Method Article

Op machine learning gebaseerde classificatie van hoesttonen: diagnostische verkenning van chronische obstructieve longziekte en luchtweginfecties

DOI:

10.3791/68222

September 19th, 2025

In This Article

Summary

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Deze studie heeft de geautomatiseerde classificatie van twee verschillende categorieën effectief bereikt door hoestgeluidsgegevens te verkrijgen van patiënten met de diagnose chronische obstructieve longziekte (COPD) en luchtweginfecties (RTI), met behulp van een integratie van spraaksignaalverwerkingstechnieken en machine learning-algoritmen.

Abstract

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Het doel van deze studie was het ontwikkelen en evalueren van een niet-invasieve methode om patiënten met chronische obstructieve longziekte (COPD) te onderscheiden van patiënten met luchtweginfecties (RTI) met behulp van spraaksignaalanalyse en machine learning. Spraaksignalen met een vast patroon werden verzameld van 25 COPD-patiënten en 25 RTI-patiënten (die als controle-/vergelijkingsgroep fungeerden). Er werd een multidimensionale analyse van spraakkenmerken uitgevoerd om kenmerken te identificeren die de twee groepen significant onderscheiden. Statistisch significante kenmerken werden geselecteerd en onderworpen aan dimensionaliteitsreductie. Logistische regressie (LR) en Random Forest (RF) modellen werden vervolgens getraind en geëvalueerd op classificatieprestaties bij het onderscheiden van COPD van RTI. In eerste instantie werden meer dan 400 spraakfuncties geanalyseerd. Achttien kenmerken vertoonden zeer significante verschillen tussen COPD- en RTI-patiënten (P <; 0,05). Bij het onderscheiden van COPD-patiënten van RTI-patiënten bereikte het LR-model een testsetgebied onder de AUC van 0,95, waarmee het aanzienlijk beter presteerde dan het RF-model (AUC = 0,76). Deze studie toont de haalbaarheid aan van het gebruik van spraakanalyse en machine learning, met name het LR-model, als een veelbelovend niet-invasief hulpmiddel om COPD te onderscheiden van RTI. Het biedt een basis voor de praktische toepassing en verdere optimalisatie van deze spraakgebaseerde benadering in klinische omgevingen die een differentiële diagnose van ademhalingsaandoeningen vereisen.

Introduction

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Chronische obstructieve longziekte (COPD) en luchtweginfecties leveren een belangrijke bijdrage aan mortaliteit en morbiditeit op wereldschaal. COPD wordt gedefinieerd als een chronische ontstekingsaandoening die de luchtwegen en het longparenchym aantast en voornamelijk wordt veroorzaakt door roken. Het wordt gekenmerkt door symptomen zoals aanhoudende hoest, kortademigheid en verhoogde sputumproductie1. De Wereldgezondheidsorganisatie voorspelt dat COPD tegen 2030 de op twee na belangrijkste doodsoorzaak ter wereld zal zijn, wat een aanzienlijke economische last met zich meebrengt

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

De ethische commissie van de Beijing University of Chinese Medicine en het derde aangesloten ziekenhuis hebben dit onderzoek goedgekeurd. Alle deelnemers gaven hun schriftelijke geïnformeerde toestemming om deel te nemen. Tussen juli en augustus 2024 werd een cohort van 25 COPD-patiënten gerekruteerd van de afdeling Respiratoire Geneeskunde van het Third Affiliated Hospital van de Beijing University of Chinese Medicine. Tegelijkertijd werd ook een controlegroep samengesteld bestaande uit 25 patiënten met typische bovenste RTI.

1. Selectie van deelnemers

  1. Inclusie criteria
    1. Selecteer de a....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Resultaten van gegevensanalyse

Het onderzoek isoleerde met succes meer dan 400 spraakfunctie-indexen met behulp van methoden zoals tijddomeinanalyse, frequentiedomeinanalyse, extractie van Mel-frequency Cepstral Coëfficiënt (MFCC) en het wijzigen van functie-indicatoren op basis van TCM-diagnose. Het analyseren van het tijddomein is een cruciaal element bij de verwerking van spr.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Deze studie onderzoekt niet-invasieve methoden voor het detecteren van COPD door middel van spraaksignaalanalyse en machine learning-technieken. Het betrof het verzamelen van spraakgegevens van 25 COPD-patiënten en 25 patiënten met RTI. Modellen werden geconstrueerd met behulp van LR- en RF-algoritmen. Beide modellen vertoonden een vergelijkbare nauwkeurigheid bij het correct classificeren van monsters in het algemeen, maar het verschil in AUC-waarden geeft aan dat het LR-model een super.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

De auteurs verklaren geen belangenconflicten met betrekking tot de publicatie van deze studie. Er werd geen financiële of niet-financiële steun ontvangen van een commerciële organisatie die de resultaten of interpretatie van dit onderzoek zou kunnen hebben beïnvloed. Alle aspecten van het onderzoek, inclusief ontwerp, gegevensverzameling, analyse en voorbereiding van manuscripten, werden onafhankelijk van enige externe invloed uitgevoerd.

Acknowledgements

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Deze studie werd ondersteund door het National Natural Science Foundation of China Youth Science Fund Project (Project Approval Number: 82104739) en het Scientific Research Program van de Hebei Provincial Administration of Traditional Chinese Medicine (Project Number: B2025032). De auteurs willen alle docenten en studenten bedanken die tijdens het experiment hebben geholpen.

....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
Digital RecorderZOOMH6ZOOM Audio Store
GitHubGit2.47.1.2Official Website
MatlabMathWorksR2024bOfficial Website
PycharmJetBrains2024.1Official Website
PythonPython3.12Official Website

References

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  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.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Cough Tone ClassificationMachine Learning DiagnosticsVoice Signal AnalysisChronic Obstructive PulmonaryRespiratory Tract InfectionsLogistic Regression ModelRandom Forest ModelPrincipal Component AnalysisVoice Feature ExtractionNon Invasive Diagnosis

Related Articles