自动和客观的症状严重程度评分

摘要

本发明涉及用于确定患者的呼吸道疾病的严重程度的系统和方法。该系统指导患者叙述短语。该系统接收患者叙述的短语作为声学信号，并且相对于呼吸道疾病的严重程度而分析声学信号。分析结果被提供，该分析结果指示患者的呼吸道疾病的严重程度。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于确定患者的呼吸道疾病的严重程度的系统以及一种用于确定患者的呼吸道疾病的严重程度的方法。

背景技术

患有如慢性阻塞性肺病等呼吸道疾病的患者通常在家中自我管理其病情。每日电话可以成为患者的远程健康监测的一部分。在这个通话期间，通常会要求患者回答有关其症状的问卷调查。然后可以使用对这些问题的回答来生成症状严重程度评分，这允许对患者的健康状况的评估并且确定恶化的风险。回答这些问题的依从性通常会很低，这会导致数据丢失或不完整，并且以高错误概率计算症状严重程度评分。此外，患者在回答问卷调查时可能会提供不准确或不可靠的信息，这会进一步提高症状严重程度评分的错误概率。

US2018296092A1公开了一种用于经由用户的通信设备监测和确定用户的医疗状况的系统和方法。该系统包括存储器和处理器，处理器可以被配置为接收与用户的语音相关的音频信号，并基于将音频信号与参考音频信号进行比较来确定用户的疾病进展。

具有不遭受上述缺点的用于确定患者的呼吸道疾病的严重程度系统和方法将是有利的。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种用于确定患者的呼吸道疾病的严重程度的系统和方法，该系统和方法可以自动和客观地确定严重程度。

本发明的目的通过独立权利要求的主题来解决，其中进一步的实施例被合并在从属权利要求中。所描述的实施例类似地涉及用于确定患者的呼吸道疾病的严重程度的系统以及用于确定患者的呼吸道疾病的严重程度的方法。协同效应可能来自实施例的不同组合，尽管它们可能没有被详细描述。

此外，应当注意，本发明关于方法的所有实施例都可以按照所描述的步骤的顺序来执行，然而这不必是该方法的各步骤的唯一和必要的顺序。除非在下文中明确相反地提及，否则在不背离相应的方法实施例的情况下，本文所提出的方法可以以所公开的步骤的另一顺序来执行。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于确定患者的呼吸道疾病的严重程度的系统。该系统包括用户接口，其中用户接口被配置用于向患者提供用于叙述短语的指令，并且其中用户接口被配置用于向患者提供用于执行身体动作的指令。该系统还包括被配置用于接收患者的声学信号的接收设备，以及被配置用于检测患者的移动的测量单元。该系统还包括分析设备，其中该分析设备被配置用于关于呼吸道疾病的严重程度而分析接收到的声学信号，其中该分析设备被配置用于关于由用户接口指导的身体动作而分析检测到的患者的移动，并且其中该分析设备被配置用于提供接收到的声学信号的分析结果，其指示患者的呼吸道疾病的严重程度。该分析设备被配置用于确定患者的移动是否对应于由用户接口指导的身体动作，并且该用户接口被配置用于在检测到的患者动作对应于由用户接口指导的身体动作的情况下指导患者叙述短语和/或用户接口被配置用于在检测到的患者的移动不对应于由用户接口指导的身体动作的情况下向患者重复该指令。

该系统可以确定患者的疾病的严重程度或程度，其与患者的呼吸道系统有关。呼吸道疾病经常影响例如患者的语音或呼吸，因此可以通过分析患者所产生的声音来进行声学检测。根据本发明该方面的系统包括被用于向患者提供指令的界面。该界面可以是例如光学或声学界面，如患者可以阅读指令的屏幕，或者向用户提供语音指令的扬声器或耳机。这些指令可以提示患者叙述短语，这可能是多音节的句子。该句子可以包括几种不同发音声音，因为它们受到呼吸道疾病的影响，所以它们适合检测呼吸道疾病。此外，该句子可能还具有积极意义，以便无意识地影响患者。当叙述该短语由患者叙述时，接收设备检测患者的声学信号。接收设备可以是麦克风，其记录患者的语音和相关声音。分析设备关于呼吸道疾病的严重程度而分析接收到的声学信号。分析结果被提供，该分析结果是对患者的呼吸道疾病的严重程度或程度的测量。可以通过提供评分或通过提供疾病的趋势来指示严重程度。结果可以经由界面而被提供给患者。结果也可以被存储或传输给护理人员或医生。根据本发明，可以客观地评估患者的症状严重程度，而不需要与问卷调查相关的明确患者输入。

该界面可以被配置为向患者提供指令以执行身体动作。这个动作可以是也可以被重复执行的特定的移动或一系列移动。重复次数可能取决于患者的身体状况，如年龄、性别、疾病严重程度或对疾病严重程度的过去测量/检查。身体动作可以适合于加速患者的呼吸，这可以促进关于患者的呼吸道疾病的声学信号的分析。在本发明的这个实施例中，该系统包括测量单元，其检测患者的移动。分析设备被配置用于关于身体动作而分析检测到的患者的移动。分析设备可以将检测到的移动与身体动作进行比较，并检测该移动是否对应于指导用户的身体动作。为了将检测到的患者的移动与身体动作进行比较，可以执行模板匹配算法。此外，查看执行身体动作之前和之后的声学信号的差异可能是有利的。疾病严重程度更高的患者可能会表现出更大的差异。这通常还可以提供有关患者的疾病严重程度的附加信息。

分析设备可以将检测到的患者的移动与由用户接口指导的身体动作进行比较。在本发明的这个实施例中，分析设备可以确定患者是否顺从并且正确地执行了身体动作。

如果检测到的移动对应于身体动作并且因此患者遵循了指令，则用户接口可以指导患者叙述短语。否则，如果分析设备无法检测到与身体动作相对应的患者的移动，则用户接口可以向患者重复指令以执行身体动作。这可以重复几次。替代地，可以通过用户接口通知患者执行身体动作的重要性，因为这对于患者的呼吸道疾病的严重程度的分析的正确且可靠的结果是必要的。可以提供聊天机器人来与患者交流。此外，可以由系统通知患者的护理人员或医生关于患者不能够或不愿意执行身体动作。聊天机器人还可以被用于数据验证，例如确认患者的情绪/安康(well-being)状态，或者通过聊天机器人与患者互动以获取更多情绪/安康数据。此外，互动式聊天机器人可以基于检测到的情绪/安康状态来调整其与患者的互动，以支持获取附加的可靠数据。例如，如果患者情绪不愉快，聊天机器人可以说出激励性短语来鼓励患者。

在本发明的一个实施例中，呼吸道疾病是慢性阻塞性肺病。

呼吸道疾病可以是慢性阻塞性肺病(COPD)。替代地，根据本发明的这个实施例的系统可以被配置用于检测其他呼吸道疾病，例如哮喘。

在本发明的一个实施例中，接收到的患者的声学信号是患者的语音，并且分析设备被配置为针对关于由用户接口指导的所叙述的短语而分析接收到的声学信号。

在本发明的这个实施例中，接收到的患者的声学信号是患者叙述短语的语音。分析设备可以分析声学信号并断定患者是否按照用户接口的指导而叙述了短语。因此，可以确保可以执行关于呼吸道疾病而对声学信号的可靠且正确的分析，因为如果患者按照指导叙述短语，则可以最好地执行该分析。另外或者作为替代方案，可以检测和分析与患者的语音不直接相关的声音，例如像呼吸或咳嗽。此外，患者所说的与所指导的短语无关的单词或短语可以由分析设备分析。

在本发明的一个实施例中，分析设备被配置用于关于以下各项中的至少一项而分析接收到的患者的声学信号：呼吸、呼吸急促、喘息、呼吸音调、咳嗽频率、情绪、安康、语音音调、流感或感染状态、语音音色、语音幅度及其组合，由此导出患者的呼吸道疾病的严重程度。

为了确定患者呼吸道疾病的严重程度，分析设备可以考虑几个参数。分析设备使用哪个参数或哪个参数组合来确定呼吸道疾病的严重程度可以取决于要检测或分类的疾病。

在本发明的一个实施例中，分析设备被配置用于基于接收到的声学信号与从多个患者导出的数据的比较，相对于呼吸道疾病的严重程度而分析接收到的声学信号。

为了确定呼吸道疾病的严重程度，在本发明的这个实施例中，将接收到的患者的声学信号与从多个患者接收到的数据进行比较。多个患者可以患有呼吸道疾病，并且他们可以具有不同的疾病严重程度。多个患者的疾病可以由医生分类，从而提供严重程度的评分。可以根据接收到的声学信号与具有相似严重程度的患者的数据的相似性来对患者的严重程度进行分类。替代地，可以使用人工智能模块来确定疾病的严重程度。人工智能模块可以用多个患者的数据集进行训练，该数据集包括多个患者的声学信号以及相应的严重程度评分。

在本发明的一个实施例中，该系统是通信设备，例如电话、智能手机、平板电脑、智能手表或智能眼镜。

该系统可以是在其中安装了适当应用的通信设备。屏幕或扬声器可以被用作用户接口，而麦克风可以被用作用于接收患者的声学信号的接收设备。通信设备的惯性测量单元可以被用作用于检测患者的移动的测量单元，并且分析设备可以是通信设备的处理器。通信设备可以经由数据连接或语音连接来建立连接，以经由互联网或经由电话呼叫来指导患者。接收到的声学信号和/或测量的移动可以经由连接而被传输并且可以由作为分析设备的服务器进行分析。

在本发明的一个实施例中，测量单元包括惯性测量单元，该惯性测量单元包括加速度计、陀螺仪和/或气压传感器。

测量单元被配置用于检测患者的移动。这可以通过惯性测量单元来实现。惯性测量单元可以包括一个或多个加速度计和/或陀螺仪。气压传感器也可以被用来检测患者的移动，因为气压传感器的高度的相对变化以及因此患者的高度的相对变化可以被确定。

在本发明的一个实施例中，测量单元包括相机。

相机可以记录患者的视频或一系列图像。通过分析相机的该视频或图像，可以确定患者的移动。除了惯性测量单元之外，还可以使用相机来提高在惯性测量单元的信号被人为干扰(例如由于在移动期间咳嗽或说话或环境噪音)的情况下检测患者的不正确或错误移动的可靠性。此外，可以处理来自相机的数据，以提供有关患者当前健康状况的附加客观参数。特别地，可以处理视频数据以确认患者的情绪/安康状态，从而改进了仅基于语音音调的评估。可以使用面部表情分类器从成像数据评估情绪/安康状态，诸如最近邻分类器、神经网络、SVM、贝叶斯网络、AdaBoost分类器和多级隐马尔可夫模型。

在本发明的一个实施例中，由用户接口指导的身体动作可以是坐站测试、用力呼气动作、定时起身与走动和/或瓦尔萨尔瓦(Valsalva)动作。

由患者执行的身体动作可以是使患者承受压力并增加心率和呼吸频率的动作，例如像坐站测试或起身与走动。替代地或附加地，身体动作可以是患者呼吸道的移动或动作，如用力呼气动作或瓦尔萨尔瓦动作。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于确定患者身体状况的方法。该方法包括以下步骤：向患者提供用于叙述短语的指令，接收患者的声学信号，相对于呼吸道疾病的严重程度而分析接收到的声学信号，以及提供对接收到的声学信号的分析结果，该分析结果指示患者的身体状况。

根据本发明的方法确定患者的身体状况。在第一步骤中，向患者提供用于叙述短语的指令。在第二步骤中，接收患者的声学信号，其可以是患者的语音和/或由患者产生的其他声音。在第三步骤中，关于患者的呼吸道疾病的严重程度而分析接收到的声学信号。在第四步骤中，提供对接收到的声学信号的分析结果，该分析结果指示患者的身体状况。

该方法还包括以下步骤：向患者提供用于执行身体动作的指令，检测患者的移动，并且关于身体动作而分析检测到的患者的移动。

该方法还包括向患者提供用于执行身体动作的指令和检测患者的移动的步骤，随后是关于身体动作而分析检测到的患者的移动的步骤，确定患者的移动是否对应于身体动作，在检测到患者的移动不对应于身体动作的情况下，则向患者重复该指令，在检测到患者的移动对应于身体动作的情况下，则向患者提供用于叙述短语的指令。这些步骤优选地在执行向患者提供用于叙述短语的指令的第一步骤之前执行。因此，可以确保患者在已经执行了身体动作之后才被指导叙述短语。此外，查看执行身体动作之前和之后的声学信号的差异可能是有利的。身体状况较差的患者可能会表现出更大的差异。这通常还可以提供有关患者的身体状况的附加信息。

在本发明的这个实施例中，该方法由用于确定患者的呼吸道疾病的严重程度的系统自动执行。该方法可以由具有或不具有网络连接的诸如智能手机之类的通信设备来执行。不需要像医生这样的人类操作员来执行该方法的任何步骤。

根据本发明的另一方面，提供了一种计算机程序元件，当该计算机程序元件在处理单元上执行时，指导处理单元执行根据前述实施例中任一个的方法。

计算机程序元件可以在一个或多个处理单元上被执行，这些处理单元被指导以执行用于确定患者的身体状况的方法。

根据本发明的另一方面，提供了一种处理单元，该处理单元被配置为执行根据前述实施例的计算机程序元件。

处理单元例如可以是电话、智能手机、平板电脑、智能手表或智能眼镜等通信设备的处理器。处理单元也可以分布在一个或多个不同的设备上，使得计算机程序元件的一部分可以在通信设备上执行，而另一部分例如在服务器上执行。

因此，任何上述方面所提供的好处同样适用于所有其他方面，反之亦然。

总而言之，本发明涉及用于确定患者的呼吸道疾病的严重程度的系统和方法。该系统指导患者叙述短语。该系统接收患者叙述的短语作为声学信号，并且关于呼吸道疾病的严重程度而分析声学信号。分析结果被提供，该分析结果指示患者的呼吸道疾病的严重程度。

参考下文描述的示例性实施例，上述方面和实施例将变得明显并被阐明。下面将参照以下附图描述本发明的示例性实施例：

附图说明

图1示出了根据本发明的第一实施例的用于确定患者的呼吸道疾病的严重程度的系统的示意性设置。

图2示出了根据本发明的第二实施例的用于确定患者的呼吸道疾病的严重程度的系统的示意性设置。

图3示出了用于确定患者的呼吸道疾病的严重程度的方法的框图。

图4示出了根据本发明实施例的用于确定患者的呼吸道疾病的严重程度的方法的框图。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的第一实施例的用于确定患者140的呼吸道疾病的严重程度的系统100的示意性设置。用户接口110指导患者140叙述短语151。接收设备120接收患者140的声学信号161，其可以是患者140叙述短语151的语音。分析设备130关于患者的呼吸道疾病而分析声学信号。提供分析的结果170。结果170可以被提供给患者140和/或患者140的护理人员或医生。处理单元200可以可通信地连接到用户接口110、接收设备120和分析设备130。

图2示出了根据本发明的第二实施例的用于确定患者140的呼吸道疾病的严重程度的系统100的示意性设置。用户接口110被配置为向患者140提供指令以执行身体动作152，并且向患者提供指令以叙述短语151。患者140可以执行移动162，该移动可以对应于身体动作152。测量单元180被配置用于检测患者140的移动162。测量单元180可以包括惯性测量单元181和/或相机182。由接收设备120接收患者140的声学信号161，其可以是患者140叙述短语151的语音。分析设备130关于所指导的身体动作152而分析检测到的移动162。分析设备130关于患者140的呼吸道疾病而分析声学信号161。可以仅在检测到的移动162对应于所指导的身体动作152的情况下执行声学信号161的分析。分析的结果170被提供。结果可以被提供给患者140和/或患者140的护理人员或医生。处理单元200可以可通信地连接到用户接口110、接收设备120、测量单元180和分析设备130。

图3示出了用于确定患者140的呼吸道疾病的严重程度的方法的框图。该方法包括向患者140提供用于叙述短语151的指令的第一步骤。该步骤之后是接收患者140的声学信号161的第二步骤。第三步骤包括关于呼吸道疾病的严重程度而分析接收到的声学信号161。第四步骤包括提供对接收到的声学信号161的分析结果，其指示患者140的呼吸道疾病的严重程度。

图4示出了根据本发明实施例的用于确定患者140的呼吸道疾病的严重程度的方法的框图。与图3中所示的方法相比，本发明的这个实施例包括三个附加步骤，其可以优选地在第一步骤之前被执行。然而，不同的步骤顺序也是可能的。这三个附加步骤是：向患者140提供用于执行身体动作152的指令，检测患者140的移动162，并且相对于身体动作152而分析检测到的患者140的移动162。

虽然本发明已在附图和前述描述中详细图示和描述，但是这种图示和描述应被认为是说明性或示例性的而不是限制性的。本发明不限于所公开的实施例。通过研究附图、公开内容和从属权利要求，本领域技术人员在实践要求保护的发明时可以理解和实现对所公开实施例的其他变型。

在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，不定冠词“一”或“一个”不排除多个。在相互不同的从属权利要求中引用了某些措施这一事实并不指示这些措施的组合不能有利地使用。权利要求中的任何参考符号不应被解释为限制范围。