CN114767089A - 一种用于肺功能检查的语音引导检测方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于肺功能检查的语音引导检测方法及系统，包括根据肺功能检查项目生成语音检查指令；根据受试者情况从所述语音检查指令中选取对应的语音检查指令；根据对应的语音检查指令引导所述受试者进行肺功能检查；获取肺功能检查的音频信号；对所述音频信号进行预处理；对预处理后的音频信号进行分析计算得到肺功能参数，本方案让医护人员根据肺功能的检查项能进行针对性实时引导，在一定程度上让受检者检查次数减少，同时缓解医护人员的压力，并且为检测人员实时提供受试者的肺功能数据，便于让医护人员对受试者对病理进行针对性判断。
Description
技术领域
本发明属于医疗检测领域，具体涉及一种用于肺功能检查的语音引导检测方法及系统。
背景技术
众所周知，肺功能检查是呼吸系统疾病的必要检查之一，主要用于检测呼吸道的通畅程度、肺容量的大小，对于早期检出肺、气道病变，评估疾病的病情严重程度及预后，评定药物或其他治疗方法的疗效，鉴别呼吸困难的原因，诊断病变部位、评估肺功能对手术的耐受力或劳动强度耐受力及对危重病人的监护等方面有重要的临床价值。
其中，肺功能检查是呼吸系统疾病特别是COPD、支气管哮喘的主要诊断手段，广泛应用于临床呼吸系统及心血管系统疾病的鉴别诊断及辅助诊断以及临床科研各个领域。国家《“十三五”卫生与健康规划》(国发〔2016〕77号)中明确提出“将肺功能检测纳入常规体检”作为实施慢病综合防控的重要内容，《国务院关于实施健康中国行动的意见》国发〔2019〕13号)，也明确指出要“探索高危人群首诊测量肺功能、40岁及以上人群体检检测肺功能……提高基层医疗卫生机构肺功能检查能力”。目前肺功能适宜技术的推广，使肺功能检查在各级医院特别是基层及社区医院得以普及，但其质控结果却令人担忧。
在现有肺功能检查中需要根据质控要求进行反复检测，从而保证质控标准。但现有的机器指令并不能根据肺功能的检查项进行针对性的实时引导，使受检者在一定程度上检查次数增多；机器指令不能快速识别肺功能检查曲线的异常(比如通气功能中的平台样改变为病理情况还是配合不佳)以及不同疾病受检者的个体差异；并且在现有系统中也不能根据受试者呼吸时的音频信号以及肺部信号快速分析得到呼吸流速、肺容量、呼吸比、呼吸频率和曲线是否符合受检者的特征性改变，进而不能为检测人员实时提供受试者准确的肺功能数据，不便于让医护人员对受试者对病理进行针对性判断。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本申请提供一种用于肺功能检查的语音引导检测方法及系统。
第一方面本申请提出了一种用于肺功能检查的语音引导检测方法，包括以下步骤：
根据肺功能检查项目生成语音检查指令；
根据受试者情况从所述语音检查指令中选取对应的语音检查指令；
根据对应的语音检查指令引导所述受试者进行肺功能检查；
获取肺功能检查的音频信号；
对所述音频信号进行预处理；
对预处理后的音频信号进行分析计算得到肺功能参数。
在一些实施例中，上述一种用于肺功能检查的语音引导检测方法中，所述根据受试者情况从所述语音检查指令中选取对应的语音检查指令，包括：
所述语音检查指令包括预备指令和检测指令；
所述预备指令用于引导受试者在检查前进行动作规范，
所述检测指令用于对受检者的呼吸时间和呼吸方式进行引导；
根据不同疾病的受试者，通过所述检测指令实时对受试者进行调整。
在一些实施例中，上述一种用于肺功能检查的语音引导检测方法中，所述对所述音频信号进行预处理，包括：
对所述音频信号进行带通滤波处理，得到滤波后信号；
对所述滤波后信号进行噪声消除处理，获得去噪信号。
在一些实施例中，上述一种用于肺功能检查的语音引导检测方法中，所述对预处理后的音频信号进行分析得到肺功能参数，包括，
将所述去噪信号分为多个帧，根据每个所述帧得到对应的呼气语音段；
计算所述呼气语音段得到对应数量的呼气体积；
针对所述呼气体积计算统计数据，得到呼气比较参数；
在一些实施例中，上述一种用于肺功能检查的语音引导检测方法中，计算所述呼气语音段得到对应数量的呼气体积，包括：
从每个帧提取特征向量得到特征向量集合；
根据所述特征向量集合以及预先测定的气流速率得到流速函数；
基于所述流速函数结合所述呼气语音段的参数得到呼气体积计算函数；
根据所述呼气体积计算函数得到呼吸体积。
在一些实施例中，上述一种用于肺功能检查的语音引导检测方法中，所述对预处理后的音频信号进行分析得到肺功能参数，还包括，
从所述预处理后的音频信号中获取肺部信号；
根据预设的帧长和帧移对所述肺部信号进行分帧处理；
计算各子帧的能量值，得到相应的能量向量；
对所述能量向量进行插值处理；
对插值处理后的能量向量进行峰值检测，得到峰值点，根据预设的阈值划分呼吸周期，得到呼吸周期向量；
计算所述呼吸周期向量的平均值，得到肺呼吸比参数和肺呼吸频率参数。
第二方面本申请提出一种用于肺功能检查的语音引导检测系统，包括指令编辑模块，用于根据肺功能检查项目生成语音检查指令；
指令筛选模块，用于根据受试者情况从所述语音检查指令中选取对应的语音检查指令；
引导模块，用于根据对应的语音检查指令引导所述受试者进行肺功能检查；
音频信号获取模块，用于获取肺功能检查的音频信号；
音频处理模块，用于对所述音频信号进行预处理；
参数分析模块，用于对预处理后的音频信号进行分析计算得到肺功能参数；
结果对比模块，用于根据所述肺功能参数得到肺功能判断指标。
在一些实施例中，上述一种用于肺功能检查的语音引导检测系统中，所述引导模块包括语音引导单元，所述语音引导单元用于医护人员根据实际情况实时发出对应的检测指令和/或用于对受试者进行实时语音指导。
在一些实施例中，上述一种用于肺功能检查的语音引导检测系统中，所述引导模块还包括按键引导单元，所述按键引导单元用于通过键盘键对受检者的呼吸时间进行提示。
本方案的有益效果：
1、在现有肺功能检查中需要根据质控要求进行反复检测前提下，医护人员通过语音引导模块的语音通话单元以及结合不同患者的需求，实时对所述检测指令进行调整，并且结合预备指令引导受试者在检查前进行动作规范，从而保证质控标准。让医护人员根据肺功能的检查项能进行针对性实时引导，在一定程度上让受检者检查次数减少，同时缓解医护人员的压力；
2、受试者通过医护人员的语音检测指令进行检查后，通过对肺功能检查的音频信号进行预处理，然后通过对音频信号的分析从而得到呼吸流速、肺容量、呼吸比和呼吸频率的肺功能参数，基于得到的肺功能参数进行对比，得到肺功能检查的判断结果，为检测人员实时提供受试者的肺功能数据，便于让医护人员对受试者对病理进行针对性判断。
附图说明
图1为本发明的总体流程图。
图2为分析计算呼气比较参数步骤图。
图3为分析计算肺呼吸比参数和肺呼吸频率参数。
图4为肺功能检查的语音引导检测系统原理框图。
具体实施方式
本申请提出一种用于肺功能检查的语音引导检测方法及系统，医护人员通过语音引导模块的语音通话单元以及结合不同患者的需求，实时对所述检测指令进行调整，并且结合预备指令引导受试者在检查前进行动作规范，从而保证质控标准，受试者通过医护人员的语音检测指令进行检查后，通过对肺功能检查的音频信号进行预处理，然后通过对音频信号的分析从而得到呼吸流速、肺容量、呼吸比和呼吸频率的肺功能参数，基于得到的肺功能参数进行对比，得到肺功能检查的判断结果，
下面结合附图对本申请作进一步描述，以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本申请的保护范围。
第一方面本申请提出了一种用于肺功能检查的语音引导检测方法，如图1所示，包括以下步骤：
S100：根据肺功能检查项目生成语音检查指令；
其中，生成的语音检查指令包括预备指令和检测指令；
通过所述预备指令在检查前对受试者进行动作规范的引导，例如：预备指令包括以下语音内容；
受检前：牙齿轻轻咬住咬口，口唇包紧，手捏住鼻子，口角和鼻不能漏气。
通过所述检测指令对受检者的呼吸时间和呼吸方式进行引导；
检测指令包括以下语音内容：
受检时：请进行吸气/呼气/憋气；需要用力大口吸气吸足，然后爆发力呼气(强调最大的力气、最快的速度)等，可以根据医护人员的需求编辑录入需要的检测指令，为了更好地引导受检者进行检查，还可以编辑录入符合当地方言的语音，一定程度上消除医护人员和受检者的沟通状态。
S200：根据受试者情况从所述语音检查指令中选取对应的语音检查指令；
基于上述检测指令可以引导受检者完成常规呼吸检测、爆发呼吸检测、残气检测、潮式呼吸检测、慢肺活量检测和强迫振荡阻力检测。
S300：根据对应的语音检查指令引导所述受试者进行肺功能检查；
S400：获取肺功能检查的音频信号；
其中，获取的音频信号包括所述受试者发出的呼吸声信号和/或肺部信号，获取的呼吸声信号和/或肺部信号包括完整/部分的音频片段。
S500：对所述音频信号进行预处理；
对音频信号先选用巴特沃斯带通滤波器滤波，过滤掉25Hz和高于400Hz的部分，得到滤波后信号，因为在采集的呼吸音信号和/或肺部信号因采集设备与人体接触会不可避免的引入摩擦声，摩擦声在时域信号上表现为高尖的毛刺信号，从而引起误差，为避免引入误差，需对肺部信号进行毛刺噪声消除，毛刺噪声消除的步骤为：将肺音信号预设窗宽(窗宽为0.2-0.4s)进行等间距分割，获取每个窗内的采样点；对窗内采样点取绝对值，计算出该窗口内绝对幅值的平均值并找出最大绝对幅值，找到当前窗口的最大绝对幅值超过绝对幅值平均值3倍的点，此点为毛刺噪声点，该点之前最后的过零点为毛刺噪声的开始点，该点之后的第一个过零点为毛刺噪声的结束点，对开始点和结束点范围的信号进行滤波，完成噪声消除处理，获得去噪信号。
S600：对预处理后的音频信号进行分析计算得到肺功能参数。
需要分析得到的肺功能参数包括呼气比较参数、肺呼吸比参数和肺呼吸频率参数；
如图2所示分析计算呼气比较参数包括以下步骤：
S610：将所述去噪信号分为多个帧，根据每个所述帧得到对应的呼气语音段；
语音信号被采样和数字化，然后被分成大小相等的帧{z1，z2，…zN}，每个帧的长度通常在5ms和40ms(例如，10ms-30ms)之间。
S611：从每个帧提取特征向量得到特征向量集合；
从每个帧zn中提取特征向量vn，得到特征向量集合{v1,v2,…vN}；
S612：根据所述特征向量集合以及预先测定的气流速率得到流速函数；
预测的气流速率为受试者在呼吸时通过气流速度描记器导出的对应气流速率集合{Φ1,Φ2,…ΦN}，根据特征向量集合和气流速率集合中得到流速函数Φ(z)，根据帧的特征向量来得到呼出的空气的流速；
其中，特征向量为帧的总能量
气流速率函数Φ(v)＝Φ(k)，进一步的，ΦU(k)＝a0+a1k+a2k2+…+aqkq，a为常数。
S613：基于所述流速函数结合所述呼气语音段的参数得到呼气体积计算函数；
呼气语音段的参数包括L个呼气语音段，每个呼气语音段的持续时间为TL；所以呼气体积计算函数为
S614：根据所述呼气体积计算函数得到呼吸体积；
得到L个呼气体积值；
S615：针对所述呼气体积计算统计数据，得到呼气比较参数；
随后，针对呼气体积值计算统计数据。这些统计数据可以包括例如平均值、中位数、标准偏差、最大值，如上所述，然后将这些统计数据作为呼气比较参数，用于与正常值进行对比参考。
如图3所示，分析计算肺呼吸比参数和肺呼吸频率参数包括以下步骤：
S620：从所述预处理后的音频信号中获取肺部信号；
S621：根据预设的帧长和帧移对所述肺部信号进行分帧处理；
音频信号分帧处理为：根据帧长B为512和帧移B/2为256，各子帧之间相互重叠256点的数据长度，对采集的肺部信号进行分帧处理，分帧之后第M帧的肺音信号为PM
S622：计算各子帧的能量值，得到相应的能量向量；
其中，计算的能量值为短时能量值，用se表示，每个子帧的能量为该子帧所有采样点的平方和，第M帧的肺部信号PM的能量为se(M)：
其中B为帧长，计算完成之后，将该子帧的能量se(M)与该子帧的时间t(M)相对应，生成能量向量SE；
S623：对所述能量向量进行插值处理；
对能量向量SE进行至少3次样条插值，降低能量向量SE的稀疏度。
S624：对插值处理后的能量向量进行峰值检测，得到峰值点，根据预设的阈值划分呼吸周期，得到呼吸周期向量；
对能量向量SE进行峰值检测，检测出能量向量SE的峰值点，然后设置合适的阈值δ，此处的阈值δ根据能量向量SE的峰值点来确定，具体可以设置为：(能量向量SE的峰值点avg)/3；划分吸气周期Rxq(M)和呼气周期Rhq(M)，得到该段时间内的吸气周期向量Rxq和呼气周期向量Rhq。
比较能量值se(M)与阈值δ的大小，若一段时间内的能量值se(M)大于阈值δ，则认为该周期为吸气周期Rxq(M)，
若一段时间内的能量值se(M)小于阈值δ，则认为该周期为呼气周期Rhq(M)，再分别将两个周期的值组成吸气周期向量Rxq和呼气周期向量Rhq。
S625：计算所述呼吸周期向量的平均值，得到肺呼吸比参数和肺呼吸频率参数。
计算吸气周期向量Rxq和呼气周期向量Rhq的平均值
和
得到肺呼吸比数值Rhx和肺呼吸频率数值Br，其中肺呼吸比数值
和肺呼吸频率数值
其中G为呼吸周期时间参数具体可以设置为60s、120s或180s等，时间越长相对得到的频率更较为准确。
如图4所示，第二方面本申请提出一种用于肺功能检查的语音引导检测系统，包括指令编辑模块，用于根据肺功能检查项目生成语音检查指令；
指令筛选模块，用于根据受试者情况从所述语音检查指令中选取对应的语音检查指令；
引导模块，用于根据对应的语音检查指令引导所述受试者进行肺功能检查；
音频信号获取模块，用于获取肺功能检查的音频信号；
音频处理模块，用于对所述音频信号进行预处理；
参数分析模块，用于对预处理后的音频信号进行分析计算得到肺功能参数；
结果对比模块，用于根据所述肺功能参数得到肺功能判断指标。
其中，指令编辑模块的程序还能根据当地要求，录入适合当地的语音，并且，该模块的程序能便捷植入原有的肺功能检查仪器，不需要连接专门的肺功能语音系统或者更换肺功能检查仪器。
在一些实施例中，上述一种用于肺功能检查的语音引导检测系统中，所述引导模块包括语音引导单元，所述语音引导单元用于医护人员根据实际情况实时发出对应的检测指令和/或用于对受试者进行实时语音指导。
语音引导单元可以帮助实时监测肺功能检查结果的质量控制，对受检者配合不佳的动作，检查人员可快速做出判断并予以针对性的引导，提高受检者的配合度、检查效率和结果的准确性，在检查时及时发现受检者不能配合良好及达到质控要求的动作，予以实时指导、现场演示不能完成动作，同时减轻患者检查次数及检查负担。
在一些实施例中，上述一种用于肺功能检查的语音引导检测系统中，所述引导模块还包括按键引导单元，所述按键引导单元用于通过键盘键对受检者的呼吸时间进行提示。
键盘可以为数字类键盘，例如可以用按键1-连接呼气引导语音，引导患者进行呼气，按键2-连接吸气引导语音引导患者进行吸气，按键3或5-连接憋气引导语音引导患者进行憋气，通过用按键的时间来控制语音发声的时间长短，比如用按键1和按键2控制吸气和呼气，呼气时间持续3秒(儿童)或者6秒(成人)，在该基础上完成用力通气功能检测，并在该基础之上，完成支气管舒张试验和支气管激发试验。
在检查人员键盘语音指示下，可及时根据受检者的检查情况，实时调整语音的长短、频率，以期在较短时间内达到有效的肺功能检查结果。
以上仅是本发明优选的实施方式，需指出的是，对于本领域技术人员在不脱离本技术方案的前提下，作出的若干变形和改进的技术方案应同样视为落入本权利要求书要求保护的范围。
Claims (9)
1.一种用于肺功能检查的语音引导检测方法，其特征在于：包括以下步骤：
根据肺功能检查项目生成语音检查指令；
根据受试者情况从所述语音检查指令中选取对应的语音检查指令；
根据对应的语音检查指令引导所述受试者进行肺功能检查；
获取肺功能检查的音频信号；
对所述音频信号进行预处理；
对预处理后的音频信号进行分析计算得到肺功能参数。
2.根据权利要求1所述的一种用于肺功能检查的语音引导检测方法，其特征在于：所述根据受试者情况从所述语音检查指令中选取对应的语音检查指令，包括：
所述语音检查指令包括预备指令和检测指令；
所述预备指令用于引导受试者在检查前进行动作规范，
所述检测指令用于对受检者的呼吸时间和呼吸方式进行引导；
根据不同疾病的受试者，通过所述检测指令实时对受试者进行调整。
3.根据权利要求2所述的一种用于肺功能检查的语音引导检测方法，其特征在于：所述对所述音频信号进行预处理，包括：
对所述音频信号进行带通滤波处理，得到滤波后信号；
对所述滤波后信号进行噪声消除处理，获得去噪信号。
4.根据权利要求3所述的一种用于肺功能检查的语音引导检测方法，其特征在于：所述对预处理后的音频信号进行分析得到肺功能参数，包括，
将所述去噪信号分为多个帧，根据每个所述帧得到对应的呼气语音段；
计算所述呼气语音段得到对应数量的呼气体积；
针对所述呼气体积计算统计数据，得到呼气比较参数。
5.根据权利要求4所述的一种用于肺功能检查的语音引导检测方法，其特征在于：计算所述呼气语音段得到对应数量的呼气体积，包括：
从每个帧提取特征向量得到特征向量集合；
根据所述特征向量集合以及预先测定的气流速率得到流速函数；
基于所述流速函数结合所述呼气语音段的参数得到呼气体积计算函数；
根据所述呼气体积计算函数得到呼吸体积。
6.根据权利要求4所述的一种用于肺功能检查的语音引导检测方法，其特征在于：所述对预处理后的音频信号进行分析得到肺功能参数，还包括，
从所述预处理后的音频信号中获取肺部信号；
根据预设的帧长和帧移对所述肺部信号进行分帧处理；
计算各子帧的能量值，得到相应的能量向量；
对所述能量向量进行插值处理；
对插值处理后的能量向量进行峰值检测，得到峰值点，根据预设的阈值划分呼吸周期，得到呼吸周期向量；
计算所述呼吸周期向量的平均值，得到肺呼吸比参数和肺呼吸频率参数。
7.一种用于肺功能检查的语音引导检测系统，其特征在于：
包括指令编辑模块，用于根据肺功能检查项目生成语音检查指令；
指令筛选模块，用于根据受试者情况从所述语音检查指令中选取对应的语音检查指令；
引导模块，用于根据对应的语音检查指令引导所述受试者进行肺功能检查；
音频信号获取模块，用于获取肺功能检查的音频信号；
音频处理模块，用于对所述音频信号进行预处理；
参数分析模块，用于对预处理后的音频信号进行分析计算得到肺功能参数；
结果对比模块，用于根据所述肺功能参数得到肺功能判断指标。
8.根据权利要求7所述的一种用于肺功能检查的语音引导检测系统，其特征在于：所述引导模块包括语音引导单元，所述语音引导单元用于医护人员根据实际情况实时发出对应的检测指令和/或用于对受试者进行实时语音指导。
9.根据权利要求8所述的一种用于肺功能检查的语音引导检测系统，其特征在于：所述引导模块还包括按键引导单元，所述按键引导单元用于通过键盘键对受检者的呼吸时间进行提示。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210330092.4A CN114767089A (zh) | 2022-03-31 | 2022-03-31 | 一种用于肺功能检查的语音引导检测方法及系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210330092.4A CN114767089A (zh) | 2022-03-31 | 2022-03-31 | 一种用于肺功能检查的语音引导检测方法及系统 |
Publications (1)
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|---|---|
| CN114767089A true CN114767089A (zh) | 2022-07-22 |
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