CN108294756A - 一种用于随身携带的咳嗽监测装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于随身携带的咳嗽监测装置及系统，主要包括主机、声音传感器、表面肌电传感器、加速度传感器、滤波器，以及存储器。本发明同时记录咳嗽声音、咳嗽时的肌电和加速度信号，可用于对咳嗽的次数、频率和强度进行监测，监测更全面，结果准确可靠；计算机可读介质交互性好，可根据不同的咳嗽患者和声音特点进行个性化和针对性的设置，特异性高，利于咳嗽的自动识别、标记及咳嗽频率、强度和次数分析，自动生成咳嗽报告，节省人力资源，通过本发明将实现慢性咳嗽患者的长时间咳嗽声音自动识别，获得咳嗽的客观评估指标，用于指导临床咳嗽患者的病情评估及疗效观察，具有重要的临床应用价值。

Description

一种用于随身携带的咳嗽监测装置及系统

技术领域

本发明涉及咳嗽监测领域，具体涉及一种用于随身携带的咳嗽监测装置及系统。

背景技术

咳嗽是患者向医生报告的常见症状，是呼吸系统疾病的临床征兆。医生对于咳嗽症状的评估主要依靠病人的主观描述，由于描述的主观性，缺乏客观评估指标，比如咳嗽的频率，咳嗽的强度以及咳嗽计数等是医生诊断和治疗呼吸系统疾病的重要客观标志。

在目前的咳嗽监测领域，一类为声音监测识别装置，也是目前最常用的，只单独记录声音信号，由于仅使用咳嗽声音信号进行识别，容易被周围环境中类似咳嗽的声音干扰，识别准确率低，可靠性低，为半自动识别，对分析人员要求高，劳动强度大，耗时长，该装置近来也开始应用于咳嗽强度的监测，但必须要求所有患者的麦克风距离喉部的距离相等，可操作性不强，使用不方便，可靠性低；一类为运用加速度传感器的咳嗽识别装置，使用时，将加速度传感器置于胸骨上切迹，采集到的信号数字化之后被存储在存储卡内，再将存储的信号以多媒体的方式回放、供辅助辨识所记录的信号，因不能进行自动化咳嗽识别检测，因此分析相当耗时，同时传感器难以固定，容易脱落，不能进行验证，存在误判可能，可靠性低，并且不对咳嗽的强度进行分析；还有一类为运用声音+肌电信号的咳嗽识别装置，对咳嗽频率进行分析，不对咳嗽的强度进行分析，劳动强度较大，耗时较长，其一种装置形式为背心式，体积大，患者需穿着在身上，使用不方便，不能简单有效地识别咳嗽声音。

由于以上不足，影响医生的诊断与治疗决策，成为亟需解决的问题。

发明内容

为克服现有技术存在的上述不足，本发明提供一种用于随身携带的咳嗽监测装置，能够用于监测咳嗽的次数、频率及强度，并提高监测结果的准确率和可靠度。本发明通过以下技术方案实现：一种用于随身携带的咳嗽监测装置，包括主机、用于供电的电源模块、用于采集声音信号的声音传感器、用于采集呼吸肌肌电信号的表面肌电传感器、用于采集腹壁加速度信号的加速度传感器、用于对所述声音传感器、表面肌电传感器和加速度传感器采集的信号进行滤波处理的滤波器，以及用于存储所述滤波器处理所述信号产生的数据的存储器，所述存储器位于所述主机内，所述数据可导出。

优选的，所述声音传感器、表面肌电传感器和加速度传感器分别与所述主机有线或无线连接。

优选的，所述表面肌电传感器包括三导联肌电电极，所述三导联肌电电极分别用于粘贴在患者锁骨中线第六、七肋间和腹壁，所述加速度传感器用于固定于所述腹壁的肌电电极。

优选的，所述电源模块包括电池，所述电池位于所述主机内，所述声音传感器包括麦克风，所述麦克风用于固定在患者的衣领范围或其附近，所述存储器包括存储卡，所述存储卡与所述主机可拆卸连接。

优选的，所述主机呈大致盒体状，以方便置于口袋内。

在上述咳嗽监测装置的基础上，本发明还提供一种咳嗽监测系统，能够降低劳动的强度和时间，其通过以下技术方案实现：一种咳嗽监测系统，包括上述任一所述的咳嗽监测装置，还包括计算机可读介质，所述计算机可读介质用于通过自动模板归纳+人工修正的方式加工处理所述存储器存储的数据。

优选的，所述计算机可读介质用于自动识别异常和无法确认的咳嗽数据，以供分析人员对模板进行编辑修正。

优选的，所述计算机可读介质用于将所述声音传感器的数据与所述表面肌电传感器和/或所述加速度传感器的数据结合，以修正咳嗽数据。

优选的，所述计算机可读介质根据所述声音传感器、所述表面肌电传感器和所述加速度传感器的数据，综合判断咳嗽的强度。不存在环境中其他咳嗽声音的干扰，也不存在因为单独依靠声音信号计算强度时因麦克风距离患者咽喉部距离不同造成的误差。

优选的，所述计算机可读介质用于自动去除所述数据中的语言数据。

本发明同时记录咳嗽声音、咳嗽时的肌电和加速度信号，滤波器的设置可滤除不必要的信号噪音，提高信号质量，可用于对咳嗽的次数、频率和强度进行监测，监测更全面，利于监测结果的准确可靠，获得的咳嗽客观评估指标，可用于指导临床咳嗽患者的病情评估及疗效观察，具有重要的临床应用价值。计算机可读介质交互性好，可根据不同的咳嗽患者和声音特点进行个性化和针对性的设置，特异性高，利于咳嗽的自动识别、标记及咳嗽次数、频率和强度分析，自动生成咳嗽报告，更轻松省时，同时自动去除录音里的语言信号，利于保护患者隐私。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

图1为本发明咳嗽监测装置的使用状态示意图。

图中各标号对应如下，麦克风1，第一表面肌电电极2，第二表面肌电电极3，第三表面肌电电极4，加速度传感器5，滤波器6，存储器7，主机8。

具体实施方式

下面结合附图以及实施方式对本发明进行进一步的描述：

一种用于随身携带的咳嗽监测装置，如图1所示，包括麦克风1，固定在患者的衣领范围或其附近，用于采集声音信号；第一表面肌电电极2、第二表面肌电电极3和第三表面肌电电极4，即三导联肌电电极，与普通心电监护电极相同，用于监测呼吸肌的表面肌电信号，优选第一表面肌电电极2和第二表面肌电电极3依次粘贴在患者锁骨中线第六、七肋间，第三表面肌电电极4粘贴在腹壁；加速度传感器5，优选固定于第三表面肌电电极4，固定方便，效果好。麦克风1、第一表面肌电电极2、第二表面肌电电极3、第三表面肌电电极4和加速度传感器5通过导线与主机8连接，其采集的信号经滤波器6处理后产生的数据，存储在存储器7，主机8内的锂电池用于对该装置供电，主机8的表面设有控制开关机的开关。滤波器的设置可滤除不必要的信号噪音，提高信号质量，利于实现对咳嗽数据，尤其是对咳嗽强度的分析。

主机8开机后可交给咳嗽患者，记录12-24h，期间患者可以自由活动，交谈，但尽量避免在环境噪声较大的马路边，记录12-24h后医生取下咳嗽装置，关机后导出数据至计算机中，标记好病人信息。

具体实施时，主机8优选呈大致盒体状，以方便置于口袋内，作为主机的一种实施方式，可将其制为约15cm×6cm×2cm(长宽高)的大小，由锂电池，插卡式SD卡，电路板及微型处理器组成，并有充电、表面电极、麦克风和加速度计的连接接口，该结构具有体积小，方便携带，操作简易等特点。存储器7优选包括存储卡，存储卡与主机可拆卸连接，以方便数据的导出，当然，也可以将主机8以移动硬盘或u盘形式导出数据。声音信号、表面肌电信号和加速度信号也可以变换为由其它形式的声音传感器、表面肌电传感器和加速度传感器采集，如无线传感器以无线方式将信号或信号经滤波器处理后产生的数据传输至主机，并存储在存储器，无线传感器一般包括一个无线电收发器、一根内置天线或外部天线连接、一个微控制器、一个传感器接口电路和电池，滤波器优选设置在主机内，主机内相应设置无线电收发器。

导出至计算机的数据可以人工进行加工处理，由于数据包括声音数据、呼吸肌的表面肌电数据和腹壁加速度数据，优选通过呼吸肌的表面肌电数据和/或腹壁加速度数据对声音数据中异常或疑似咳嗽进行验证，例如，首先通过语音数据确定该声音为咳嗽而非清喉、打喷嚏或环境中类似咳嗽的声音，如声音信号基本确定为咳嗽，但未检测到肌电或加速度的信号，则考虑为周围环境中其他人的咳嗽；如果同时检测到咳嗽声音、肌电和/或加速度信号，则为患者本人产生，而非周围环境中其他人的咳嗽，因此可准确监测咳嗽的次数和频率。同时，还可以通过声音的波峰上升速度、峰值，肌电信号的峰值，加速度的信号强度综合判断，准确获得咳嗽的强度。

进一步的，为了更高效地加工处理上述数据，本发明的咳嗽监测系统，在上述咳嗽监测装置的基础上，还包括计算机可读介质，计算机可读介质可以集成多种功能的软件形式实施，其优选用于通过自动模板归纳+人工修正的方式加工处理存储器7存储的数据，该方式可根据不同的咳嗽患者和声音特点进行个性化和针对性的设置，利于提高根据自动模板识别咳嗽的准确性。

具体的，计算机可读介质加工处理声音数据的方式为声音识别，声音识别的原理是以Mel倒谱系数(MFCC)为特征参数，采用隐马尔可夫模型(HMM)识别咳嗽。表面肌电传感器和/或加速度传感器的数据优选用于对声音数据进行验证，以修正咳嗽数据，如咳嗽的次数和频率，咳嗽的强度优选由计算机可读介质根据声音传感器、表面肌电传感器和加速度传感器的数据综合确定。

具体实施时，计算机可读介质优选用于自动识别异常和无法确认的咳嗽数据，以供分析人员对模板进行编辑修正，其可使咳嗽声音的识别处于可控范围内，并使结果更具有参考应用价值。计算机可读介质优选用于自动去除数据中的语言数据。

使用时，将咳嗽监测装置开机并记录12-24h，期间患者可以自由活动，交谈，但尽量避免在环境噪声较大的马路边，记录12-24h后医生取下装置并关机，取出SD卡，插入读卡器，导出数据至计算机中，标记好病人信息，打开软件交互界面导入数据，进行识别，作为一种识别结果，供参考：共识别出咳嗽声音信号105次，其中同时能检测到肌电或加速度的信号98次，未能同时检测到肌电或加速度的信号的7次，因此患者本人的咳嗽次数为98次，7次为周围环境中其他人的咳嗽。通过声音的波峰上升速度、峰值，肌电信号的峰值，加速度的信号强度获得咳嗽的强度为中等。咳嗽次数较多的为夜间凌晨2:00-6:00。

通过上述计算机可读介质，可使监测到的数据价值最大化，极大缩短加工处理数据的劳动强度和时间，使咳嗽数据更真实可靠。同时，计算机可读介质的界面交互性好，能做到咳嗽的自动识别、标记及咳嗽频率、强度分析，自动生成咳嗽报告，自动去除录音里的语言信号，利于保护患者隐私。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

上面对本发明专利进行了示例性的描述，显然本发明专利的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明专利的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明专利的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于随身携带的咳嗽监测装置，其特征在于，包括主机、用于供电的电源模块、用于采集声音信号的声音传感器、用于采集呼吸肌肌电信号的表面肌电传感器、用于采集腹壁加速度信号的加速度传感器、用于对所述声音传感器、表面肌电传感器和加速度传感器采集的信号进行滤波处理的滤波器，以及用于存储所述滤波器处理所述信号产生的数据的存储器，所述存储器位于所述主机内，所述数据可导出。

2.根据权利要求1所述的咳嗽监测装置，其特征在于，所述声音传感器、表面肌电传感器和加速度传感器分别与所述主机有线或无线连接。

3.根据权利要求1所述的咳嗽监测装置，其特征在于，所述表面肌电传感器包括三导联肌电电极，所述三导联肌电电极分别用于粘贴在患者锁骨中线第六、七肋间和腹壁，所述加速度传感器用于固定于所述腹壁的肌电电极。

4.根据权利要求1所述的咳嗽监测装置，其特征在于，所述电源模块包括电池，所述电池位于所述主机内，所述声音传感器包括麦克风，所述麦克风用于固定在患者的衣领范围或其附近，所述存储器包括存储卡，所述存储卡与所述主机可拆卸连接。

5.根据权利要求1所述的咳嗽监测装置，其特征在于，所述主机呈大致盒体状，以方便置于口袋内。

6.一种咳嗽监测系统，其特征在于，包括权利要求1至5任一所述的咳嗽监测装置，还包括计算机可读介质，所述计算机可读介质用于通过自动模板归纳+人工修正的方式加工处理所述存储器存储的数据。

7.根据权利要求6所述的一种咳嗽监测系统，其特征在于，所述计算机可读介质用于自动识别异常和无法确认的咳嗽数据，以供分析人员对模板进行编辑修正。

8.根据权利要求6所述的一种咳嗽监测系统，其特征在于，所述计算机可读介质用于将所述声音传感器的数据与所述表面肌电传感器和/或所述加速度传感器的数据结合，以修正咳嗽数据。

9.根据权利要求6所述的一种咳嗽监测系统，其特征在于，所述计算机可读介质根据所述声音传感器、所述表面肌电传感器和所述加速度传感器的数据，判断咳嗽的强度。

10.根据权利要求6所述的一种咳嗽监测系统，其特征在于，所述计算机可读介质用于自动去除所述数据中的语言数据。