一种构建慢阻肺评估模型方法及系统与流程

本申请涉及数字医疗的，尤其涉及一种构建慢阻肺评估模型方法及系统。

背景技术：

1、慢阻肺是一种以气流受限为主要特征的慢性呼吸疾病，已成为包括心血管疾病(如心脏病发作和中风)、癌症、糖尿病在内的世界“四大慢病”之一。慢阻肺的患病率高、致死/残率高，严重影响患者生活质量。慢阻肺诊断分级是慢阻肺治疗、管理的首要环节，对延长患者生命、提高生活质量至关重要。

2、当前临床对慢阻肺的评估主要依靠肺功能检查和临床症状。患者吸入支气管扩张剂后的第一秒用力呼气容积(forced expiratory volume in 1second，fev1)与用力肺活量(forced vital capacity，fvc)是诊断慢阻肺、判别慢阻肺患者气流阻塞严重程度的两个重要指标。此种方法的肺功能检查测试标准严苛、采集流程复杂，上述传统方法在幼儿、老人以及肺功能严重退化的人群中存在极大的局限性，患者因自身限制无法顺利完成肺功能检查，极易产生错诊漏诊，影响后续治疗及康复。因此，需要一种更加方便、快捷、可靠的慢阻肺评估系统来填补传统方法的检测对象空白对慢阻肺进行检测。

技术实现思路

1、本申请的目的是提供一种构建慢阻肺评估模型方法及系统，以解决现有技术中肺功能检查测试标准严苛、采集流程复杂，在幼儿、老人以及肺功能严重退化的人群中存在极大的局限性的问题。

2、为解决上述技术问题，根据一些实施例，本申请提供了一种构建慢阻肺评估模型方法，包括：

3、获取历史人体呼吸数据，得到二氧化碳浓度序列和呼吸流速序列；对历史人体呼吸数据中含有慢阻肺的数据进行标记；

4、基于二氧化碳浓度序列和呼吸流速序列，确定容积二氧化碳波形图；

5、对容积二氧化碳波形图进行特征提取，获得与呼气过程对应的容积二氧化碳波形曲线的形态特征及其衍生参数；

6、构建训练模型，以容积二氧化碳波形曲线的形态特征及其衍生参数作为训练数据集进行训练；

7、采集被测人体呼吸数据，输入至训练好的模型，输出诊断结果。

8、进一步地，确定容积二氧化碳波形图之前，还包括：

9、对呼吸流速序列去噪。

10、进一步地，确定容积二氧化碳波形图之前，还包括：

11、根据呼吸流速序列的采样率，对二氧化碳浓度序列插值，得到重构二氧化碳浓度序列。

12、进一步地，确定容积二氧化碳波形图，包括：

13、以重构二氧化碳浓度序列为纵轴，以呼出气体体积为横轴，对重构氧化碳浓度序列和呼出气体体积进行拟合，得到容积二氧化碳波形图。

14、进一步地，对容积二氧化碳波形图进行特征提取之前，包括：

15、将容积二氧化碳波形图划分为i期、ii期与iii期；i期为基线，表示早期呼出气体不含二氧化碳；ii期为上升期，表示肺泡内气体与气道内气体混合；iii期为平台期，表示呼气晚期的纯肺泡气二氧化碳浓度达到最高。

16、进一步地，容积二氧化碳波形曲线的形态特征，包括：

17、相邻期之间的拐点对应的二氧化碳浓度值及该次呼出气体积、呼气阶段的ii期斜率、iii期斜率、ii期与iii期斜率比值、i期和ii期拐点对应的夹角、ii期和iii期拐点对应的夹角、ii期曲线下面积、iii期曲线下面积。

18、进一步地，衍生参数由形态特征进行统计学分析获得，衍生参数包括：

19、二氧化碳浓度0％-25％-50％-75％各区间对应的呼出气体积和曲线下面积、iii期二氧化碳平台期浓度；以及多个呼吸周期内多个拐点的二氧化碳浓度值平均值、最大值、最小值，和多个呼吸周期内多个拐点的呼出气体积的平均值、最大值、最小值。

20、进一步地，训练包括：

21、根据容积二氧化碳波形曲线的形态特征及其衍生参数，确定呼吸气流阻塞程度划分若干等级，并计算各等级的概率。

22、进一步地，输出诊断结果包括：

23、被测人体呼吸数据中是否包含慢阻肺；若是，输出呼吸气流阻塞程度的等级及概率。

24、本申请的另一方面提出了一种构建慢阻肺评估模型的系统，包括：

25、采集模块，用于获取慢阻肺人体呼吸数据，得到二氧化碳浓度序列和呼吸流速序列；对所述历史人体呼吸数据中含有慢阻肺的数据进行标记；还用于采集被测人体呼吸数据；

26、数据处理模块，用于基于所述二氧化碳浓度序列和所述呼吸流速序列，确定容积二氧化碳波形图；还用于对所述容积二氧化碳波形图进行特征提取，获得与呼气过程对应的二氧化碳波形曲线的形态特征及其衍生参数；

27、模型训练模块，用于构建训练模型，以所述二氧化碳波形曲线的形态特征及其衍生参数作为训练集的特征向量、以gold(global initiative for chronic obstructivelung disease)指南中对慢阻肺的诊断标准作为标签，对数据进行训练；

28、慢阻肺评估模块，用于将采集到的被测人体呼吸数据输入至训练好的模型，输出诊断结果。

29、本发明的上述技术方案至少具有如下有益的技术效果：

30、本申请提出的一种构建慢阻肺评估模型方法及系统，可以利用被测人体在平静呼吸状态下自然捕获的呼吸数据，不需要复杂的呼吸技巧指导，适用于各个年龄段的被测者；对容积二氧化碳波形图的特征提取，以及对容积二氧化碳波形曲线的形态特征及其衍生参数进行模型训练，获得诊断结果，简便易行、成本低、灵敏度高，对慢阻肺的诊断和分级提供了新的可替代手段。

技术特征：

1.一种构建慢阻肺评估模型方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定容积二氧化碳波形图之前，还包括：

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定容积二氧化碳波形图之前，还包括：

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述确定容积二氧化碳波形图，包括：

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述容积二氧化碳波形图进行特征提取之前，包括：

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述容积二氧化碳波形曲线的形态特征，包括：

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述衍生参数由所述形态特征进行统计学分析获得，所述衍生参数包括：

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述训练包括：

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述输出诊断结果包括：

10.一种构建慢阻肺评估模型的系统，其特征在于，包括：

技术总结
本发明提出了一种构建慢阻肺评估评估模型方法及系统，包括：获取历史人体呼吸数据，得到二氧化碳浓度序列和呼吸流速序列；对历史人体呼吸数据中含有慢阻肺的数据进行标记；基于二氧化碳浓度序列和呼吸流速序列，确定容积二氧化碳波形图；对容积二氧化碳波形图进行特征提取，获得容积二氧化碳波形曲线的形态特征及其衍生参数；构建训练模型，以容积二氧化碳波形曲线的形态特征及其衍生参数作为训练集的特征向量进行训练；采集被测人体呼吸数据，输入至训练好的模型，输出诊断结果。本申请可以利用被测人体在平静呼吸状态下自然捕获的呼吸数据，对容积二氧化碳波形的形态特征及其衍生参数进行学习及训练，对慢阻肺诊断、分级提供了可替代手段。

技术研发人员：方震,牟岫影,赵荣建,何光强
受保护的技术使用者：中科广力（南京）医疗电子科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15