Cough Audio Recognition for Early Detection of Respiratory Diseases: Algorithm Development and Validation Study
Notice bibliographique
Résumé
Background: Coughing is a common clinical symptom and a protective respiratory reflex closely associated with various respiratory system diseases. The acoustic characteristics of cough sounds are influenced by underlying pathological factors, with distinct acoustic signatures corresponding to different etiologies. Through rigorous analysis of these sounds, rapid identification and preliminary diagnosis of related conditions may be achieved. This approach holds great potential for broad application in mobile health and ubiquitous health platforms. Objective: This study aimed to explore the application of acoustic analysis of cough sounds in the diagnosis of respiratory diseases to enhance the diagnostic efficiency of health care professionals. Methods: In this study, we conducted extensive data collection, including voluntary cough audio recordings from patients diagnosed with respiratory diseases (eg, chronic obstructive pulmonary disease, lung cancer, COVID-19, and pneumonia) and from healthy participants. A total of 2610 audio samples were collected. We incorporated a channel attention mechanism (CAM) into the final convolutional block of each residual block in the ResNet18 neural network, thereby constructing the CAM-ResNet18 neural network model. The recorded cough audio samples were converted into spectrograms to form the input dataset for model training. The CAM-ResNet18 model was trained on the training set of this dataset, with iterative parameter adjustments until convergence was achieved. Finally, spectrograms from the test set were fed into the pretrained model for accurate classification of the cough-related conditions. Results: Experimental results on the collected audio dataset demonstrate that the proposed CAM-ResNet18 model achieves an accuracy of 83.9% and an average F1-score of 82.52% in classifying 5 types of cough sounds. In comparison, the traditional ResNet18 model achieves an accuracy of 78.16% and an average F1-score of 78.29%, indicating a clear performance improvement with the integration of the CAM. Conclusions: The experimental results validate the effectiveness of the proposed method, highlighting its significant potential for application in clinical diagnosis.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,003 | 0,006 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,002 | 0,001 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».