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Clasificación del tono de la tos basada en el aprendizaje automático: exploración diagnóstica de la enfermedad pulmonar obstructiva crónica y las infecciones del tracto respiratorio

DOI:

10.3791/68222

September 19th, 2025

In This Article

Summary

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Este estudio logró efectivamente la clasificación automatizada de dos categorías distintas mediante la adquisición de datos de sonidos de tos de pacientes diagnosticados con enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC) e infecciones del tracto respiratorio (RTI), utilizando una integración de técnicas de procesamiento de señales del habla y algoritmos de aprendizaje automático.

Abstract

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El objetivo de este estudio fue desarrollar y evaluar un método no invasivo para distinguir a los pacientes con enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC) de aquellos con infecciones del tracto respiratorio (ITR) utilizando el análisis de señales de voz y el aprendizaje automático. Se recopilaron señales de voz de patrón fijo de 25 pacientes con EPOC y 25 pacientes con RTI (que sirvieron como grupo de control / comparación). Se realizó un análisis multidimensional de las características de la voz para identificar las características que diferencian significativamente a los dos grupos. Se seleccionaron características estadísticamente significativas y se sometieron a reducción de dimensionalidad. A continuación, se entrenaron y evaluaron los modelos de regresión logística (LR) y bosque aleatorio (RF) para distinguir la EPOC de la RTI. Inicialmente se analizaron más de 400 funciones de voz. Dieciocho características mostraron diferencias altamente significativas entre los pacientes con EPOC y RTI (P <; 0,05). En la tarea de distinguir a los pacientes con EPOC de los pacientes con RTI, el modelo LR logró un área de conjunto de prueba bajo la curva AUC de 0,95, superando significativamente al modelo de RF (AUC = 0,76). Este estudio demuestra la viabilidad de utilizar el análisis de voz y el aprendizaje automático, particularmente el modelo LR, como una herramienta no invasiva prometedora para diferenciar la EPOC de la RTI. Proporciona una base para la aplicación práctica y una mayor optimización de este enfoque basado en la voz en entornos clínicos que requieren un diagnóstico diferencial de afecciones respiratorias.

Introduction

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La enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC) y las infecciones del tracto respiratorio representan factores importantes que contribuyen a la mortalidad y la morbilidad a escala mundial. La EPOC se define como una afección inflamatoria crónica que afecta a las vías respiratorias y al parénquima pulmonar, inducida predominantemente por el tabaquismo. Se caracteriza por síntomas como tos persistente, disnea y aumento de la producción de esputo1. La Organización Mundial de la Salud proyecta que para 2030, la EPOC se ubicará como la tercera causa principal de muerte en todo el mundo, imponiendo una carga económ....

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Protocol

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El Comité de Ética de la Universidad de Medicina China de Beijing y su Tercer Hospital Afiliado aprobaron este estudio de investigación. Todos los participantes dieron su consentimiento informado por escrito para participar. Entre julio y agosto de 2024, se reclutó una cohorte de 25 pacientes con EPOC del Departamento de Medicina Respiratoria del Tercer Hospital Afiliado de la Universidad de Medicina China de Beijing. Simultáneamente, también se reunió un grupo de control que consta de 25 pacientes con RTI superior típico.

1. Selección de participantes

  1. Criterios de inclusión
    1. Seleccione....

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Results

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Resultados del análisis de datos

La investigación aisló con éxito más de 400 índices de características del habla utilizando métodos como el análisis en el dominio del tiempo, el análisis en el dominio de la frecuencia, la extracción del coeficiente cepstral de frecuencia Mel (MFCC) y la alteración de los indicadores de características de acuerdo con el diagnóstico de la MTC. El análisis del dominio del tiempo e.......

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Discussion

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Este estudio investiga métodos no invasivos para detectar la EPOC a través del análisis de señales de voz y técnicas de aprendizaje automático. Implicó la recopilación de datos de voz de 25 pacientes con EPOC y 25 pacientes con RTI. Los modelos se construyeron utilizando algoritmos LR y RF. Ambos modelos mostraron una precisión similar en la clasificación correcta de las muestras en general, sin embargo, la diferencia en los valores de AUC indica que el modelo LR podría ofrecer un equili.......

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Disclosures

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Los autores declaran no tener conflictos de intereses con respecto a la publicación de este estudio. No se recibió apoyo financiero o no financiero de ninguna organización comercial que pudiera haber influido en los resultados o la interpretación de esta investigación. Todos los aspectos del estudio, incluido el diseño, la recopilación de datos, el análisis y la preparación del manuscrito, se llevaron a cabo independientemente de cualquier influencia externa.

Acknowledgements

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Este estudio fue apoyado por el Proyecto del Fondo de Ciencia Juvenil de la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China (Número de aprobación del proyecto: 82104739) y el Programa de Investigación Científica de la Administración Provincial de Medicina Tradicional China de Hebei (Número de proyecto: B2025032). Los autores desean agradecer a todos los profesores y estudiantes que brindaron asistencia durante el experimento.

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
Grabadora digitalZOOMH6ZOOM Audio Store
GitHubGit2.47.1.2Página web oficial
MatlabMathWorksR2024bPágina web oficial
PycharmJetBrains2024.1Página web oficial
PitónPitón3.12Página web oficial

References

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  1. Roth, M. Pathogenesis of COPD. Part III. Inflammation in COPD. Int J Tuberc Lung Dis. 12 (4), 375-380 (2008).
  2. Alsayari, A., Muhsinah, A. B., Almaghaslah, D., Annadurai, S., Wahab, S. Pharmacological efficacy of ginseng against respiratory tract infections. Molecules.

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