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    聽10秒語音就能判斷糖尿病,這個AI大模型太硬核了!

    2023年11月13日 10:31:01   來源:站長之家

      加拿大的Klick科研人員在頂級健康雜志《梅奧診所文集:數(shù)字健康》上發(fā)布了一個AI大模型,只需要聽一段6—10秒的語音,就能診斷是否患有2型糖尿病(T2DM)。

      目前糖尿病的主要檢測方式依賴于血糖測量,但這種方法需要獲取血液樣本對患者會造成創(chuàng)傷,同時還需要專業(yè)設備成本非常高。為了解決這一檢測痛點,加拿大知名健康科技公司Klick科研人員提出了AI模型檢測方法。

      研究人員收集了267名志愿者的語音樣本,然后通過AI模型了進行了詳細檢測,結果顯示,AI準確地識別出了2型糖尿病,其中,女性準確率89%,男性準確率86%。還發(fā)現(xiàn),“音調”和“音調標準差”是診斷2型糖尿病的主要特征之一。

      這個研究與前段時間Meta提出的使用MEG(腦磁圖)重構人類大腦成像過程類似,都是借助人類的生物體特征,來觀察其抖動數(shù)據(jù)變化確定結果。

      論文地址:https://www.mcpdigitalhealth.org/article/S2949-7612(23)00073-1/fulltext

      構建數(shù)據(jù)集

      研究人員共招募了267名自愿者,其中79名女性和113名男性是非糖尿病患者,18名女性和57名男性被診斷為2型糖尿病患者。

      參與者的糖尿病診斷是基于美國糖尿病學會的診斷標準,由醫(yī)生確認。同時沒有神經(jīng)系統(tǒng)或語言障礙史,也沒有吸煙歷史。

      參與者使用智能手機應用程序錄制固定語句“你好,你好嗎?我現(xiàn)在的血糖水平是多少”,錄制時間為2周,每天最多6次,總共收集了18,465段語音樣本。

      數(shù)據(jù)分割,提取特征

      由于年齡和體重指數(shù)等因素會對語音數(shù)據(jù)產(chǎn)生影響,研究人員根據(jù)參與者ID將數(shù)據(jù)分割成年齡和體重指數(shù)匹配的數(shù)據(jù)集,用于模型訓練和統(tǒng)計分析,這有助于AI模型能夠學習到糖尿病語音的真實變化。

      訓練集占所有2型糖尿病患者的50%男性和61%女性。剩余數(shù)據(jù)作為測試集,用于測試訓練好的AI模型。

      接著研究人員從每個語音樣本中提取了14個聲學特征,包括音高、音強、諧波噪聲比、聲響、聲抖等。特徵提取使用的是Parselmouth,這是Praat語音分析軟件的Python接口。

      可從原始語音信號中提取能反映語音變化的數(shù)值特征,為后續(xù)的模型訓練和預測提供輸入。

      選擇模型

      考慮到相關工作中使用的模型,研究人員選擇了邏輯回歸、樸素貝葉斯和支持向量機等模型。通過5折交叉驗證在訓練集上評估了這些模型的性能,從而找到最佳模型。

      對女性而言,含3個特征的邏輯回歸模型效果最好;男性,含2個特征的樸素貝葉斯模型效果最好。

      邏輯回歸模型可以估計不同特征對結果的貢獻程度;樸素貝葉斯模型在小樣本場景下效果較好。然后使用最佳模型,在構建的訓練集上進行預訓練。

      模型測試數(shù)據(jù)

      使用訓練好的AI模型對測試集的數(shù)據(jù)進行預測,得到每個樣本屬于2型糖尿病的概率。根據(jù)預先確定的概率閾值,將樣本預測為2型糖尿病或非糖尿病。

      同時使用測試集的數(shù)據(jù)計算模型的精確度、敏感度和特異度等評價指標,還可以繪制ROC曲線等來全面的評估模型的預測性能。

      此外,研究人員還將年齡、體重指數(shù)等信息融合到預測結果中,可以提高模型的準確度。

      例如,對女性平均語音預測結果和體重指數(shù)患病率,對男性平均語音結果與年齡、體重指數(shù)患病率。這種集成模塊通過組合多個信息源,可以彌補單一模型的缺陷,增強模型的預測能力。

      測試結果顯示,對女性,語音結果與體重指數(shù)的2型糖尿病患病率相結合,在測試集上達到了0.89的準確率、0.91的特異度和0.71的敏感度。

      對男性,語音結果與年齡和體重指數(shù)的2型糖尿病患病率相結合,在測試集上達到了0.86的準確率、0.89的特異度和0.75的敏感度。

      研究負責人Jaycee Kaufman表示,我們在研究過程中確定了2型糖尿病患者語音的變化, 這對于AI大模型檢測、篩選2型糖尿病有非常高的應用價值。

      語音評估的方法有助于2型糖尿病的早期干預和管理,同時減輕疾病的負擔改善醫(yī)療效果。

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