We present an automatic non-invasive way of detecting cough events based on both accelerometer and audio signals. The acceleration signals are captured by a smartphone firmly attached to the patient's bed, using its integrated accelerometer. The audio signals are captured simultaneously by the same smartphone using an external microphone. We have compiled a manually-annotated dataset containing such simultaneously-captured acceleration and audio signals for approximately 6000 cough and 68000 non-cough events from 14 adult male patients in a tuberculosis clinic. LR, SVM and MLP are evaluated as baseline classifiers and compared with deep architectures such as CNN, LSTM, and Resnet50 using a leave-one-out cross-validation scheme. We find that the studied classifiers can use either acceleration or audio signals to distinguish between coughing and other activities including sneezing, throat-clearing, and movement on the bed with high accuracy. However, in all cases, the deep neural networks outperform the shallow classifiers by a clear margin and the Resnet50 offers the best performance by achieving an AUC exceeding 0.98 and 0.99 for acceleration and audio signals respectively. While audio-based classification consistently offers a better performance than acceleration-based classification, we observe that the difference is very small for the best systems. Since the acceleration signal requires less processing power, and since the need to record audio is sidestepped and thus privacy is inherently secured, and since the recording device is attached to the bed and not worn, an accelerometer-based highly accurate non-invasive cough detector may represent a more convenient and readily accepted method in long-term cough monitoring.


翻译:我们以加速计和音频信号为基础,以自动、非侵入的方式探测咳嗽事件;加速信号通过智能手机捕捉,该智能手机固定在病人床上,使用其综合加速计;音频信号同时由同一智能手机使用外部麦克风捕捉;我们汇编了一个人工附加说明的数据集,其中载有大约6 000次咳嗽和结核病诊所14名成年男性病人的6 000次咳嗽和68 000次非咳嗽事件;LR、SVM和MLP被评估为基线分类器,并与CNN、LSTM和Resnet50等精密结构进行比较,使用离线的全速交叉校准校准计划;我们发现,被研究的分类师可以使用加速或音频信号来区分咳嗽和其他活动,包括喷水、清喉咙和床上运动。 然而,在各种情况下,深神经网络以清晰的距离比浅度分解器更远,Resnet50通过实现超过0.98和0.99的准确度非精确结构,使用离线的交叉校准校正校准方法;因此,我们所需要的加速和声压速度和声压系统需要更精确的加速的加速的计算。

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