如何使用機(jī)器學(xué)習(xí)正確分類(lèi)咳嗽

新加坡科技與設(shè)計(jì)大學(xué) (SUTD) 的研究人員表明，深度學(xué)習(xí)模型僅使用咳嗽聲就能準(zhǔn)確區(qū)分健康兒童和患病兒童。這些發(fā)現(xiàn)發(fā)表在《傳感器》雜志上，可以為更有效地篩查兒童呼吸道疾病打開(kāi)大門(mén)，并可能減輕患者、父母和醫(yī)生等人的巨大負(fù)擔(dān)。

在兒童中，咳嗽可能是多種呼吸道疾病的征兆，包括哮喘、鼻竇炎和呼吸道感染。咳嗽作為一種癥狀無(wú)處不在，這意味著醫(yī)生通常必須進(jìn)行額外的測(cè)試和程序才能做出明確的診斷。

領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)研究的 SUTD 助理教授陳杰明說(shuō)：“這些測(cè)試需要去醫(yī)院就診，對(duì)孩子來(lái)說(shuō)并非沒(méi)有風(fēng)險(xiǎn)，而且對(duì)醫(yī)療資源提出了要求。”“此外，此類(lèi)探視對(duì)孩子及其家人還有其他負(fù)面的社會(huì)或經(jīng)濟(jì)影響，例如下班時(shí)間和需要特定的托兒安排。”

減輕患者以及整個(gè)醫(yī)療保健系統(tǒng)的這種負(fù)擔(dān)的需要導(dǎo)致人們?cè)絹?lái)越關(guān)注利用咳嗽聲音的微小差異來(lái)區(qū)分一種呼吸系統(tǒng)疾病。然而，大多數(shù)研究都依賴(lài)于在錄音室環(huán)境中仔細(xì)記錄的咳嗽音頻，這使得它們不適合實(shí)際應(yīng)用，因?yàn)楸尘霸胍艉偷蜋n設(shè)備可能會(huì)影響記錄的咳嗽質(zhì)量。

為了解決這個(gè)問(wèn)題，來(lái)自 KK 婦女兒童醫(yī)院和杜克-新加坡國(guó)立大學(xué)醫(yī)學(xué)院的陳助理教授和合作者 Hee Hwan Ing 博士在現(xiàn)場(chǎng)醫(yī)院環(huán)境中使用智能手機(jī)收集的咳嗽記錄，以反映真實(shí)的“生態(tài)”狀況。接下來(lái)，為了幫助他們準(zhǔn)確地將咳嗽記錄分類(lèi)為疾病或健康，該團(tuán)隊(duì)轉(zhuǎn)向了一種特定類(lèi)型的深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，稱(chēng)為雙向長(zhǎng)短期記憶 (BiLSTM)。

與其他人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相比，BiLSTM 由可以在任意時(shí)間內(nèi)記住值的單個(gè)單元組成。陳教授解釋說(shuō)，這種記憶機(jī)制使 BiLSTMs 特別適合處理像音頻這樣的順序數(shù)據(jù)。

為了訓(xùn)練和測(cè)試他們的模型，該團(tuán)隊(duì)使用了 89 名哮喘兒童、160 名下呼吸道感染兒童和 78 名上呼吸道感染兒童的咳嗽記錄。作為比較，它們還包括來(lái)自 89 名健康兒童的咳嗽聲。

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