Система и способ получения характеристик верхних дыхательных путей с использованием характеристик речи
Изобретения относятся к медицине. Система для получения характеристик анатомического параметра верхних дыхательных путей пациента посредством анализа спектральных свойств фрагмента речи содержит механический соединитель, содержащий средство для ограничения положения челюстей пациента, средство для записи фрагмента речи и средство обработки для определения анатомического параметра верхних дыхательных путей по записанному фрагменту речи и сравнения записанного фрагмента речи с пороговым значением. Систему применяют в качестве диагностического инструмента для оценки обструктивного апноэ во сне. При этом ограничивают положение челюстей пациента, записывают фрагмент речи, сравнивают записанный фрагмент речи с пороговым значением и определяют упомянутый анатомический параметр верхних дыхательных путей по записанному фрагменту речи и сравнению записанного фрагмента речи с пороговым значением. Достигается повышение точности измерения анатомического параметра верхних дыхательных путей за счет фиксации челюстей в определенном положении и снижения изменчивости произносимых звуков. 3 н. и 13 з.п. ф-лы, 4 ил.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к системе и способу получения характеристик верхних дыхательных путей с использованием характеристик речи.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Обструктивное апноэ во сне (OSA) является заболеванием, при котором проходимость верхних дыхательных путей многократно затрудняется в течение ночи в такой степени, что пациент не может вдохнуть (апноэ) или характеризуется пониженной дыхательной способностью (гипопноэ). Диагноз OSA можно ставить в лаборатории исследования сна посредством контроля пациента во время измерения в ночное время. Если общее число эпизодов апноэ и гипопноэ превышает некоторый предел, то ставится диагноз OSA.
Jung с соавторами обнаружил, что индикаторы прогнозирования OSA являются анатомическими особенностями, имеющими отношение к верхним дыхательным путям, в прогностическом значении индекса Кушиды и используют акустическую фарингометрию для оценки верхних дыхательных путей испытуемых с обструктивным апноэ во сне или без него (J Korean Med Sci, 2004. 19(5): p. 662-7). Jung с соавторами обнаружил также, что спектральные характеристики речи, особенно гласных звуков, зависят от анатомических размеров горла. В результате такого вывода спектральные характеристики речи можно использовать как индикаторы OSA. С данной целью можно применить акустический фарингометр, чтобы активно выделять геометрические параметры верхних дыхательных путей путем посылки акустического сигнала в горло и обработки отражений от него. Однако валидность теста/повторного теста и точность измерения методом фарингометрии, выполняемого известными в технике устройствами, не столь высоки.
В документе CA2585824 раскрыт способ скрининга OSA, а именно получения информации о потоке из дыхательных звуков в ухе и их объединения с уровнем храпа. Однако способ, раскрытый в документе CA '824, можно применять для обнаружения апноэ только, когда его эпизоды случаются.
Кроме того, к сожалению, упомянутые средства диагностики OSA, распространенные в данной области техники, применяют в лаборатории исследования сна, что дорого стоит, занимает много времени и неудобно для пациента. Кроме того, способы, применяемые в настоящее время для скрининга OSA, очень утомительны и трудоемки.
Следовательно, все еще существует потребность в усовершенствованном и менее длительном тесте для исследований и скрининга OSA в дневное время упрощенным и удобным способом.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задача настоящего изобретения состоит в создании системы и способа получения характеристик верхних дыхательных путей с использованием характеристик речи.
Вышеописанная задача решается способом и системой в соответствии с настоящим изобретением. Конкретные и предпочтительные аспекты изобретения изложены в независимых и зависимых пунктах прилагаемой формулы изобретения. Признаки из зависимых пунктов формулы изобретения можно объединять с признаками независимых пунктов и с признаками других зависимых пунктов формулы изобретения соответствующим образом, а не только как явно изложено в пунктах формулы изобретения.
Первый аспект настоящего изобретения относится к системам для получения характеристик по меньшей мере одного анатомического параметра верхних дыхательных путей пациента посредством анализа спектральных свойств фрагмента речи, при этом система содержит:
- механический соединитель, содержащий средство для ограничения положения челюстей пациента;
- средство для записи фрагмента речи; и
- средство обработки для определения по меньшей мере одного анатомического параметра верхних дыхательных путей по записанному фрагменту речи и сравнения записанного фрагмента речи с пороговым значением.
В некоторых вариантах осуществления, определение может выполняться автономно. Система и способ в соответствии с настоящим изобретением функционируют независимо: после того как работа начата, работа продолжается, пока не заканчивается, без ручного вмешательства, но, возможно, с управлением от контроллера. Система в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения может выполнять полезную автономную проверку того, произнес ли пользователь требуемый фрагмент речи.
В некоторых вариантах осуществления средство обработки обеспечивает обратную связь в режиме реального времени. В других вариантах осуществления, система дополнительно содержит средство для распознавания речи для управления корректностью записанного фрагмента речи.
В других вариантах осуществления, система дополнительно содержит средство для введения по меньшей мере одного ингаляционного лекарства через верхние дыхательные пути пациента.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения по меньшей мере один анатомический параметр является поперечным сечением верхних дыхательных путей, и при этом система дополнительно содержит средство для определения по меньшей мере одного момента времени, когда поперечное сечение является максимальным во время фрагмента речи.
В еще одном варианте осуществления, система дополнительно содержит средство для введения по меньшей мере одного ингаляционного лекарства через упомянутые верхние дыхательные пути пациента в упомянутый по меньшей мере один момент времени, когда упомянутое поперечное сечение верхних дыхательных путей является максимальным. В одном варианте осуществления настоящего изобретения, средство для введения ингаляционного лекарства содержит механизм синхронизации.
Второй аспект изобретения относится к применению вышеупомянутых систем в качестве диагностического инструмента для оценки обструктивного апноэ во сне.
Дополнительный аспект изобретения относится к способам оценки по меньшей мере одного анатомического параметра верхних дыхательных путей пациента посредством анализа спектральных свойств фрагмента речи, при этом способ содержит следующие этапы:
- ограничивают положение челюстей пациента;
- записывают фрагмент речи;
- сравнивают записанный фрагмент речи с пороговым значением; и
- определяют по меньшей мере один анатомический параметр верхних дыхательных путей по записанному фрагменту речи и сравнивают записанный фрагмент речи с пороговым значением.
В предпочтительных вариантах осуществления, способ дополнительно содержит этап обеспечения обратной связи в режиме реального времени.
В некоторых вариантах осуществления, способ дополнительно содержит этап адаптации положения тела пациента.
В других вариантах осуществления, способ дополнительно содержит этап сохранения спектральных свойств записанного фрагмента речи в базе данных.
В еще одних вариантах осуществления изобретения, пороговое значение определяют посредством распознавания речи.
Изобретение в соответствии с вариантами осуществления изобретения дополнительно содержит способ, в котором по меньшей мере один анатомический параметр является поперечным сечением упомянутых верхних дыхательных путей, и при этом упомянутый способ дополнительно содержит этап определения по меньшей мере одного момента времени, когда поперечное сечение является максимальным во время исполнения фрагмента речи.
Варианты осуществления изобретения содержат способ, дополнительно содержащий этап введения по меньшей мере одного ингаляционного лекарства в верхние дыхательные пути пациента.
Принципы настоящего изобретения позволяют разрабатывать улучшенные способы и системы для руководства пользователем при выполнении точных и надежных измерений для определения характеристик верхних дыхательных путей.
Вышеприведенные и другие характеристики, признаки и преимущества настоящего изобретения станут понятными из нижеследующего подробного описания, взятого в связи с прилагаемыми чертежами, которые поясняют на примерах принципы изобретения. Данное описание приведено только для примера и не ограничивает объем изобретения. Нижеприведенные ссылочные позиции относятся к сопровождающим чертежам.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1a - схематичное представление аппроксимированной артикуляционной модели голосового тракта.
Фиг. 1b - схематичное изображение аппроксимированной артикуляционной модели, использующей каскадное соединение четырех цилиндрических акустических труб без потерь.
Фиг. 2 - схематичное представление системы в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 3 - график примерного результата измерения методом акустической фарингометрии.
Фиг. 4a и фиг. 4b - представление в режиме реального времени оценки верхних дыхательных путей на основании произносимых звуков с использованием системы в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
Одинаковые ссылочные позиции на разных чертежах относятся к одним и тем же или аналогичным элементам.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение описано ниже на примере конкретных вариантов осуществления и со ссылкой на некоторые чертежи, однако, изобретение не ограничено ими, а ограничено лишь формулой изобретения. Ссылочные позиции в формуле изобретения не следует интерпретировать в смысле ограничения его объема. Чертежи, приведенные в описании, являются только схематичными, а не ограничивающими. На чертежах размер некоторых из элементов может быть излишне увеличен и вычерчен не в масштабе для наглядности.
Применяемый в описании и формуле изобретения термин «содержащий» не исключает другие элементы или этапы. Когда признак единственного числа в виде неопределенного или определенного артикля применяется к существительному в единственном числе, данный признак включает в себя множественное число, если конкретно не указано иное.
Кроме того, термины первый, второй, третий и т.п. в описании и формуле изобретения применяются для проведения различия между сходными элементами и не обязательно для описания последовательности во времени, пространстве или в иерархии, или любого другого рода. Следует понимать, что термины, применяемые таким образом, являются взаимозаменяемыми при соответствующих обстоятельствах, и что варианты осуществления изобретения, описанного в настоящей заявке, способны работать в последовательностях, отличных от тех, которые описаны или изображены в настоящей заявке.
Кроме того, термины верхний, нижний, над, под и т.п. в описании и формуле изобретения применяются в описательных целях, и не обязательно для описания относительных положений. Следует понимать, что термины, применяемые таким образом, являются взаимозаменяемыми в соответствующих обстоятельствах, и что варианты осуществления изобретения, описанного в настоящей заявке, способны работать в ориентациях, отличных от тех, которые описаны или изображены в настоящей заявке.
Упоминание по всему описанию «одного варианта осуществления» или «варианта осуществления» означает, что конкретный признак, конструкция или характеристика, описанный в связи с вариантом осуществления, содержится по меньшей мере в одном варианте осуществления настоящего изобретения. Таким образом, появления выражений «в одном варианте осуществления» или «в варианте осуществления» в различных местах в настоящем описании не обязательно все относятся, но могут относиться к одному и тому же варианту осуществления. Кроме того, конкретные признаки, конструкции или характеристики можно объединять любым подходящим способом, который очевиден специалисту в данной области техники из настоящего описания, в по меньшей мере одном варианте осуществления.
Аналогично, следует понимать, что в описании примерных вариантов осуществления изобретения различные признаки изобретения иногда сгруппированы в единственном варианте осуществления, на одной фигуре или в их описании с целью упрощения раскрытия и облегчения понимания по меньшей мере одного из различных аспектов изобретения. Однако данный способ раскрытия нельзя интерпретировать как отражающий идею, что заявленное изобретение требует больше признаков, чем в прямой форме перечислено в каждом пункте формулы изобретения. Напротив, как свидетельствует нижеприведенная формула изобретения, аспекты изобретения заключаются в меньшем числе признаков, чем все признаки единственного вышеупомянутого раскрытого варианта осуществления. Таким образом, формула изобретения, приведенная после подробного описания, в прямой форме включена в настоящее подробное описание, при этом каждый пункт формулы изобретения занимает самостоятельное положение как отдельный вариант осуществления настоящего изобретения.
Кроме того, хотя некоторые варианты осуществления, описанные в настоящей заявке, содержат одни, а не другие признаки, содержащиеся в других вариантах осуществления, однако, подразумевается, что сочетания признаков разных вариантов осуществления находятся в пределах объема изобретения и формируют отличающиеся варианты осуществления, как должно быть понятно специалистам в данной области техники. Например, в нижеследующей формуле изобретения, любые из заявленных вариантов осуществления можно применять в любом сочетании.
Кроме того, некоторые варианты осуществления описаны в настоящей заявке в виде способа или сочетания элементов способа, который может быть реализован процессором вычислительной системы или другим средством выполнения функции. Таким образом, процессор с необходимыми инструкциями для выполнения упомянутого способа или элемента способа формирует средство для выполнения способа или элемента способа. Кроме того, элемент, описанный в настоящей заявке для варианта осуществления устройства, является примером средства для выполнения функции, выполняемой элементом с целью осуществления изобретения.
В предлагаемом описании изложены многочисленные конкретные детали. Однако следует понимать, что варианты осуществления изобретения можно применить без данных конкретных деталей. В других случаях, общеизвестные способы, конструкции и методы не представлены подробно, чтобы не сделать настоящее описание менее понятным.
Нижеприведенные термины или описания предлагаются исключительно для облегчения понимания изобретения.
Термин «фрагмент речи», применяемый в настоящем описании, относится к законченной единице речи в устной речи. Обычно, но не всегда, упомянутая единица ограничена паузой. Упомянутая единица может быть представлена и ограничена в письменном языке множеством способов. Очевидно, что в письменном языке не существует фрагментов речи, а существуют только их представления.
Термин «режим реального время» относится к системам аппаратного обеспечения или программного обеспечения, которые регламентируются «ограничением реального времени», например, рабочими предельными сроками от события до реакции системы. В результате, программы для работы в режиме реального времени, предпочтительно, выполняются в рамках жестких ограничений на время реакции. Напротив, система, работающая не в режиме реального времени, является системой, для которой не существует предельного срока, даже если требуются или являются предпочтительными быстрая реакция или высокое быстродействие. Потребность в программном обеспечении для работы в режиме реального времени часто упоминается в контексте систем для работы в режиме реального времени и языков синхронного программирования, которые обеспечивают каркасы, на которых компонуют прикладное программное обеспечение для работы в режиме реального времени. Можно утверждать, что вычисления в режиме реального времени будут безуспешны, если они не заканчиваются до истечения их предельного срока, при этом их предельный срок относится к событию. Предельный срок реального времени должен удовлетворяться независимо от нагрузки системы.
Термин «артикулятор» или «орган речи» относится к органам, которые могут производить много звуков или фрагментов речи, необходимых для языка. Используемые органы включают в себя губы, зубы, язык, альвеолярный отросток, твердое небо, небную занавеску (мягкое небо), небный язычок и голосовую щель. Органы речи или артикуляторы могут быть двух типов: пассивными артикуляторами и активными артикуляторами. Пассивные артикуляторы остаются статическими во время артикуляции звука, например верхние губы, зубы, альвеолярный отросток, твердое небо, мягкое небо, небный язычок и стенка глотки, тогда как активные артикуляторы перемещаются относительно упомянутых пассивных артикуляторов, чтобы выдавать различные фонемы различным образом. Наиболее важными активными артикуляторами являются язык, нижняя губа и голосовая щель.
Люди производят фрагменты речи посредством взаимодействия разных физиологических структур артикуляторов, в которых аэродинамическая энергия преобразуется в акустическую энергию. Выражение аэродинамическая энергия относится к воздушному потоку через голосовой тракт. Потенциальная форма данной энергии является давлением воздуха; кинетическая форма данной энергии является фактическим динамическим потоком воздуха. Акустическая энергия является изменением давления воздуха, которое может быть представлено как звуковые волны. Воздушные полости являются резервуарами молекул воздуха с конкретными объемами и массами. Основными воздушными полостями, представленными в артикуляционной системе, являются полость, находящая выше складок голосовой щели (в дальнейшем, супраглоттальная полость), и полость, находящаяся ниже складок голосовой щели. Упомянутым полостям присвоены такие названия потому, что голосовая щель, открываемое пространство между голосовыми складками, внутренними относительно гортани, разделяет две полости. Полость, находящаяся ниже складок голосовой щели, или ротоносовая полость разделена на ротовую субполость (полость от голосовой щели до губ, за исключением носовой полости) и носовую субполость (полость от небно-глоточного отверстия, которое может закрываться подъемом небной занавески к ноздрям). Полость, находящаяся ниже складок голосовой щели, состоит из трахеи и легких. Атмосфера, внешняя к артикуляционному язычку, может быть также заключена в воздушной полости, чьи потенциальные точки соединения с телом являются ноздрями и губами. При рассмотрении свойств гласных звуков можно наблюдать ряд свойств гласных звуков, которые много говорят о том, как они должны генерироваться. Например, если гласные звуки имеют высоту, они являются периодическими сигналами, и разные гласные имеют разные тембры, следовательно, они должны иметь разные амплитуды гармоник в своих спектрах. Однако, если одни и те же гласные могут проговариваться с разными высотами, и если разные гласные могут проговариваться с одной и той же высотой, то высоту следует устанавливать независимо от качества гласной, и если одна и та же гласная может проговариваться с разными качествами речи, то качество речи следует устанавливать независимо от качества гласной. Представляется, что качество гласной должно зависеть, главным образом, от положения языка: передне-заднего и открытого-закрытого, но на качество гласной может также влиять положение других артикуляторов, челюсти, губ и небной занавески.
Все вышеупомянутые характеристики гласных можно анализировать, например, с использованием моделей, используемых для описания создания гласных звуков. Одна известная модель, которую можно использовать для описания верхних дыхательных путей или голосового тракта, является аппроксимированной артикуляционной моделью голосового тракта, изображенной на фиг. 1a. Элементарный сегмент (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 или 10 на фиг. 1a) верхних дыхательных путей представлен цилиндрической трубкой с характерными длиной и площадью поперечного сечения. Когда звуковая волна проходит через последовательность цилиндрических трубок, содержащих разные площади поперечного сечения, звуковая волна частично отражается, при переходе из одного сегмента в другой. На фиг. 1b представлено схематичное изображение аппроксимированной артикуляционной модели с использованием каскадно соединенных четырех цилиндрических акустических труб без потерь, имеющих, каждая, длину li и площадь A поперечного сечения. Таким образом, верхние дыхательные пути можно рассматривать как акустическую трубу с изменяющейся площадью поперечного сечения, заканчивающуюся голосовыми связками на одном конце и апертурой губ на другом конце.
Другая модель, которую можно использовать, является моделью источника-фильтра создания звука в верхних дыхательных путях. Данная модель создания звука предполагает источник звука и фильтр, который формирует данный звук, организованные так, что источник и фильтр являются независимыми. Данная независимость позволяет измерять и количественно оценивать источник отдельно от фильтра. Для гласных звуков источником звука является регулярная вибрация голосовых складок в гортани, и фильтром является вся труба голосового тракта между гортанью и губами. Модель источника-фильтра можно также применить к фрикативным звукам, при этом источником звука является турбулентность, создаваемая проходом воздуха через сужение, и фильтром является труба голосового тракта, предшествующая сужению.
Из вышеизложенного очевидно, что спектральные характеристики речи, в особенности гласных, отчетливо зависят от анатомических размеров горла. Все артикуляторы, которые участвуют в спектральном формировании фрагмента речи, могут быть описаны и визуализированы в режиме реального времени, например, при применении способа, описанного в публикации D. Hill et al, Proceedings of AVIOS '95, the 14th Annual International Voice Technologies Applications Conference of the American Voice I/O Society, San Jose September 11 -14 1995, AVIOS: San Jose, pp. 27-44. В настоящем изобретении предпочтительно определяют артикуляторы, которые влияют на поперечное сечение дыхательных путей. В частности, геометрию верхних дыхательных путей определяют, предпочтительно, с использованием вышеупомянутых моделей. Кроме того, настоящее изобретение можно также применять с использованием естественных дыхательных шумов вдоха/выдоха, а не только фрагмента речи, например, во время сна или перед ингаляцией лекарства.
Поскольку верхние дыхательные пути являются очень сложными геометрически и изменчивыми во времени, для получения надежных результатов очень важно установить стандартный рабочий протокол и разобраться с возможными источниками артефактов. В равной степени важна повторяемость получаемых данных измерений для обеспечения валидности результатов.
Изобретение в соответствии с вариантом осуществления относится к системе 10 для определения по меньшей мере одного анатомического параметра верхних дыхательных путей пациента, например горла или голосового тракта, посредством анализа спектральных свойств фрагмента речи. В одном варианте осуществления, изобретение обеспечивает систему для определения по меньшей мере одного анатомического параметра верхних дыхательных путей пациента посредством анализа спектральных свойств фрагмента речи, при этом система содержит:
- механический соединитель 1, содержащий мундштук 11, который ограничивает положение челюстей и который может быть анатомически подобран соответственно фрагменту речи, который, предположительно, должен производить пациент;
- блок 2 записи звука для записи фрагмента речи, например микрофон или механический соединитель, используемый как свободноплавающий микрофон; и
- вычислительное устройство, предпочтительно, содержащее долговременную память, адаптированную с возможностью определения по меньшей мере одного анатомического параметра верхних дыхательных путей по записанному фрагменту речи и сравнения записанного фрагмента речи с пороговым значением.
Система в соответствии с вариантом осуществления изобретения изображена на фиг. 2. Система содержит механический соединитель 1, который служит для передачи генерируемого слышимого звукового сигнала, например голосового фрагмента речи или неголосового фрагмента речи, подобного, например, естественным дыхательным шумам вдоха/выдоха, из исследуемой полости в систему 10. В вариантах осуществления настоящего изобретения могут генерироваться как голосовые, так и неголосовые фрагменты речи, однако, голосовые фрагменты речи могут обеспечивать меньше информации о системе нижних дыхательных путей в сравнении с неголосовыми фрагментами речи. В одном варианте осуществления изобретения, механический соединитель 1 допускает ограничение положения челюстей. Последнее облегчается в одном варианте осуществления изобретения посредством использования разных мундштуков 11, которые можно автоматически подбирать соответственно фрагменту речи, который, предположительно, должен производить пациент. Мундштук 11 может обеспечивать, например, чтобы зубы и челюсти находились в некотором положении, и чтобы отверстие рта имело точно заданный диаметр, приводящий к четко определенным схемам измерения. Кроме того, мундштук 11 может также ограничивать положение языка. В предпочтительном варианте, когда положение челюстей зафиксировано, и зубы и челюсти находятся в некотором положении, отверстие рта имеет заданный диаметр, приводящий к тому, что изменчивость фрагментов речи уменьшается, и, следовательно, точность измерения повышается.
Механический соединитель 1 может дополнительно содержать датчик 12. Механический соединитель 1 и, в одном варианте осуществления изобретения, датчик 12 могут содержать средство для записи фрагмента речи, например, с использованием блока 2 записи звука для записи фрагмента речи. В одном варианте осуществления механический соединитель 1 и датчик 12 могут иметь трубчатую форму, но возможно также применение отличающихся форм. В некотором варианте осуществления, блок 2 записи звука объединен с трубкой, сформированной соединителем 1 и датчиком 12. Данное построение можно облегчить, например, встраиванием микрофона храпа в трубную промежуточную вставку OptiVent, где оба упомянутых элемента разработаны компанией Philips Respironics. В схеме, показанной на фиг. 2, представлен трубчатый датчик 12, при этом сам трубчатый датчик 12 можно использовать как свободноплавающий микрофон 2 без четко определенного соединения с пользователем, генерирующим фрагменты речи или дыхательные шумы вдоха/выдоха. Свободноплавающий микрофон является микрофоном, в котором его головка не имеет контакта с амортизирующим элементом или цилиндром и который вмещается в держатель. Блок 2 записи звука в одном варианте осуществления изобретения соединен со средством 5 обработки. В другом варианте осуществления изобретения, средство 5 обработки может определять анатомические параметры верхних дыхательных путей по записанным фрагментам речи или дыхательным шумам вдоха/выдоха и сравнивать полученные анатомические параметры с пороговым значением. Кроме того, средство 5 обработки может обеспечивать обратную связь в режиме реального времени в результате обработки полученных данных в режиме реального времени. Средство 5 обработки может быть вычислительным устройством, содержащим, в одном варианте осуществления изобретения, долговременную память. В частности, можно использовать персональный компьютер, портативный компьютер, планшетный компьютер, смартфон, мобильный телефон, часы или любые электронные видеотерминалы, которые могут содержать сенсорный экран. В другом варианте осуществления настоящего изобретения средство 5 обработки может быть приведено в исполнение одной операцией, например, заданной кнопкой и, следовательно, может быть приведено в исполнение очень простой операцией. Применимы все средства 5 обработки, которые известны специалисту в данной области техники, а также применимо любое программное обеспечение, которое может допускать определение необходимых анатомических параметров. Например, дополнительно можно использовать адаптированную версию программного обеспечения EncorePro 2 компании Philips, которое может отображать данные соблюдения пациентом режима и схемы терапии, хранимые различными элементами системы в соответствии с настоящим, посредством графического и статистического анализа. При использовании программного обеспечения Encore Pro можно вести историю болезни пациента и можно оценивать соблюдения пациентом режима и схемы терапии.
Система в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения может дополнительно содержать средство выдачи инструкций и управления положением тела пациента. Геометрия верхних дыхательных путей в разных положениях (например, лежа и стоя) может быть важна для получения подходящих факторов различения между пациентами, страдающими от OSA, и пациентами без OSA. Средство выдачи инструкций и управления положением тела пациента может быть выполнено введением в систему 3-мерного акселерометра, как показано на фиг. 2, который показывает ориентацию системы и может быть использован для выдачи инструкций и управления пациентом посредством пользовательского интерфейса (например, пациент может быть запрошен сначала о выполнении измерения стоя и затем в положении лежа).
В других вариантах осуществления, средство 5 обработки может быть также соединено с базой 4 данных (локально или дистанционно) и, например, громкоговорителем, дисплеем или тем и другим 6, который можно использовать как средство для обеспечения обратной связи для пользователя. В одном варианте осуществления изобретения, дисплей содержит интерфейс для выдачи инструкций и обеспечения обратной связи с испытуемым объектом, и, тем самым, интерфейс очень удобен для применения испытуемым объектом. В еще одном варианте осуществления изобретения, пользовательский интерфейс содержит по меньшей мере один экран, при этом один экран может быть основным экраном, а другой экран может служить для выбора конкретного параметра, например сжатия. Кроме того, многие из функций, который важны для точного результата, которые могут выполняться устройством автономно, выполняются самой системой. Примером упомянутых функций является определение частоты кадров, которое выполняется посредством определения числа изображений в последовательности и длины фрагмента речи и вычисления частоты кадров с использованием данных численных показателей.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления, база 4 данных в одном варианте осуществления изобретения содержит заданную последовательность фрагментов речи, которые может произвести пользователь. В некоторых вариантах осуществления, база 4 данных может содержать набор последовательностей, выбор из которых может делать оператор.
В других вариантах осуществления, средство 5 обработки может быть, например, интегрировано или установлено на мобильном устройстве, например мобильном телефоне. В данном примере, экран или динамик мобильного телефона можно использовать как средство для обеспечения обратной связи для пользователя, и, соответственно, встроенный микрофон, который является стандартным устройством на мобильном телефоне, можно использовать как блок записи звука. В одном варианте осуществления изобретения, механический соединитель 1 может быть крышкой, которую можно прикрепить к сотовому телефону, при этом упомянутая крышка содержит трубу перед микрофоном. В другом варианте осуществления изобретения, трубу можно использовать как средство для фиксации держателя для пользователя заданным способом относительно встроенного микрофона. В предпочтительном варианте, применение мобильного телефона допускает простые, удобные и точные измерения в процессе скрининга в дневное время для определения обструктивного апноэ во сне (OSA). Кроме того, большинство мобильных устройств содержит акселерометр, который легко адаптировать для выдачи инструкций и управления положением тела пациента.
Изобретение в некоторых вариантах осуществления может обеспечивать обратную связь в режиме реального времени для оптимального приема и введения ингаляционных лекарств. Знание анатомии верхних дыхательных путей может повысить долю принимаемых лекарств, которую следует ввести в требуемое место. Системы введения лекарств, известные в уровне техники, не эффективны, так как лишь приблизительно 25% принятого лекарства вводится туда, куда должна быть произведено введение, и при получении в режиме реального времени данных обратной связи о верхних дыхательных путях можно моделировать поток частиц через упомянутые верхние дыхательные пути. Знание анатомии верхних дыхательных путей может повысить долю принятых лекарств, которую следует ввести в требуемое место. При введении ингаляционных лекарств проблема состоит в попадании лекарства «дальше горла». После попадания дальше горла имеются различные системные маршруты для достижения лекарством заданных альвеол. Большее количество лекарств, вводимых «дальше горла», означает сокращение время лечения, которое является фактическим отличительным признаком. Средство для введения по меньшей мере одного ингаляционного лекарства через дыхательные пути пациента может быть, например, аэрозольным устройством, при этом можно воспользоваться системой I-neb AAD (адаптивного аэрозольного введения) компании Philips Respironics, которая является быстродействующей системой генерации аэрозоля. При применении аэрозольного метода можно обеспечить равномерное распределение лекарств, с более глубоким проникновением в периферическую или альвеолярную область легких. Точную дозу ингаляционного лекарства можно вычислять и визуализировать с применением моделирования потока, и, с учетом вышеизложенного, введение лекарства моделируют, например, путем применения инструментальных средств CFD (вычислительной динамики текучих сред), подобных, например, Star CD и Star CCM+, выпускаемых компанией CD-adapco. В частности, введение частиц и синхронизацию генерации аэрозоля можно оптимизировать, и, таким образом, введение лекарств можно индивидуализировать, но ограничить предписанием лекарственной терапии. В некоторых вариантах осуществления изобретения, поперечное сечение верхних дыхательных путей определяется средством 5 обработки, и, дополнительно, можно определять момент времени, когда поперечное сечение является максимальным во время фрагмента речи. Упомянутый момент времени, когда поперечное сечение верхних дыхательных путей является максимальным, можно использовать для синхронизации генерации аэрозоля, которую, в таком случае, можно оптимизировать для введения лекарства, с обеспечением, тем самым, способа настройки системы. Кроме того, механический соединитель, ограничивающий положений челюстей, например, при применении ступенчатого мундштука (K. Nikander et al, “Manipulation of upper airway volume using a stepped mouthpiece” ERS, September 2010), можно использовать как метод принудительного раскрытия верхних дыхательных путей. Для данной цели полезна обратная связь с пациентом по методу раскрытия его верхних дыхательных путей. Кроме того, упомянутая обратная связь может поддерживать соблюдение пациентом режима и схемы лечения. Варианты осуществления настоящего изобретения предоставляют полезную возможность обеспечивать более высокие показатели управляемости, соответствия и повторяемости для количества вводимого лекарства в течение различных сеансов терапии.
Способ в соответствии с вариантом осуществления изобретения может содержать один из следующих этапов: система указывает пациенту, какой фрагмент речи следует произвести, который система записывает. На следующем этапе, средство 5 обработки может выполнить проверку корректности записанного фрагмента речи, например, посредством распознавания речи для определения, корректно ли был исполнен фрагмент речи. Для создания возможности решения данной задачи можно применить несколько моделей распознавания речи, известных в технике, например, посредством применения подхода на основе разложения в ряд Тейлора векторных функций для распознавания, независимого от окружающих условий, или посредством применения схемы сочетания моделей с параллельным соединением элементов (PMC) или скрытого Марковского моделирования. Если фрагмент речи был неверным, система может запросить от пациента его повторение. На следующем этапе, система может повторять предыдущие этапы, пока пациентом не произведены корректно (верно) все заданные фрагменты речи. Затем средство обработки может выделять и анализировать особенности, важные для диагностики OSA. Пример способа, который можно применить, раскрыт в работе Robb et al, Vocal tract resonance characteristics of adults with obstructive sleep apnoea, Acta Otolaryngology, 1997. 117(5): p. 760-3. Или, в альтернативном варианте осуществления, можно применить следующие этапы: спектральные свойства фрагментов речи можно анализировать с определением, в результате, анатомических параметров верхних дыхательных путей, например размеров горла, между голосовыми связками и ртом. В одном варианте осуществления изобретения, полученные размеры можно использовать как индикатор для OSA. В других вариантах осуществления, размеры могут быть связаны с другими данным измерения, для которых уже установлена прогностическая способность, например данными измерений при измерении методом акустической фарингометрии, как показано на фиг. 3. На фиг. 3, взятой из работы Джанга с соавторами, представлен репрезентативный результат измерения методом акустической фарингометрии с параметром-площадью по Y-оси и расстоянием параметра по X-оси. На графике можно различить 5 параметров (как указано стрелками и жирной линией): (1) площадь ротоглоточного соединения (OPJ), (2) Apmax, максимальная глоточная площадь, (3) площадь голосовой щели (GL), (4) Apmean, средняя глоточная площадь от OPJ до GL, и (5) Vp, глоточный объем в виде интегральной площади под кривой между OPJ и GL. Все параметры могут быть вычислены, например, средством обработки в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения.
В альтернативном варианте значения могут быть также связаны с присутствием OSA во время исследования, которое проводят, в частности, для получения алгоритма на основании особенностей речи. Другой способ получения размеров поперечных сечений от губ до голосовой щели состоит в применении кодирования речи посредством, например, кодирования с линейным предсказанием (LPC). Кодирование LPC может быть реализовано для моделирования голосового тракта человека. Данный способ можно также применять для получения в режиме реального времени оценки мгновенной геометрии горла для оптимизации введения ингаляционного лекарства с точки зрения более эффективного осаждения и сокращения времени лечения, как показано на фиг. 4a и 4b. Варианты осуществления обратную связь для пациента в то время, когда он держит свое горло открытым при произнесении звуков, например, на выдохе. Во время последующего вдоха, при сохранении горла зафиксированным, может происходить введение лекарства. Непосредственная обратная связь может улучшить соблюдение режима и схемы лечения.
В некоторых вариантах осуществления изобретения, полученные значения могут сравниваться с заданными порогами или применяться более сложными классификаторами для выдачи вероятности того, что пациент страдает от OSA, как показано на фиг. 4a и 4b. Результат может выдаваться оператору. Примером классификатора является, например, упрощенный байесовский классификатор, известный в данной области техники. Классификатор может также содержать такие физиологические показатели, как индекс массы тела (BMI) и окружность шеи, для повышения эффективности скрининга. Настоящее изобретение можно дополнительно применять для фенотипирования OSA. Размеры горла, полученные из средства обработки, могут способствовать идентификации разных типов OSA, с обеспечения показания для наиболее успешного лечения (метод CPAP (положительного непрерывного давления в дыхательных путях), хирургическое вмешательство).
Альтернативным вариантом осуществления настоящего изобретения является система, содержащая режим обучения. Режим обучения можно применять с пациентами двух групп, одной группе с диагностированной OSA и другой группе с диагностированным отсутствием OSA. Когда исследуют две группы, можно получить справочные данные, которые можно использовать впоследствии в будущих измерениях. Затем процессор может автономно обучать реализованный классификатор, подлежащий использованию в будущих тестах.
В еще одном варианте осуществления, систему применяют не только для одноразового измерения, но при повторных проверках. С данной целью, результаты пациента могут сохраняться в базе данных (локально или дистанционно, не обязательно идентичной с ранее упомянутой базой данных). Когда пациента проверяют в следующий раз, систему можно применить для записи другого измерения. Затем данное измерение можно сравнить с предыдущими результатами данного пациента. Данный подход делает менее важными абсолютные значения, полученные во время одноразового измерения, и допускает наблюдение и оценку тенденции. Для упрощения сравнения нескольких измерений система может быть оборудована современным модулем распознавания голоса говорящего. Данная система может автономно присваивать новые данные измерения предыдущим измерениям посредством идентификации говорящего на основании производимых фрагментов речи.
Специалистам в данной области техники будут очевидны другие конфигурации для решения задач устройства, осуществляющего изобретение.
Следует понимать, что хотя выше описаны предпочтительные варианты осуществления, конкретные конструкции и конфигурации, а также материалы для устройств в соответствии с настоящим изобретением, тем не менее по форме и в деталях могут быть созданы различные изменения или модификации, не выходящие за пределы объема и сущности настоящего изобретения.
1. Система (10) для получения характеристик по меньшей мере одного анатомического параметра верхних дыхательных путей пациента посредством анализа спектральных свойств фрагмента речи, при этом система содержит:
- механический соединитель (1), содержащий средство для ограничения положения челюстей пациента;
- средство (2) для записи фрагмента речи; и
- средство (5) обработки для определения по меньшей мере одного анатомического параметра верхних дыхательных путей по записанному фрагменту речи и сравнения записанного фрагмента речи с пороговым значением.
2. Система (10) по п. 1, в которой упомянутое средство (5) обработки обеспечивает обратную связь (6) в режиме реального времени.
3. Система (10) по п. 1 или 2, дополнительно содержащая средство для распознавания речи для контролирования корректности записанного фрагмента речи.
4. Система (10) по п. 1 или 2, дополнительно содержащая средство для введения по меньшей мере одного ингаляционного лекарства через упомянутые верхние дыхательные пути пациента.
5. Система (10) по п. 1, в которой упомянутый по меньшей мере один анатомический параметр является поперечным сечением упомянутых верхних дыхательных путей, и при этом упомянутая система дополнительно содержит средство для определения по меньшей мере одного момента времени, когда упомянутое поперечное сечение является максимальным во время фрагмента речи.
6. Система (10) по п. 5, дополнительно содержащая средство для введения по меньшей мере одного ингаляционного лекарства через упомянутые верхние дыхательные пути пациента в упомянутый по меньшей мере один момент времени, когда упомянутое поперечное сечение верхних дыхательных путей является максимальным.
7. Система (10) по п. 4, в которой упомянутое средство для введения ингаляционного лекарства содержит механизм синхронизации.
8. Система (10) по п. 6, в которой упомянутое средство для введения ингаляционного лекарства содержит механизм синхронизации.
9. Применение системы по любому из пп. 1-8 в качестве диагностического инструмента для оценки обструктивного апноэ во сне.
10. Способ оценки по меньшей мере одного анатомического параметра верхних дыхательных путей пациента посредством анализа спектральных свойств фрагмента речи, при этом способ содержит этапы, на которых:
- ограничивают положение челюстей пациента;
- записывают фрагмент речи;
- сравнивают записанный фрагмент речи с пороговым значением; и
- определяют упомянутый по меньшей мере один анатомический параметр верхних дыхательных путей по записанному фрагменту речи и сравнению записанного фрагмента речи с пороговым значением.
11. Способ по п. 10, дополнительно содержащий этап, на котором обеспечивают обратную связь в режиме реального времени.
12. Способ по п. 10 или 11, дополнительно содержащий этап, на котором адаптируют положение тела пациента.
13. Способ по любому из пп. 10, 11, дополнительно содержащий этап, на котором сохраняют спектральные свойства записанного фрагмента речи в базе данных.
14. Способ по п. 10, в котором упомянутое пороговое значение определяют посредством распознавания речи.
15. Способ по любому из пп. 10, 11 или 14, в котором упомянутый по меньшей мере один анатомический параметр является поперечным сечением упомянутых верхних дыхательных путей, и при этом упомянутый способ дополнительно содержит этап, на котором определяют по меньшей мере один момент времени, когда упомянутое поперечное сечение является максимальным, во время исполнения фрагмента речи.
16. Способ по любому из пп. 10, 11 или 14, дополнительно содержащий этап, на котором вводят по меньшей мере одно ингаляционное лекарство в верхние дыхательные пути пациента.
