近日，圖靈人工智能研究院(南京)有限公司申請(qǐng)的“基于人體表征判別新冠感染的方法、系統(tǒng)”專利公布。
摘要顯示，本發(fā)明包括根據(jù)獲取的目標(biāo)人員音頻集，生成目標(biāo)人員音頻模態(tài)特征向量;對(duì)待識(shí)別的特征向量進(jìn)行梅爾倒譜變換;基于采樣比例對(duì)咳嗽音頻頻譜特征向量進(jìn)行分割獲得表征咳嗽音頻的分割特征向量后將其映射為嵌入向量;輸出判別目標(biāo)人員新冠感染的概率結(jié)果。
本發(fā)明在實(shí)際的防疫場(chǎng)景中提出了在多頭注意力機(jī)制中雙向計(jì)算的方式，在新冠感染判別的過程中保留了音頻特征的位置信息，使得模型能夠在不同的角度上學(xué)習(xí)咳嗽音頻的內(nèi)在聯(lián)系。
目前，該專利僅在公布階段還尚未授權(quán)。據(jù)公示的發(fā)明專利申請(qǐng)信息顯示，這項(xiàng)名稱為“基于人體表征判別新冠感染的方法、系統(tǒng)”的發(fā)明，由圖靈人工智能研究院(南京)有限公司于2022年11月7日申請(qǐng)，并已在國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局官網(wǎng)進(jìn)行專利公布公告。
“生活中聽到的咳嗽聲音有輕重之分，這項(xiàng)技術(shù)真的能識(shí)別是否由新冠引發(fā)的咳嗽嗎，原理又是什么?如果專利通過，這項(xiàng)技術(shù)又應(yīng)用在哪些領(lǐng)域和場(chǎng)景。”網(wǎng)友在感慨科技進(jìn)步的同時(shí)，也不禁對(duì)這項(xiàng)技術(shù)的可靠性提出疑問。
對(duì)此，有媒體聯(lián)系到該公司一工作人員，其稱“公司不少人員已經(jīng)感染新冠，暫時(shí)聯(lián)系不到相關(guān)人員。”
圖靈人工智能研究院官網(wǎng)顯示，該公司重點(diǎn)打造“AI交叉領(lǐng)域重大科技創(chuàng)新、AI領(lǐng)域人才培養(yǎng)、AI+傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)技術(shù)服務(wù)、AI產(chǎn)業(yè)發(fā)展聚集、AI領(lǐng)域股權(quán)投資機(jī)構(gòu)集聚”五大平臺(tái)。2021年，研究院項(xiàng)目入選南京市新型冠狀病毒感染應(yīng)急防治專項(xiàng)項(xiàng)目。
在該網(wǎng)站AI開放平臺(tái)上，聲紋識(shí)別中顯示，通過語音AI技術(shù)分析隔離人員咳嗽聲，識(shí)別Covid-19感染癥狀，輸出診斷概率輔助醫(yī)護(hù)人員。新冠風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)可用于防疫系統(tǒng)，流行病學(xué)調(diào)查，醫(yī)療決策，醫(yī)學(xué)科研。相關(guān)網(wǎng)頁上還提供了新冠風(fēng)險(xiǎn)檢測(cè)體驗(yàn)，即上傳一段大小不超過2M的音頻。
多家公司申請(qǐng)專利涉及咳嗽聲檢測(cè)
咳嗽測(cè)新冠已有產(chǎn)品出現(xiàn)。一款名為“智能聲音識(shí)別”的小程序出現(xiàn)在社交平臺(tái)。點(diǎn)擊進(jìn)入小程序，會(huì)有新冠肺炎檢測(cè)的選項(xiàng)。錄音結(jié)束后自動(dòng)識(shí)別，有“正常”和“疑似新冠肺炎”兩種結(jié)果。小程序有新冠肺炎聲音采集和多病種聲音采集兩個(gè)選項(xiàng)。
據(jù)了解，上述小程序的主體是北京中科信利技術(shù)有限公司。在企查查平臺(tái)中可以檢索到，該公司成立于2002年，專注于語音技術(shù)的應(yīng)用研究與開發(fā)。2022年1月，該公司與北京大學(xué)第三醫(yī)院崇禮院區(qū)合作冬奧醫(yī)療保障工作。該院官方公眾號(hào)發(fā)布《【咳嗽聲協(xié)助快速發(fā)現(xiàn)新冠肺炎】北京大學(xué)第三醫(yī)院崇禮院區(qū)踐行科技與安全理念，與中科院合作助力2022冬奧會(huì)醫(yī)療保障》文章，詳細(xì)講述了通過咳嗽聲檢測(cè)新冠感染預(yù)警的流程。
文中還注明了該技術(shù)的研究開發(fā)團(tuán)隊(duì)。初步研究能夠看到基于聲學(xué)特征(如咳嗽音、一般語音、呼吸音)的分析技術(shù)，具有疾病診斷價(jià)值，可以高精度發(fā)現(xiàn)新冠肺炎患者，甚至是無癥狀患者。
據(jù)媒體報(bào)道，北京中科信利技術(shù)有限公司法人顏永紅，也系中科院聲學(xué)所研究員、博士生導(dǎo)師。其所在中科院聲學(xué)所語音團(tuán)隊(duì)自2020年3月開始研究基于聲音的新冠檢測(cè)，并得到北京市科委(醫(yī)藥處)的項(xiàng)目支持。目前已構(gòu)建了原理系統(tǒng)，通過對(duì)新冠患者咳嗽音和正常人咳嗽音測(cè)試，系統(tǒng)敏感性和特異性均超過了90%。該團(tuán)隊(duì)還在持續(xù)研究試圖提高精度。
記者查詢國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局官網(wǎng)發(fā)現(xiàn)，已有多家公司申請(qǐng)相關(guān)專利中涉及咳嗽聲檢測(cè)。其中安徽合肥一家公司申請(qǐng)名稱為“一種用于新冠病毒居家隔離癥狀監(jiān)測(cè)的裝置和方法”，摘要中提到的內(nèi)容包含了通過聲音檢測(cè)傳感器對(duì)患者的咳嗽聲以及咳嗽時(shí)間進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
國(guó)際上已有相關(guān)研究報(bào)道和學(xué)術(shù)文章
國(guó)際上自2020年10月已有多個(gè)基于咳嗽聲診斷新冠肺炎的相關(guān)研究報(bào)道和學(xué)術(shù)文章。美國(guó)麻省理工學(xué)院(MIT)、英國(guó)曼徹斯特大學(xué)等研究機(jī)構(gòu)的科研人員均對(duì)基于咳嗽聲進(jìn)行新冠肺炎診斷進(jìn)行了探索，并建立了用于研究的咳嗽聲數(shù)據(jù)庫(kù)。MIT從肌肉疲勞(Muscular Degradation)、聲帶變化(Vocal cords)、認(rèn)知和情緒變化(Sentiment/mood)、肺部和呼吸道結(jié)構(gòu)變化(Lungs and respiratory tract)等四個(gè)方面研究了與新冠肺炎的關(guān)系。研究中所使用的 AI 模型提取了咳嗽記錄的音頻特征(梅爾頻率倒譜系數(shù))，并將它輸入到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，CNN)中，學(xué)習(xí)新冠病毒患者與健康人之間的咳嗽差異。
該研究成果發(fā)表在《IEEE 醫(yī)學(xué)和生物學(xué)工程雜志》上，并得到了廣泛的關(guān)注。結(jié)果表明，利用咳嗽聲可高精度發(fā)現(xiàn)無癥狀患者，檢測(cè)精度高達(dá)100%(16.8%假陽性)。目前已和多家醫(yī)院合作進(jìn)行臨床實(shí)驗(yàn)，并和Fortune 100公司簽署合作協(xié)議，進(jìn)入其新冠管理實(shí)踐。
2021年，國(guó)際語音通信協(xié)會(huì)ISCA組織的INTERSPEECH舉辦了DiCOVA新冠聲音信號(hào)檢測(cè)挑戰(zhàn)賽，吸引了來自亞洲、歐洲和美洲的29個(gè)隊(duì)伍參加，包括芝加哥大學(xué)，新加坡國(guó)立大學(xué)，德國(guó)奧格斯堡大學(xué)等機(jī)構(gòu)，比賽結(jié)果在敏感性和特異性上均超過80%。2022年，IEEE電氣電子工程師學(xué)會(huì)主辦的信號(hào)處理領(lǐng)域的頂級(jí)國(guó)際會(huì)議 ICASSP再一次舉辦了DiCOVA新冠聲音信號(hào)檢測(cè)挑戰(zhàn)賽。
2022年10月，輝瑞公司以1.16億美元完成了對(duì)澳大利亞數(shù)字健康初創(chuàng)公司ResAPP的收購(gòu)，ResApp是一款手機(jī)移動(dòng)應(yīng)用程序，主要利用咳嗽音進(jìn)行新冠、哮喘等疾病的智能診斷。
目前咳嗽音檢測(cè)新冠肺炎微信小程序在實(shí)際環(huán)境錄制數(shù)據(jù)集上測(cè)試結(jié)果為敏感性60.4%，特異性85.6%。由于新冠毒株變異快、種類多、傳播性強(qiáng)，特別是針對(duì)無癥狀的奧密克戎變異株的檢測(cè)較難。我們現(xiàn)有新冠毒株咳嗽音樣本庫(kù)少、覆蓋面窄，與國(guó)外差距較大(麻省理工學(xué)院MIT有20萬人樣本，我們有約8萬人樣本)。因此，要推動(dòng)檢測(cè)性能的提升，需要進(jìn)一步采集相關(guān)的數(shù)據(jù)。
中國(guó)科學(xué)院聲學(xué)研究所在2020年初開始研發(fā)該項(xiàng)技術(shù)，2021年4月得到北京市科委(醫(yī)藥處)的項(xiàng)目支持，并于2022年4月通過驗(yàn)收。相關(guān)技術(shù)在首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京地壇醫(yī)院和遼寧省新冠肺炎救治中心開展了驗(yàn)證。
2020年初以來，新冠肺炎疫情席卷全球，迄今為止，全球確診人數(shù)已累計(jì)超過6億。受全球新冠肺炎疫情影響，我國(guó)境外輸入壓力大，本土疫情此起彼伏，防控形勢(shì)嚴(yán)峻，目前隨著國(guó)家政策的調(diào)整，老百姓買藥難、醫(yī)療資源緊張，開發(fā)簡(jiǎn)便、快速的新冠肺炎早期篩查與預(yù)警技術(shù)，對(duì)于流行性傳染病防控工作具有重要意義。一個(gè)新的技術(shù)從開始到落地實(shí)際應(yīng)用需要有一個(gè)過程，目前識(shí)別結(jié)果離完美尚有距離，希望大家有更包容和開放的心態(tài)去幫助技術(shù)的進(jìn)步。
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