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基于智能终端设备的慢阻肺筛查方法建立和效果评价研究
作者: 张春波
单位: 北京大学第一医院

摘要

【目的】基于智能手表的生理参数和音频数据,结合机器学习技术,建立并评估慢阻肺诊断模型。


【方法】1. 对稳定期慢阻肺和非慢阻肺受试者进行肺功能检查,使用华为智能手表(Watch GT3/Watch 3)连续监测受试者3~7天的生理参数,并采集两次自主咳嗽音。基于生理参数和音频数据,以慢阻肺诊断为主要结局指标,建立慢阻肺诊断模型并进行优化,结果筛选出对慢阻肺诊断最优指标为咳嗽音特征。2. 扩大样本量,对稳定期慢阻肺和非慢阻肺受试者进行肺功能检查,使用手表采集两次自主咳嗽音。随机将数据按7:3比例分配至训练集和测试集。以FEV₁/FVC为主要结局指标,建立基于咳嗽音的肺功能预测模型,并基于FEV₁/FVC的预测结果,进行慢阻肺诊断。


【结果】1. 263例受试者纳入分析,其中107例为慢阻肺患者。受试者中位年龄为65.0岁,男性占比56.3%。联合生理参数和音频数据的诊断模型结果显示,多数机器学习模型(7/8)的受试者工作特征曲线下面积(AUC)均大于0.70。基于咳嗽音特征的最优预测变量集的诊断模型结果显示,各模型的AUC均大于0.83,敏感度可达85%,明显优于COPD-SQ问卷(AUC=0.67,敏感度=31.8%)。2. 纳入646例受试者,中位年龄为64.0岁,男性占比59.4%,302例慢阻肺患者。基于咳嗽音的FEV₁/FVC回归预测模型中,梯度提升机模型在测试集表现最佳,平均绝对误差(mean absolute error,MAE)为9.3%。基于咳嗽音的慢阻肺诊断模型在训练集的AUC均大于0.80,在测试集最高仍可达0.81(如图a,b),其中梯度提升机模型的敏感度可达86%,明显优于COPD-SQ问卷,该模型在慢阻肺高风险人群中筛查的敏感性更高。



【结论】基于智能手表的咳嗽音,对慢阻肺的诊断具有良好性能,优于COPD-SQ问卷,有助于未来慢阻肺早期诊断。



关键词: 慢性阻塞性肺疾病,疾病筛查,疾病诊断,机器学习,可穿戴设备
来源:中华医学会呼吸病学年会-2025(第二十六次呼吸病学学术会议)