼吸系统疾病临床医学研究中心广州510120 广州医科大学附属第一医院广州呼吸健康研究院国家呼吸系统疾病临床医学研究中心呼吸疾病国家重点实验室广州510120

听诊器是临床医师最常用的诊断工具,现代医学始于听诊器的发明。听诊器应用于临床已有200年历史,从最早的声学听诊器到现在的电子听诊器,其外形和传音方式经历了较大的变化,但其使用方式和临床使用价值并没有发生质的改变。随着信息技... 详细信息

听诊器是临床医师最常用的诊断工具,现代医学始于听诊器的发明。听诊器应用于临床已有200年历史,从最早的声学听诊器到现在的电子听诊器,其外形和传音方式经历了较大的变化,但其使用方式和临床使用价值并没有发生质的改变。随着信息技术的发展,人工智能应用于肺音的智能识别技术得到了更多的关注。本文介绍了听诊器的发展史、呼吸音的分类、传统听诊器与电子听诊器的优缺点比较和肺音智能识别技术发展的必要性如医疗资源不足、医师听诊存在主观性及电子听诊器的优势和需要改进的方向等问题;总结了电子听诊器辅助疾病诊断近年的研究进展;从肺音的标准化收集与建库、数字呼吸音的标注和定性、数据的处理、计算机肺音分析、电子肺音的可听和可视化展现等角度论述了肺音智能识别技术的现实可行性;分析了肺音领域研究目前存在的问题及改进建议;并展望了今后肺音智能识别技术的可能应用场景和使用价值。

关键词：听诊器肺音智能识别呼吸音

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基于呼吸音的呼吸监测方法初探

中国医疗器械杂志 2015年第1期39卷 21-24页

作者：于璐刘阳黄德生中国医科大学基础医学院生物医学工程系沈阳市110001 中国医科大学附属第四医院口腔科沈阳市110032 中国医科大学基础医学院数学教研室沈阳市110001

由于呼吸音与呼吸气流速度之间存在着非线性关系,因此呼吸音有可能成为新的呼吸监测方法。该文首先提取了呼吸音的振幅包络信号,并证明了包络信号对数与呼吸气流速度之间良好的线性相关性,之后通过回归分析获取不同受试者的线性模型参数... 详细信息

由于呼吸音与呼吸气流速度之间存在着非线性关系,因此呼吸音有可能成为新的呼吸监测方法。该文首先提取了呼吸音的振幅包络信号,并证明了包络信号对数与呼吸气流速度之间良好的线性相关性,之后通过回归分析获取不同受试者的线性模型参数,并利用模型参数实现了基于包络信号对数的呼吸气流速度模拟,误差可控制在14.9%以下。因此,使用呼吸音对呼吸气流速度进行模拟并实现基于呼吸音的呼吸监测是可行的。

关键词：呼吸音包络呼吸气流模拟

即时通话中基于呼吸音分离算法的隐蔽信息传递

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即时通话中基于呼吸音分离算法的隐蔽信息传递

作者：何雨诗电子科技大学

学位级别：硕士

呼吸是一个人生命的象征,作为一个为了维持生命特征不可避免的生理活动,呼吸的重要性不言而喻。但长久以来,在语音信号处理中,由于呼吸的声音具有能量低、频率低的特点,研究者们大都关注于有声语音部分,而呼吸音往往被看作是微不足道的... 详细信息

呼吸是一个人生命的象征,作为一个为了维持生命特征不可避免的生理活动,呼吸的重要性不言而喻。但长久以来,在语音信号处理中,由于呼吸的声音具有能量低、频率低的特点,研究者们大都关注于有声语音部分,而呼吸音往往被看作是微不足道的一个部分甚至是噪声来进行处理。然而,作为与有声语音信号具有明显差异的一种声音信号,呼吸音本身也可反映出十分丰富的信息。近来,已有越来越多的研究者开始对呼吸音本身所包含的信息进行分析和研究,包括其在医疗领域、情感识别领域和说话人识别领域的利用价值。而本文意在挖掘呼吸音的另外一种用途,利用呼吸音在说话过程中存在感极低的特点,通过赋予不同的呼吸音不同的含义,来达到隐蔽信息传递的目的。本文首先定义了呼吸手势这一新的概念。呼吸手势即一组精心设计的、具有不同内在含义的呼吸音片段,用户通过在通话过程中主动插入呼吸手势来完成秘密信息的嵌入。作为承载秘密信息的载体,呼吸手势的设计是本文工作的一个重要组成部分。为了达到隐蔽通信的目的,呼吸手势应满足以下特性:多样性、简洁性、隐蔽性、与其他呼吸音的差异性。本文在此基础上设计了三种不同的呼吸手势,并分别对其进行了分析与测试。秘密信息的提取是由一组算法来实现的。算法共分四个步骤:首先对原始通话进行预处理,抑制其中的噪声;接着使用了一种基于MFCC语音特征的模板匹配方法将原始通话中的语音部分剔除掉;然后对保留下来的只包含呼吸声音的信号进行进一步的处理,经过分割得到若干孤立的呼吸手势;最后对这些孤立的呼吸手势进行识别,识别算法是一种基于DTW距离的分类算法,识别过程中采用GFCC作为呼吸手势的声学特征。最后为了评估系统的性能,本文对呼吸手势的提取分割以及呼吸手势的识别分别进行了测试,实验结果表明,系统对于呼吸手势的识别率可以达到87.6%。

关键词：呼吸音隐蔽信息传递 MFCC GFCC DTW