近日，圖靈人工智能研究院(南京)有限公司申請的“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;對待識別的特征向量進行梅爾倒譜變換;基于采樣比例對咳嗽音頻頻譜特征向量進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)明在實際的防疫場景中提出了在多頭注意力機制中雙向計算的方式，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)明專利申請信息顯示，這項名稱為“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，并已在國家知識產(chǎn)權(quán)局官網(wǎng)進行專利公布公告。
“生活中聽到的咳嗽聲音有輕重之分，這項技術(shù)真的能識別是否由新冠引發(fā)的咳嗽嗎，原理又是什么?如果專利通過，這項技術(shù)又應(yīng)用在哪些領(lǐng)域和場景。”網(wǎng)友在感慨科技進步的同時，也不禁對這項技術(shù)的可靠性提出疑問。
對此，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)投資機構(gòu)集聚”五大平臺。2021年，研究院項目入選南京市新型冠狀病毒感染應(yīng)急防治專項項目。
在該網(wǎng)站AI開放平臺上，聲紋識別中顯示，通過語音AI技術(shù)分析隔離人員咳嗽聲，識別Covid-19感染癥狀，輸出診斷概率輔助醫(yī)護人員。新冠風(fēng)險監(jiān)測可用于防疫系統(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)險檢測體驗，即上傳一段大小不超過2M的音頻。
多家公司申請專利涉及咳嗽聲檢測
咳嗽測新冠已有產(chǎn)品出現(xiàn)。一款名為“智能聲音識別”的小程序出現(xiàn)在社交平臺。點擊進入小程序，會有新冠肺炎檢測的選項。錄音結(jié)束后自動識別，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選項。
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冬奧會醫(yī)療保障》文章，詳細(xì)講述了通過咳嗽聲檢測新冠感染預(yù)警的流程。
文中還注明了該技術(shù)的研究開發(fā)團隊。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)所語音團隊自2020年3月開始研究基于聲音的新冠檢測，并得到北京市科委(醫(yī)藥處)的項目支持。目前已構(gòu)建了原理系統(tǒng)，通過對新冠患者咳嗽音和正常人咳嗽音測試，系統(tǒng)敏感性和特異性均超過了90%。該團隊還在持續(xù)研究試圖提高精度。
記者查詢國家知識產(chǎn)權(quán)局官網(wǎng)發(fā)現(xiàn)，已有多家公司申請相關(guān)專利中涉及咳嗽聲檢測。其中安徽合肥一家公司申請名稱為“一種用于新冠病毒居家隔離癥狀監(jiān)測的裝置和方法”，摘要中提到的內(nèi)容包含了通過聲音檢測傳感器對患者的咳嗽聲以及咳嗽時間進行監(jiān)測。
國際上已有相關(guān)研究報道和學(xué)術(shù)文章
國際上自2020年10月已有多個基于咳嗽聲診斷新冠肺炎的相關(guān)研究報道和學(xué)術(shù)文章。美國麻省理工學(xué)院(MIT)、英國曼徹斯特大學(xué)等研究機構(gòu)的科研人員均對基于咳嗽聲進行新冠肺炎診斷進行了探索，并建立了用于研究的咳嗽聲數(shù)據(jù)庫。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，檢測精度高達(dá)100%(16.8%假陽性)。目前已和多家醫(yī)院合作進行臨床實驗，并和Fortune 100公司簽署合作協(xié)議，進入其新冠管理實踐。
2021年，國際語音通信協(xié)會ISCA組織的INTERSPEECH舉辦了DiCOVA新冠聲音信號檢測挑戰(zhàn)賽，吸引了來自亞洲、歐洲和美洲的29個隊伍參加，包括芝加哥大學(xué)，新加坡國立大學(xué)，德國奧格斯堡大學(xué)等機構(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)會主辦的信號處理領(lǐng)域的頂級國際會議 ICASSP再一次舉辦了DiCOVA新冠聲音信號檢測挑戰(zhàn)賽。
2022年10月，輝瑞公司以1.16億美元完成了對澳大利亞數(shù)字健康初創(chuàng)公司ResAPP的收購，ResApp是一款手機移動應(yīng)用程序，主要利用咳嗽音進行新冠、哮喘等疾病的智能診斷。
目前咳嗽音檢測新冠肺炎微信小程序在實際環(huán)境錄制數(shù)據(jù)集上測試結(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，特別是針對無癥狀的奧密克戎變異株的檢測較難。我們現(xiàn)有新冠毒株咳嗽音樣本庫少、覆蓋面窄，與國外差距較大(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，要推動檢測性能的提升，需要進一步采集相關(guān)的數(shù)據(jù)。
中國科學(xué)院聲學(xué)研究所在2020年初開始研發(fā)該項技術(shù)，2021年4月得到北京市科委(醫(yī)藥處)的項目支持，并于2022年4月通過驗收。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)已累計超過6億。受全球新冠肺炎疫情影響，我國境外輸入壓力大，本土疫情此起彼伏，防控形勢嚴(yán)峻，目前隨著國家政策的調(diào)整，老百姓買藥難、醫(yī)療資源緊張，開發(fā)簡便、快速的新冠肺炎早期篩查與預(yù)警技術(shù)，對于流行性傳染病防控工作具有重要意義。一個新的技術(shù)從開始到落地實際應(yīng)用需要有一個過程，目前識別結(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)的進步。
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