本發(fā)明涉及咳嗽監(jiān)測設(shè)備，具體為一種便攜式全天候咳嗽監(jiān)測設(shè)備及使用方法。

背景技術(shù)：

1、咳嗽是機(jī)體重要的防御性反射，可將吸入的粉塵、病原微生物和煙霧等異物排出呼吸系統(tǒng)，隨著工業(yè)化、城市化的快速發(fā)展，生活環(huán)境中污染物、刺激物增多，導(dǎo)致病理性咳嗽患者數(shù)量逐年上升，病理性咳嗽通常分為急性咳嗽、亞急性咳嗽和慢性咳嗽；

2、咳嗽是各種肺部疾病風(fēng)險評分中的重要組成部分，對病人咳嗽情況的掌握在臨床實(shí)踐中至關(guān)重要，因此對咳嗽的監(jiān)測在醫(yī)學(xué)上有著重要的意義，目前大多數(shù)醫(yī)護(hù)人員對病人咳嗽情況的掌握，是通過詢問咳嗽病人，由咳嗽病人對咳嗽情況的反饋獲得的，由于咳嗽病人文化水平，醫(yī)學(xué)知識理論、語言概況能力及自我耐受能力存在較大差異或者就不具備這樣的能力，導(dǎo)致其很難將其咳嗽的情況采用數(shù)據(jù)定量的方式，如實(shí)得反饋給醫(yī)護(hù)人員，對咳嗽情況多存在模糊甚至錯誤描述，特別是涉及全天候咳嗽情況時，咳嗽病人更是無法把這樣較大時間跨度內(nèi)的咳嗽頻次、力度等情況如實(shí)的反饋給醫(yī)護(hù)人員，這樣就導(dǎo)致醫(yī)護(hù)人員獲得失真的咳嗽情況反饋，容易誤導(dǎo)醫(yī)護(hù)人員做出錯誤判斷；

3、而目前一些大型醫(yī)院也擁有能對病人咳嗽情況進(jìn)行全天候檢測的設(shè)備，但大多是較大的臺式設(shè)備，病人無法隨身攜帶，病人在醫(yī)院才能夠進(jìn)行檢測，一旦病人離開醫(yī)院該檢測就無法進(jìn)行，比起病人在醫(yī)院治療期間的咳嗽情況，發(fā)病初期和康復(fù)期的咳嗽情況使醫(yī)護(hù)人員對病情的掌握尤其重要，而大多數(shù)病人在發(fā)病初期和康復(fù)期并不在醫(yī)院，這給病人咳嗽的檢測帶來較大的困難，使得醫(yī)護(hù)人員也難以如實(shí)掌握病人的咳嗽情況。

4、為此，我們提供了一種便攜式全天候咳嗽監(jiān)測設(shè)備及使用方法，用以解決上述中的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種便攜式全天候咳嗽監(jiān)測設(shè)備及使用方法，具備了能夠?qū)崟r監(jiān)測患者咳嗽狀態(tài)的優(yōu)點(diǎn)，解決了大多數(shù)病人在發(fā)病初期和康復(fù)期并不在醫(yī)院，給病人咳嗽的檢測帶來較大的困難，使得醫(yī)護(hù)人員也難以如實(shí)掌握病人咳嗽情況的問題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種便攜式全天候咳嗽監(jiān)測設(shè)備，包括外殼組件，所述外殼組件包括殼體，所述殼體的表面安裝有聲敏傳感器、數(shù)據(jù)處理單元、電源管理單元和異常報(bào)警單元，所述聲敏傳感器的數(shù)量為兩個，且分別安裝于殼體的兩端，所述數(shù)據(jù)處理單元和電源管理單元均安裝于殼體的內(nèi)腔，所述數(shù)據(jù)處理單元包括dsp芯片、存儲模塊、通訊模塊和輸出接口，所述dsp芯片用于處理數(shù)據(jù)，所述存儲模塊用于存儲數(shù)據(jù)，所述通訊模塊和輸出接口用于傳輸數(shù)據(jù)，所述電源管理單元包括充電電池和充電接口，所述充電電池用于對聲敏傳感器、數(shù)據(jù)處理單元和異常報(bào)警單元提供電能，所述異常報(bào)警單元包括顯示屏、指示燈和蜂鳴器，所述顯示屏固定于殼體表面的一側(cè)，所述指示燈和蜂鳴器均固定于殼體表面的另一側(cè)，所述聲敏傳感器的輸出端與數(shù)據(jù)處理單元的輸入端連接，所述數(shù)據(jù)處理單元的輸出端與異常報(bào)警單元的輸入端連接。

3、優(yōu)選的，所述dsp芯片包括特征提取、機(jī)器學(xué)習(xí)分類和模型訓(xùn)練，所述特征提取用于提取咳嗽特征信息，所述機(jī)器學(xué)習(xí)分類用于對咳嗽音頻分類處理，所述模型訓(xùn)練用于咳嗽測試。

4、優(yōu)選的，所述存儲模塊包括存儲硬盤和云存儲，所述存儲模塊用于存儲歷史監(jiān)測信息和模型訓(xùn)練數(shù)據(jù)，所述通訊模塊通過藍(lán)牙或wifi與外部手機(jī)app連接。

5、優(yōu)選的，所述特征提取采用vggish自動提取采集的咳嗽音頻，所述機(jī)器學(xué)習(xí)分類采用logistic回歸算法，所述模型訓(xùn)練采用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)模型。

6、優(yōu)選的，所述外殼組件還包括支架和墊片，所述支架和墊片均設(shè)置有兩個，所述支架固定于殼體后端的兩側(cè)，所述墊片固定于殼體前端的兩側(cè)。

7、優(yōu)選的，所述logistic回歸算法采用sigmoid激活函數(shù)將線性回歸產(chǎn)生的預(yù)測值z＝ωt+b映射到在0或1之間范圍的y值，sigmoid函數(shù)計(jì)算公式如下：

8、

9、由此得到logistic回歸公式：

10、

11、則預(yù)測函數(shù)的值表示y＝1的概率，所以有y＝1和y＝0的概率分別為：

12、

13、則輸入數(shù)據(jù)代入z中再由sigmoid函數(shù)映射到0與1之間，得到數(shù)值之后進(jìn)行分類，大于0.5的分入正類，反之，分為負(fù)類。

14、優(yōu)選的，所述模型訓(xùn)練步驟如下：

15、首先進(jìn)行預(yù)處理，每個輸入咳嗽記錄被分成6秒音頻塊，根據(jù)需要填充，用mfcc包處理，cnn結(jié)構(gòu)由三個并行的resnet50組成，每個resnet50模型的7×7×2048的4維張量輸出層并行連接，這些resnet50沒有經(jīng)過預(yù)訓(xùn)練；

16、然后使用globalaveragepooling的2維層將這三個級聯(lián)張量的輸出合并在一起，使用relu激活的1024個神經(jīng)元深度連接神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)層；

17、最后使用sigmoid激活函數(shù)的二分類層，除了患者的咳嗽聲音數(shù)據(jù)這一特征來訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)外，還可使用肌肉退化、聲帶變化、情緒變化這三類生物標(biāo)記來訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)，將這三類生物標(biāo)記特征加入到cnn網(wǎng)絡(luò)中，通過肌肉疲勞和退化這一特征，引入一種記憶衰退模型，通過使用m＝(ix)＝poisson(λ)ix中的泊松掩模修改所有訓(xùn)練和測試集的輸入信號，然后通過將該值乘以參數(shù)ix和λ的隨機(jī)泊松分布來計(jì)算咳嗽記錄mfcc點(diǎn)ix的泊松掩模，其中λ為mfcc中所有值的平均值，其中泊松分布公式為：

18、

19、根據(jù)聲帶變化特征，訓(xùn)練一個來自mfcc的輸入形狀為(300，200)的resnet50網(wǎng)絡(luò)，使用librispeech進(jìn)行區(qū)分，通過引入情緒變化特征，訓(xùn)練情緒語音分類器模型，以學(xué)習(xí)ravdess語音數(shù)據(jù)集上的情緒特征。

20、優(yōu)選的，其使用方法包括如下步驟：

21、a)首先將外殼組件佩戴在頸部，殼體的前端位于頸前兩側(cè)，支架與后頸貼合，墊片與頸前皮膚貼合，顯示屏能夠?qū)ぷ鳡顟B(tài)進(jìn)行顯示，通過充電電池對監(jiān)測設(shè)備提供電能，通過充電接口與外部電源適配器可進(jìn)行充電作業(yè)，佩戴者咳嗽時聲敏傳感器能夠?qū)人月曔M(jìn)行采集；

22、b)聲敏傳感器將采集的音頻信息通過數(shù)據(jù)處理單元進(jìn)行樣本預(yù)處理、特征提取、特征選擇、訓(xùn)練測試后得出監(jiān)測結(jié)果，存儲模塊的云存儲內(nèi)存有咳嗽音頻信息及相關(guān)癥狀病例，dsp芯片預(yù)先利用原始數(shù)據(jù)建立訓(xùn)練模型，通過訓(xùn)練模型對采集的咳嗽聲進(jìn)行分析，聲敏傳感器采集的實(shí)時咳嗽聲通過vggish自動提取，然后通過logistic回歸算法對提取的音頻信息進(jìn)行分類，分類后通過建立的訓(xùn)練模型對咳嗽信息進(jìn)行分析，從而能夠?qū)人誀顟B(tài)進(jìn)行監(jiān)測和記錄，并將咳嗽信息記錄在存儲模塊的硬盤內(nèi)；

23、c)監(jiān)測出的咳嗽結(jié)果可通過通訊模塊采用藍(lán)牙或wifi的方式傳輸至外部手機(jī)app內(nèi)，在患者復(fù)診時可通過輸出接口將患者康復(fù)期間的咳嗽數(shù)據(jù)導(dǎo)出，或通過手機(jī)app查詢，咳嗽較為嚴(yán)重時蜂鳴器會發(fā)出報(bào)警聲，指示燈會亮紅燈，已提醒患者和護(hù)理人員。

24、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下：

25、本發(fā)明通過設(shè)置外殼組件、聲敏傳感器、數(shù)據(jù)處理單元、電源管理單元和異常報(bào)警單元，起到了能夠全天候?qū)颊叩目人誀顟B(tài)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測的效果，通過殼體、支架和墊片的配合，能夠方便患者攜帶使用，通過聲敏傳感器能夠?qū)人月曔M(jìn)行采集，通過數(shù)據(jù)處理單元能夠?qū)人誀顟B(tài)進(jìn)行分析記錄，電源管理單元能夠?qū)ΡO(jiān)測設(shè)備提供電能使其穩(wěn)定運(yùn)行，通過異常報(bào)警單元能夠在發(fā)生異常時及時通知醫(yī)護(hù)人員，從而能夠使醫(yī)護(hù)人員及時掌握患者在康復(fù)期的咳嗽情況，有效的提高了醫(yī)護(hù)人員的治療效果。