基于鼾聲判斷osahs患者上氣道狹窄或阻塞部位的方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及基于鼾聲判斷OSAHS患者上氣道狹窄或阻塞部位的方法，包括以下步驟：1）搭建好合適的錄音環(huán)境，記錄患者整晚的鼾聲信號(hào)；2）對(duì)整晚的鼾聲信號(hào)進(jìn)行篩選，選定多個(gè)鼾聲事件，并手動(dòng)找到鼾聲事件的吸氣段錄音，切取多個(gè)鼾聲吸氣段以待用；3）利用鼾聲吸氣段建立完整上氣道聲學(xué)模型，利用該上氣道聲學(xué)模型并結(jié)合患者的鼾聲信號(hào)，估算出患者上氣道各腔體的橫截面積；4）根據(jù)上氣道各腔體的橫截面積，對(duì)患者上氣道狹窄或阻塞的部位作出判斷；本發(fā)明與傳統(tǒng)的醫(yī)院專(zhuān)業(yè)診斷方法相比，提出了一種比醫(yī)院診斷方法更廉價(jià)、便捷且有效的方法，該方法有望成為一種簡(jiǎn)單、高效、與患者非接觸式的全新輔助診斷手段，對(duì)推動(dòng)醫(yī)療診斷等研究領(lǐng)域有著非常重要的意義。
【專(zhuān)利說(shuō)明】基于鼾聲判斷OSAHS患者上氣道狹窄或阻塞部位的方法
[【技術(shù)領(lǐng)域】]
[0001]本發(fā)明涉及確定阻塞性睡眠呼吸暫停低通氣綜合癥的患者上氣道狹窄或阻塞部位的方法【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地說(shuō)是一種基于鼾聲判斷OSAHS患者上氣道狹窄或阻塞部位的方法。
[【背景技術(shù)】]
[0002]目前，OSAHS (阻塞性睡眠呼吸暫停低通氣綜合癥，Obstructive Sleep ApneaHypopnea Syndrome的縮寫(xiě))患者在手術(shù)治療前均需進(jìn)行CT檢查，以明確患者上氣道狹窄畸形或阻塞的情況。傳統(tǒng)的確定上氣道狹窄或阻塞部位的方法是醫(yī)院專(zhuān)業(yè)儀器診斷后，再由醫(yī)院專(zhuān)業(yè)人員分析，最后經(jīng)過(guò)該檢查技術(shù)與手段判斷上氣道狹窄或阻塞的部位，如附圖1所示，然而，這種檢查手段不僅費(fèi)用昂貴，而且對(duì)受檢者的身體健康也有一定的副作用。由于OSAHS患者的上呼吸道生理結(jié)構(gòu)較之正常人在某些部位有塌陷或變異，而這種生理結(jié)構(gòu)的差異會(huì)通過(guò)鼾聲相應(yīng)的表現(xiàn)出來(lái)，因此，如果能夠依據(jù)患者的鼾聲信號(hào)提出一種完整上氣道聲學(xué)模型，估計(jì)出上氣道聲學(xué)模型中各段聲管的橫截面積，從而找出上氣道狹窄或阻塞的部位，將在醫(yī)學(xué)界具有非常重要的意義。
[
【發(fā)明內(nèi)容】
]
[0003]本發(fā)明的目的就是要解決上述的不足而提供一種基于鼾聲判斷OSAHS患者上氣道狹窄或阻塞部位的方法，該方法比醫(yī)院診斷方法更廉價(jià)、便捷且有效，有望成為一種簡(jiǎn)單、高效、與患者非接觸式的全新輔助診斷手段。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的設(shè)計(jì)一種基于鼾聲判斷OSAHS患者上氣道狹窄或阻塞部位的方法，包括以下步驟: [0005]I)搭建好合適的錄音環(huán)境，記錄患者整晚的鼾聲信號(hào)；
[0006]2)對(duì)整晚的鼾聲信號(hào)進(jìn)行篩選，選定多個(gè)鼾聲事件，并手動(dòng)找到鼾聲事件的吸氣段錄音，切取多個(gè)鼾聲吸氣段以待用；
[0007]3)利用鼾聲吸氣段建立完整上氣道聲學(xué)模型，利用該上氣道聲學(xué)模型并結(jié)合患者的鼾聲信號(hào)，估算出患者上氣道各腔體的橫截面積；
[0008]4)根據(jù)上氣道各腔體的橫截面積，對(duì)患者上氣道狹窄或阻塞的部位作出判斷。
[0009]步驟I)中，采用非接觸式無(wú)指向性電容式麥克風(fēng)進(jìn)行錄音，錄音時(shí)，信噪比大于10dB，將麥克風(fēng)懸掛在距離患者12-18cm處，頻響范圍為50~15000Hz，開(kāi)路電壓輸出電平為-40+3.5dB，錄音的格式設(shè)定為WAV，采用8KHz采樣，16bit量化，將所得的鼾聲信號(hào)保存在電腦中。
[0010]步驟2)中，對(duì)鼾聲信號(hào)進(jìn)行篩選時(shí)，檢測(cè)鼾聲信號(hào)中的鼾聲事件和呼吸事件，鼾聲事件應(yīng)滿足大于0.56秒小于60秒的限制條件，呼吸事件應(yīng)滿足大于10秒小于90秒的限制條件，只有鼾聲事件和呼吸事件同時(shí)滿足限制條件的情況下，選定的鼾聲事件才能計(jì)入AHI的計(jì)算，鼾聲事件的吸氣段也才能用。[0011]步驟3)中，所述上氣道聲學(xué)模型為一個(gè)具有三端口的模型，該模型包括咽腔、口腔和鼻腔三個(gè)分支，咽腔、口腔和鼻腔分別由若干段等長(zhǎng)但橫截面積不相等的聲管組成，咽腔起始于聲門(mén)、終止于軟腭游離緣，口腔起始于軟腭游離緣、終止于口唇，鼻腔起始于軟腭游離緣、終止于鼻孔。
[0012]所述上氣道聲學(xué)模型的頻率響應(yīng)函數(shù)具有ARMA模型的形式，參照ARMA模型參數(shù)與聲道聲管反射系數(shù)之間的關(guān)系得到ARMA模型參數(shù)與上氣道聲管反射系數(shù)之間的關(guān)系，利用線性ARMA參數(shù)估計(jì)算法，以及ARMA模型參數(shù)與上氣道聲學(xué)模型中各段聲管反射系數(shù)、橫截面積之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，求取上氣道聲學(xué)模型中各段聲管的反射系數(shù)，推算出患者上氣道各段聲管的橫截面積。
[0013]本發(fā)明具有如下有益效果:利用ARMA模型參數(shù)與上氣道聲學(xué)模型中各節(jié)聲管反射系數(shù)、橫截面積之間存在對(duì)應(yīng)關(guān)系，利用這一關(guān)系估計(jì)出上氣道中咽腔、口腔和鼻腔三個(gè)腔體的聲管橫截面積，從而對(duì)上氣道狹窄或可能發(fā)生阻塞的部位做出判斷，為醫(yī)療診斷服務(wù)以及醫(yī)生對(duì)患者實(shí)施有效的手術(shù)治療提供了可靠的參考依據(jù)，與傳統(tǒng)的醫(yī)院專(zhuān)業(yè)診斷方法相比，本發(fā)明提出了一種比醫(yī)院診斷方法更廉價(jià)、便捷且有效的方法，該方法有望成為一種簡(jiǎn)單、高效、與患者非接觸式的全新輔助診斷手段，對(duì)推動(dòng)醫(yī)療診斷等研究領(lǐng)域有著非常重要的意義；此外，本發(fā)明所述的基于鼾聲判斷OSAHS患者上氣道狹窄或阻塞部位的方法，避免了傳統(tǒng)醫(yī)院專(zhuān)業(yè)診斷方法所帶來(lái)的費(fèi)用昂貴，以及對(duì)受檢者的身體健康有一定副作用的缺陷，值得推廣應(yīng)用。
[【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】]
[0014]圖1是傳統(tǒng)的醫(yī)院判斷上氣道狹窄或阻塞部位的流程示意圖；
[0015]圖2是本發(fā)明判斷上氣道狹窄或阻塞部位的流程示意圖；
[0016]圖3是上氣道生理結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖4是本發(fā)明中完整上`氣道聲學(xué)模型示意圖；
[0018]圖5是閉合的口腔信號(hào)格型圖；
[0019]圖6是完整上氣道聲學(xué)模型信號(hào)格型圖；
[0020]圖7是不同嚴(yán)重程度患者(各選一人)咽腔橫截面積對(duì)比示意圖；
[0021]圖8是不同嚴(yán)重程度患者咽腔橫截面積盒型對(duì)比示意圖；
[0022]圖9是某手術(shù)患者會(huì)厭區(qū)(左)、舌根區(qū)(中)、軟腭區(qū)(右)CT掃描示意圖；
[0023]圖10是會(huì)厭區(qū)(a)、舌根區(qū)(b)、軟腭區(qū)(C)橫截面積對(duì)比示意圖；
[0024]圖中:1、咽腔2、口腔3、鼻腔。
[【具體實(shí)施方式】]
[0025]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作以下進(jìn)一步說(shuō)明:
[0026]本發(fā)明包括以下步驟:
[0027]I)搭建好合適的錄音環(huán)境，記錄患者整晚的鼾聲信號(hào)。為了得到高質(zhì)量的鼾聲信號(hào)，采用非接觸式無(wú)指向性電容式麥克風(fēng)進(jìn)行錄音，錄音時(shí)，信噪比大于10dB，將麥克風(fēng)懸掛在距離患者12-18cm處，頻響范圍為50~15000Hz，開(kāi)路電壓輸出電平為-40+3.5dB,錄音的格式設(shè)定為WAV，采用8KHz采樣，16bit量化，將所得的鼾聲信號(hào)保存在電腦中；[0028]2)對(duì)整晚的鼾聲信號(hào)進(jìn)行篩選，選定多個(gè)鼾聲事件，并手動(dòng)找到鼾聲事件的吸氣段錄音，切取多個(gè)鼾聲吸氣段以待用。其中，對(duì)鼾聲信號(hào)進(jìn)行篩選時(shí)，檢測(cè)鼾聲信號(hào)中的鼾聲事件和呼吸事件，鼾聲事件應(yīng)滿足大于0.56秒小于60秒的限制條件，呼吸事件應(yīng)滿足大于10秒小于90秒的限制條件，只有鼾聲事件和呼吸事件同時(shí)滿足限制條件的情況下，選定的鼾聲事件才能計(jì)入AHI (睡眠呼吸暫停低通氣指數(shù))的計(jì)算，鼾聲事件的吸氣段也才能用；
[0029]3)利用鼾聲吸氣段建立完整上氣道聲學(xué)模型，利用該上氣道聲學(xué)模型并結(jié)合患者的鼾聲信號(hào)，估算出患者上氣道各腔體的橫截面積。其中，上氣道聲學(xué)模型為一個(gè)具有三端口的模型，該模型包括咽腔1、口腔2和鼻腔3三個(gè)分支，咽腔、口腔和鼻腔分別由若干段等長(zhǎng)但橫截面積不相等的聲管組成，咽腔起始于聲門(mén)、終止于軟腭游離緣，口腔起始于軟腭游離緣、終止于口唇，鼻腔起始于軟腭游離緣、終止于鼻孔。上氣道聲學(xué)模型的頻率響應(yīng)函數(shù)具有ARMA模型的形式，參照ARMA模型參數(shù)與聲道聲管反射系數(shù)之間的關(guān)系得到ARMA模型參數(shù)與上氣道聲管反射系數(shù)之間的關(guān)系，利用線性ARMA參數(shù)估計(jì)算法，以及ARMA模型參數(shù)與上氣道聲學(xué)模型中各段聲管反射系數(shù)、橫截面積之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，求取上氣道聲學(xué)模型中各段聲管的反射系數(shù)，推算出患者上氣道各段聲管的橫截面積。
[0030]4)根據(jù)上氣道各腔體的橫截面積，對(duì)患者上氣道狹窄或阻塞的部位作出判斷。
[0031]本發(fā)明采用麥克風(fēng)錄音OSAHS患者的鼾聲信號(hào)，對(duì)鼾聲這種特定的聲音信號(hào)建模。本發(fā)明在傳統(tǒng)的聲道模型的基礎(chǔ)上提出建立完整上氣道聲學(xué)模型，即包括咽腔、鼻腔和口腔，該模型的頻率響應(yīng)函數(shù)具有自回歸滑動(dòng)平均(Auto-Regressive MovingAverage, ARMA)模型的形式，該ARMA模型參數(shù)與上氣道聲學(xué)模型中各節(jié)聲管反射系數(shù)、橫截面積之間存在對(duì)應(yīng)關(guān)系，利用這一關(guān)系估計(jì)出上氣道中三個(gè)腔體的聲管橫截面積，從而對(duì)上氣道狹窄或可能阻塞的部位做出預(yù)估，如對(duì)上氣道的咽腔中的狹窄或可能阻塞的部位做出預(yù)估。
[0032]本發(fā)明建立一種適合于描述鼾聲的完整上氣道聲學(xué)模型，結(jié)合該模型并利用患者的鼾聲信號(hào)估計(jì)出患者上氣道各腔體的橫截面積，從而判斷出狹窄或可能發(fā)生阻塞的部位，以提供給醫(yī)生對(duì)患者實(shí)施有效的手術(shù)治療的參考依據(jù)。本發(fā)明研究的基礎(chǔ)是語(yǔ)音信號(hào)處理中的聲道級(jí)聯(lián)聲管模型理論，該理論認(rèn)為人體的聲道可以用一系列等長(zhǎng)的聲管級(jí)聯(lián)來(lái)模擬，每一段小聲管的橫截面積不同。
[0033]如附圖2所示，本發(fā)明依據(jù)錄音的鼾聲信號(hào)提出一種完整上氣道聲學(xué)模型，該模型全面考慮了咽腔、口腔、鼻腔在發(fā)聲時(shí)的共同作用。根據(jù)波動(dòng)方程理論推導(dǎo)出該模型的頻率響應(yīng)函數(shù)具有ARMA模型的形式，并參照ARMA模型參數(shù)與聲道聲管反射系數(shù)之間的關(guān)系得到了 ARMA模型參數(shù)與上氣道聲管反射系數(shù)之間的關(guān)系，從而估計(jì)出上氣道模型中各段聲管的橫截面積，幫助判斷上氣道狹窄或阻塞的部位。
[0034]如附圖3所示，完整的上氣道是由咽腔、口腔和鼻腔組成，其中被黑色粗體不規(guī)則曲線標(biāo)注的分別為咽腔、口腔和鼻腔，從圖中這三個(gè)腔體的位置關(guān)系可見(jiàn)其并不是類(lèi)似于一根獨(dú)立管道的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)，而是分叉的結(jié)構(gòu)，類(lèi)似于一個(gè)反“F”型，分叉的部位叫做軟腭游離緣。因此本發(fā)明提出了一種完整上氣道聲學(xué)模型，其結(jié)構(gòu)如附圖4所示。
[0035]如附圖4所示，該上氣道聲學(xué)模型假設(shè)上氣道中的腔體由一些等長(zhǎng)但橫截面積不相等的聲管組成，每段聲管長(zhǎng)度為1，定義每段聲管的中間位置為0，最左端位置為-1/2，最右端位置為1/2。該模型包括三個(gè)分支:咽腔，口腔和鼻腔，并假設(shè)咽腔有L段聲管，口腔有N段聲管，鼻腔有M段聲管。圖中Am表示第m段聲管的橫截面積，和u；；分別表示第m段聲管前向和后向的體積速度，為了區(qū)分口腔和鼻腔的表不符號(hào)，在口腔的所有符號(hào)上加上上標(biāo)c表不口腔屬于稱(chēng)合腔。
[0036]對(duì)于此種模型，當(dāng)聲波在其中傳播時(shí)同樣滿足波動(dòng)方程的理論，這里分別用Uffl(x, t)和？^^^表示第m段聲管中的體積速度和壓強(qiáng)。類(lèi)似于傳統(tǒng)聲道模型，該完整上氣道聲學(xué)模型的頻率響應(yīng)函數(shù)也是根據(jù)波動(dòng)方程的推導(dǎo)而得，但是需要的邊界條件有所不同。對(duì)于此種模型，邊界條件選取在三段分支聲管交匯的邊界處，如附圖4所示。咽腔、口腔和鼻腔在交匯邊界處的壓強(qiáng)相等，而咽腔在此處的體積速度等于口腔和鼻腔在此處的體積速度之和，用公式表示如下:
【權(quán)利要求】
1.一種基于鼾聲判斷OSAHS患者上氣道狹窄或阻塞部位的方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)搭建好合適的錄音環(huán)境，記錄患者整晚的鼾聲信號(hào)； 2)對(duì)整晚的鼾聲信號(hào)進(jìn)行篩選，選定多個(gè)鼾聲事件，并手動(dòng)找到鼾聲事件的吸氣段錄音，切取多個(gè)鼻干聲吸氣段以待用； 3)利用鼾聲吸氣段建立完整上氣道聲學(xué)模型，利用該上氣道聲學(xué)模型并結(jié)合患者的鼾聲信號(hào)，估算出患者上氣道各腔體的橫截面積； 4)根據(jù)上氣道各腔體的橫截面積，對(duì)患者上氣道狹窄或阻塞的部位作出判斷。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:步驟I)中，采用非接觸式無(wú)指向性電容式麥克風(fēng)進(jìn)行錄音，錄音時(shí)，信噪比大于10dB，將麥克風(fēng)懸掛在距離患者12-18cm處，頻響范圍為50~15000Hz，開(kāi)路電壓輸出電平為-40+3.5dB，錄音的格式設(shè)定為WAV，采用8KHz采樣，16bit量化，將所得的鼾聲信號(hào)保存在電腦中。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于:步驟2)中，對(duì)鼾聲信號(hào)進(jìn)行篩選時(shí)，檢測(cè)鼾聲信號(hào)中的鼾聲事件和呼吸事件，鼾聲事件應(yīng)滿足大于0.56秒小于60秒的限制條件，呼吸事件應(yīng)滿足大于10秒小于90秒的限制條件，只有鼾聲事件和呼吸事件同時(shí)滿足限制條件的情況下，選定的軒聲事件才能計(jì)入AHI的計(jì)算,鼻f聲事件的吸氣段也才能用。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于:步驟3)中，所述上氣道聲學(xué)模型為一個(gè)具有三端口的模型，該模型包括咽腔、口腔和鼻腔三個(gè)分支，咽腔、口腔和鼻腔分別由若干段等長(zhǎng)但橫截面積不相等的聲管組成，咽腔起始于聲門(mén)、終止于軟腭游離緣，口腔起始于軟腭游離緣、終止于口唇，鼻腔起始于軟腭游離緣、終止于鼻孔。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于:所述上氣道聲學(xué)模型的頻率響應(yīng)函數(shù)具有ARMA模型的形式，參照ARMA模型參數(shù)與聲道聲管反射系數(shù)之間的關(guān)系得到ARMA模型參數(shù)與上氣道聲管反射系數(shù)之間的關(guān)系，利用線性ARMA參數(shù)估計(jì)算法，以及ARMA模型參數(shù)與上氣道聲學(xué)模型中各段聲管反射系數(shù)、橫截面積之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，求取上氣道聲學(xué)模型中各段聲管的反射系數(shù)，推算出患者上氣道各段聲管的橫截面積。
【文檔編號(hào)】A61B5/08GK103505216SQ201310376181
【公開(kāi)日】2014年1月15日 申請(qǐng)日期:2013年8月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月26日
【發(fā)明者】侯麗敏, 殷善開(kāi), 謝愫, 易紅良, 孟麗麗 申請(qǐng)人:上海市第六人民醫(yī)院