基于鼾聲判斷osahs患者上氣道狹窄或阻塞部位的方法
【專利摘要】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；2）對整晚的鼾聲信號進行篩選，選定多個鼾聲事件，并手動找到鼾聲事件的吸氣段錄音，切取多個鼾聲吸氣段以待用；3）利用鼾聲吸氣段建立完整上氣道聲學模型，利用該上氣道聲學模型并結合患者的鼾聲信號，估算出患者上氣道各腔體的橫截面積；4）根據上氣道各腔體的橫截面積，對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)院專業(yè)診斷方法相比，提出了一種比醫(yī)院診斷方法更廉價、便捷且有效的方法，該方法有望成為一種簡單、高效、與患者非接觸式的全新輔助診斷手段，對推動醫(yī)療診斷等研究領域有著非常重要的意義。
【專利說明】基于鼾聲判斷OSAHS患者上氣道狹窄或阻塞部位的方法
[【技術領域】]
[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【技術領域】，具體地說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】]
[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)患者在手術治療前均需進行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)院專業(yè)儀器診斷后，再由醫(yī)院專業(yè)人員分析，最后經過該檢查技術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用昂貴，而且對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構較之正常人在某些部位有塌陷或變異，而這種生理結構的差異會通過鼾聲相應的表現出來，因此，如果能夠依據患者的鼾聲信號提出一種完整上氣道聲學模型，估計出上氣道聲學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)學界具有非常重要的意義。
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【發(fā)明內容】
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[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、便捷且有效，有望成為一種簡單、高效、與患者非接觸式的全新輔助診斷手段。
[0004]為實現上述目的設計一種基于鼾聲判斷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；
[0006]2)對整晚的鼾聲信號進行篩選，選定多個鼾聲事件，并手動找到鼾聲事件的吸氣段錄音，切取多個鼾聲吸氣段以待用；
[0007]3)利用鼾聲吸氣段建立完整上氣道聲學模型，利用該上氣道聲學模型并結合患者的鼾聲信號，估算出患者上氣道各腔體的橫截面積；
[0008]4)根據上氣道各腔體的橫截面積，對患者上氣道狹窄或阻塞的部位作出判斷。
[0009]步驟I)中，采用非接觸式無指向性電容式麥克風進行錄音，錄音時，信噪比大于10dB，將麥克風懸掛在距離患者12-18cm處，頻響范圍為50~15000Hz，開路電壓輸出電平為-40+3.5dB，錄音的格式設定為WAV，采用8KHz采樣，16bit量化，將所得的鼾聲信號保存在電腦中。
[0010]步驟2)中，對鼾聲信號進行篩選時，檢測鼾聲信號中的鼾聲事件和呼吸事件，鼾聲事件應滿足大于0.56秒小于60秒的限制條件，呼吸事件應滿足大于10秒小于90秒的限制條件，只有鼾聲事件和呼吸事件同時滿足限制條件的情況下，選定的鼾聲事件才能計入AHI的計算，鼾聲事件的吸氣段也才能用。[0011]步驟3)中，所述上氣道聲學模型為一個具有三端口的模型，該模型包括咽腔、口腔和鼻腔三個分支，咽腔、口腔和鼻腔分別由若干段等長但橫截面積不相等的聲管組成，咽腔起始于聲門、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]所述上氣道聲學模型的頻率響應函數具有ARMA模型的形式，參照ARMA模型參數與聲道聲管反射系數之間的關系得到ARMA模型參數與上氣道聲管反射系數之間的關系，利用線性ARMA參數估計算法，以及ARMA模型參數與上氣道聲學模型中各段聲管反射系數、橫截面積之間的對應關系，求取上氣道聲學模型中各段聲管的反射系數，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模型參數與上氣道聲學模型中各節(jié)聲管反射系數、橫截面積之間存在對應關系，利用這一關系估計出上氣道中咽腔、口腔和鼻腔三個腔體的聲管橫截面積，從而對上氣道狹窄或可能發(fā)生阻塞的部位做出判斷，為醫(yī)療診斷服務以及醫(yī)生對患者實施有效的手術治療提供了可靠的參考依據，與傳統(tǒng)的醫(yī)院專業(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、便捷且有效的方法，該方法有望成為一種簡單、高效、與患者非接觸式的全新輔助診斷手段，對推動醫(yī)療診斷等研究領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)院專業(yè)診斷方法所帶來的費用昂貴，以及對受檢者的身體健康有一定副作用的缺陷，值得推廣應用。
[【專利附圖】

【附圖說明】]
[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是上氣道生理結構示意圖；
[0017]圖4是本發(fā)明中完整上`氣道聲學模型示意圖；
[0018]圖5是閉合的口腔信號格型圖；
[0019]圖6是完整上氣道聲學模型信號格型圖；
[0020]圖7是不同嚴重程度患者(各選一人)咽腔橫截面積對比示意圖；
[0021]圖8是不同嚴重程度患者咽腔橫截面積盒型對比示意圖；
[0022]圖9是某手術患者會厭區(qū)(左)、舌根區(qū)(中)、軟腭區(qū)(右)CT掃描示意圖；
[0023]圖10是會厭區(qū)(a)、舌根區(qū)(b)、軟腭區(qū)(C)橫截面積對比示意圖；
[0024]圖中:1、咽腔2、口腔3、鼻腔。
[【具體實施方式】]
[0025]下面結合附圖對本發(fā)明作以下進一步說明:
[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。為了得到高質量的鼾聲信號，采用非接觸式無指向性電容式麥克風進行錄音，錄音時，信噪比大于10dB，將麥克風懸掛在距離患者12-18cm處，頻響范圍為50~15000Hz，開路電壓輸出電平為-40+3.5dB,錄音的格式設定為WAV，采用8KHz采樣，16bit量化，將所得的鼾聲信號保存在電腦中；[0028]2)對整晚的鼾聲信號進行篩選，選定多個鼾聲事件，并手動找到鼾聲事件的吸氣段錄音，切取多個鼾聲吸氣段以待用。其中，對鼾聲信號進行篩選時，檢測鼾聲信號中的鼾聲事件和呼吸事件，鼾聲事件應滿足大于0.56秒小于60秒的限制條件，呼吸事件應滿足大于10秒小于90秒的限制條件，只有鼾聲事件和呼吸事件同時滿足限制條件的情況下，選定的鼾聲事件才能計入AHI (睡眠呼吸暫停低通氣指數)的計算，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模型，利用該上氣道聲學模型并結合患者的鼾聲信號，估算出患者上氣道各腔體的橫截面積。其中，上氣道聲學模型為一個具有三端口的模型，該模型包括咽腔1、口腔2和鼻腔3三個分支，咽腔、口腔和鼻腔分別由若干段等長但橫截面積不相等的聲管組成，咽腔起始于聲門、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。上氣道聲學模型的頻率響應函數具有ARMA模型的形式，參照ARMA模型參數與聲道聲管反射系數之間的關系得到ARMA模型參數與上氣道聲管反射系數之間的關系，利用線性ARMA參數估計算法，以及ARMA模型參數與上氣道聲學模型中各段聲管反射系數、橫截面積之間的對應關系，求取上氣道聲學模型中各段聲管的反射系數，推算出患者上氣道各段聲管的橫截面積。
[0030]4)根據上氣道各腔體的橫截面積，對患者上氣道狹窄或阻塞的部位作出判斷。
[0031]本發(fā)明采用麥克風錄音OSAHS患者的鼾聲信號，對鼾聲這種特定的聲音信號建模。本發(fā)明在傳統(tǒng)的聲道模型的基礎上提出建立完整上氣道聲學模型，即包括咽腔、鼻腔和口腔，該模型的頻率響應函數具有自回歸滑動平均(Auto-Regressive MovingAverage, ARMA)模型的形式，該ARMA模型參數與上氣道聲學模型中各節(jié)聲管反射系數、橫截面積之間存在對應關系，利用這一關系估計出上氣道中三個腔體的聲管橫截面積，從而對上氣道狹窄或可能阻塞的部位做出預估，如對上氣道的咽腔中的狹窄或可能阻塞的部位做出預估。
[0032]本發(fā)明建立一種適合于描述鼾聲的完整上氣道聲學模型，結合該模型并利用患者的鼾聲信號估計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)生對患者實施有效的手術治療的參考依據。本發(fā)明研究的基礎是語音信號處理中的聲道級聯聲管模型理論，該理論認為人體的聲道可以用一系列等長的聲管級聯來模擬，每一段小聲管的橫截面積不同。
[0033]如附圖2所示，本發(fā)明依據錄音的鼾聲信號提出一種完整上氣道聲學模型，該模型全面考慮了咽腔、口腔、鼻腔在發(fā)聲時的共同作用。根據波動方程理論推導出該模型的頻率響應函數具有ARMA模型的形式，并參照ARMA模型參數與聲道聲管反射系數之間的關系得到了 ARMA模型參數與上氣道聲管反射系數之間的關系，從而估計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)則曲線標注的分別為咽腔、口腔和鼻腔，從圖中這三個腔體的位置關系可見其并不是類似于一根獨立管道的簡單結構，而是分叉的結構，類似于一個反“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模型，其結構如附圖4所示。
[0035]如附圖4所示，該上氣道聲學模型假設上氣道中的腔體由一些等長但橫截面積不相等的聲管組成，每段聲管長度為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。該模型包括三個分支:咽腔，口腔和鼻腔，并假設咽腔有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，在口腔的所有符號上加上上標c表不口腔屬于稱合腔。
[0036]對于此種模型，當聲波在其中傳播時同樣滿足波動方程的理論，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。類似于傳統(tǒng)聲道模型，該完整上氣道聲學模型的頻率響應函數也是根據波動方程的推導而得，但是需要的邊界條件有所不同。對于此種模型，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； 2)對整晚的鼾聲信號進行篩選，選定多個鼾聲事件，并手動找到鼾聲事件的吸氣段錄音，切取多個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模型，利用該上氣道聲學模型并結合患者的鼾聲信號，估算出患者上氣道各腔體的橫截面積； 4)根據上氣道各腔體的橫截面積，對患者上氣道狹窄或阻塞的部位作出判斷。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于:步驟I)中，采用非接觸式無指向性電容式麥克風進行錄音，錄音時，信噪比大于10dB，將麥克風懸掛在距離患者12-18cm處，頻響范圍為50~15000Hz，開路電壓輸出電平為-40+3.5dB，錄音的格式設定為WAV，采用8KHz采樣，16bit量化，將所得的鼾聲信號保存在電腦中。
3.如權利要求1或2所述的方法，其特征在于:步驟2)中，對鼾聲信號進行篩選時，檢測鼾聲信號中的鼾聲事件和呼吸事件，鼾聲事件應滿足大于0.56秒小于60秒的限制條件，呼吸事件應滿足大于10秒小于90秒的限制條件，只有鼾聲事件和呼吸事件同時滿足限制條件的情況下，選定的軒聲事件才能計入AHI的計算,鼻f聲事件的吸氣段也才能用。
4.如權利要求3所述的方法，其特征在于:步驟3)中，所述上氣道聲學模型為一個具有三端口的模型，該模型包括咽腔、口腔和鼻腔三個分支，咽腔、口腔和鼻腔分別由若干段等長但橫截面積不相等的聲管組成，咽腔起始于聲門、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.如權利要求4所述的方法，其特征在于:所述上氣道聲學模型的頻率響應函數具有ARMA模型的形式，參照ARMA模型參數與聲道聲管反射系數之間的關系得到ARMA模型參數與上氣道聲管反射系數之間的關系，利用線性ARMA參數估計算法，以及ARMA模型參數與上氣道聲學模型中各段聲管反射系數、橫截面積之間的對應關系，求取上氣道聲學模型中各段聲管的反射系數，推算出患者上氣道各段聲管的橫截面積。
【文檔編號】A61B5/08GK103505216SQ201310376181
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年8月26日 優(yōu)先權日:2013年8月26日
【發(fā)明者】侯麗敏, 殷善開, 謝愫, 易紅良, 孟麗麗 申請人:上海市第六人民醫(yī)院