超聲檢查報告語音錄入系統(tǒng)

超聲檢查報告語音錄入系統(tǒng)【摘要】文章介紹了一種基于超聲診斷儀的超聲檢查報告語音錄入系統(tǒng)。系統(tǒng)選用迅速發(fā)展的漢語語音識別技術(shù)完成從錄入員手動輸入檢查報告到語音輸入的轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)醫(yī)師自己一個人完成超聲檢查。對大量超聲檢查診斷描述及結(jié)論進行總結(jié)分析，提出按屬性實現(xiàn)超聲檢查診斷描述的方法，提高了超聲檢查報告的規(guī)范度。針對目前數(shù)字化醫(yī)院的報告系統(tǒng)在人機交互中無法有效地快速錄入、超聲檢查描述規(guī)范度較低、系統(tǒng)操作相對復(fù)雜、檢索過程效率低的現(xiàn)狀，研發(fā)設(shè)計了一種服務(wù)于超聲檢查的語音錄入系統(tǒng)?！娟P(guān)鍵詞】語音錄入；超聲檢查報告；超聲診斷病例描述1.引言數(shù)字化醫(yī)院已經(jīng)成為世界上先進醫(yī)院的重要組成部分[1，2，3，4，5]，是信息技術(shù)迅速發(fā)展對醫(yī)院醫(yī)療和管理工作全方位滲透而提出的新概念。以現(xiàn)有信息技術(shù)為基礎(chǔ)，提高醫(yī)療信息的高度共享，實現(xiàn)全方位的人機交互，提高醫(yī)療效率、醫(yī)療質(zhì)量和管理水平是當(dāng)今醫(yī)療技術(shù)的前進方向之一。語音作為人類最重要、最有效、最常用和最方便的交換信息的形式，讓計算機能夠聽懂人類的語言，是人類自計算機誕生以來夢寐以求的想法。語音識別技術(shù)作為該系統(tǒng)實現(xiàn)的核心技術(shù)，貫穿于整個系統(tǒng)的操作過程，選用語音增強技術(shù)、端點檢測技術(shù)作為語音識別的前端處理技術(shù)，基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的特征提取技術(shù)和基于子空間的建模方法，實現(xiàn)其孤立詞識別，其識別率高達95%，在漢語普通話孤立詞識別上為國際領(lǐng)先水平。由于國內(nèi)還沒有相關(guān)產(chǎn)品，醫(yī)院采用一臺超聲診斷儀配一名錄入員人工輸入超聲檢查報告的方法，存儲超聲圖像，運用電子病歷管理病人檢查結(jié)果。該設(shè)計結(jié)合超聲診斷學(xué)知識、多媒體技術(shù)、數(shù)據(jù)庫知識、計算機技術(shù)、語音識別技術(shù)等多；學(xué)科跨領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)超聲檢查報告的語音錄入，無需配備錄入員。通過多位有經(jīng)驗的超聲檢查醫(yī)師對超聲檢查的超聲描述及超聲結(jié)論等信息整理總結(jié)并參考相關(guān)書籍[6]，經(jīng)過一定的積累設(shè)計出一套適用于大多數(shù)疾病描述情況的模板。本模板靈活度高，集多位權(quán)威醫(yī)生的經(jīng)驗積累，規(guī)范度高，涵蓋范圍廣，提高了超聲檢查報告的質(zhì)量?？紤]超聲檢查醫(yī)生的工作方式及檢查流程，選用分布式的系統(tǒng)架構(gòu)提供了高效的執(zhí)行效率和簡便易用的操作方法。實現(xiàn)同數(shù)字醫(yī)院應(yīng)用系統(tǒng)的整合工作，使智能語音處理技術(shù)適配于目前的HIS（HospitalInformationSystem，醫(yī)院信息系統(tǒng)）。2.語音識別技術(shù)語音識別技術(shù)正直接與醫(yī)療衛(wèi)生、辦公、交通、金融、公安、商業(yè)、旅游等行業(yè)的語音咨詢與管理，工業(yè)生產(chǎn)部門的語音控制，電信的自動撥號系統(tǒng)、輔助控制和查詢以及福利事業(yè)的生活支援系統(tǒng)各種實際應(yīng)用領(lǐng)域相接軌，并終將成為既觸摸屏之后新一代操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序的操作方式。作為整個系統(tǒng)的核心技術(shù)，語音識別技術(shù)貫穿系統(tǒng)的整個工作過程。本系統(tǒng)的語音識別技術(shù)由三部分組成：穩(wěn)健的前端處理系統(tǒng)、基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的特征提取技術(shù)和基于子空間的建模方法。穩(wěn)健的前端處理系統(tǒng)包括解碼器、語音增強模塊和端點檢測模塊。解碼器對常見的語音格式如WAV、MP3、WMA、OGG、APE等構(gòu)建對應(yīng)的解碼器，轉(zhuǎn)變成下一步計算機能夠識別的文件格式?？紤]到超聲檢查報告語音錄入系統(tǒng)的工作環(huán)境為封閉帶混響和噪聲的情況，選用語音增強模塊用于抑制語音噪聲和混響，提升語音有用信息的可懂度，選用頻域維納濾波算法[7，8]完成，該算法適用于環(huán)境噪聲較大的情況，較大程度上去除了噪聲信號，并增強了有用信號。端點檢測作為語音識別的必要環(huán)節(jié)，用于區(qū)分語音信號和非語音信號，選用一種基于倒譜距離語音端點檢測的改進算法[9，10]，其抗噪性好，具有良好的魯棒性，標(biāo)記出語音和非語音的時間索引，以便對語音信號進行識別，且該處理會提高語音識別的識別率。語音識別的本質(zhì)是統(tǒng)計模式識別，統(tǒng)計模式識別分為特征提取、模式匹配和參考模式庫等三個基本單元。語音識別研究的一個重要進展，就是算法從模式匹配技術(shù)轉(zhuǎn)向基于統(tǒng)計模型的技術(shù)。傳統(tǒng)的特征提取方法有線性預(yù)測倒譜系數(shù)和感知線性預(yù)測等。但是傳統(tǒng)的特征提取方法往往是基于某種生理發(fā)聲模型，或者人耳的聽感知模型，并且這種生理模型的建模方法取得了很大的成功，并主導(dǎo)了語音識別方法近半個世紀(jì)，但對實際應(yīng)用還需不斷改進?；跀?shù)據(jù)驅(qū)動的特征提取技術(shù)作為正在發(fā)展的前沿技術(shù)，其提取有用信息的思路與數(shù)據(jù)密切相關(guān)，根據(jù)識別任務(wù)，構(gòu)建基于子空間的隱馬爾可夫模型?？紤]到子空間模型可分為對識別有益的子空間和對識別無益的子空間，前者稱為語音內(nèi)容子空間，后者稱為無用分量子空間或信道子空間，通過類似于主成分分析法，分離出信道子空間的基，并對特征進行變換，去除特征在信道子空間的部分，從而使特征更有利于孤立詞識別系統(tǒng)。該方法是讓數(shù)據(jù)自我反應(yīng)特點，通過數(shù)據(jù)的自我表述，能更加突出目標(biāo)方法，達到提高識別率的目的，以適用很多人普通話不標(biāo)準(zhǔn)的情況。建模方法是語音識別系統(tǒng)性能決定性因素。建模技術(shù)發(fā)展迅速，在孤立詞方面，從早期的動態(tài)時間規(guī)整等技術(shù)，到上世紀(jì)廣為流行的隱馬爾可夫模型、人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)，以及在隱馬爾可夫模型上鑒別式的訓(xùn)練方法。這些技術(shù)極大提高了語音識別技術(shù)的頑健性，提高了識別的準(zhǔn)確率。近年來逐漸興起的子空間建模技術(shù)將孤立詞識別推向了實用化階段，本系統(tǒng)選用基于子空間的建模方法，該算法采用聲韻母模型，將事先訓(xùn)練好的基元單元按照聲韻母拼接得到整體模型，在實際應(yīng)用過程中構(gòu)建的孤立詞識別系統(tǒng)，通過修改詞表就能用于完成識別任務(wù)。聲韻母模型分為單音子模型、雙音子模型和三音子模型，考慮到前后項信息，選用性能最優(yōu)的三音子模型作為聲韻母模型建模的基本模型，三音子模型考慮上下文信息標(biāo)注，并根據(jù)標(biāo)注信息構(gòu)建決策樹，根據(jù)決策樹構(gòu)建三音子模型，最終得到共享的高斯混合模型集。3.工作流程系統(tǒng)的工作流程如圖1所示，首先系統(tǒng)會自動同步醫(yī)院的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，調(diào)入相關(guān)診室的檢查醫(yī)生的相關(guān)信息和分配到該診室的病人基本信息；然后醫(yī)生根據(jù)檢查部位通過麥克風(fēng)語音輸入完成超聲檢查病例模板的選擇，通過語音的方式對超聲診斷儀上顯示的超聲診斷情況進行描述并語音方式給出相應(yīng)的超聲診斷結(jié)論，這些語音會自動轉(zhuǎn)換成文字形式顯示到系統(tǒng)界面，語音控制采集超聲圖片，也可以通過語音對得到的超聲描述和超聲結(jié)論進行修改、確認(rèn)，若病人多個部位都需做超聲檢查，以上步驟重復(fù)操作即可；最后語音控制自動生成超聲檢查報告單，該報告單會通過打印機自動打印，醫(yī)生檢查報告單的內(nèi)容，確認(rèn)沒有問題簽字，超聲檢查結(jié)束。圖1系統(tǒng)使用流程圖對于多次就診的病人，每次就診信息都會記錄到該系統(tǒng)，當(dāng)醫(yī)生想了解該病人的病史時通過該系統(tǒng)調(diào)用即可，也可以鏈接到醫(yī)院總數(shù)據(jù)庫，在不同的診室或者檢查中心都可以隨時調(diào)用，為醫(yī)生和病人節(jié)省了時間，提高了問診質(zhì)量和速率。4.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能超聲檢查報告語音錄入系統(tǒng)分為三個功能模塊：超聲檢查報告語音錄入模塊、超聲描述模板數(shù)據(jù)維護模塊和超聲檢查監(jiān)視模塊。針對超聲檢查人員配備不合理，超聲診斷報告描述規(guī)范度低等問題，對超聲檢查的工作流程及相關(guān)醫(yī)學(xué)知識進行了總結(jié)設(shè)計出該系統(tǒng)。區(qū)別于現(xiàn)有超聲檢查系統(tǒng)，該系統(tǒng)省去了超聲檢查錄入員的工作，檢查醫(yī)生可以通過語音輸入轉(zhuǎn)換成文字輸入的方式控制報告單的錄入，語音控制報告單錄入中超聲病例模板的選擇，并且自動打印超聲報告單，也可以通過鍵盤鼠標(biāo)等外設(shè)控制整個超聲檢查報告單的生成過程，操作簡便易學(xué)。同時該系統(tǒng)也為醫(yī)生根據(jù)習(xí)慣自定義添加、修改、刪除模板功能。該系統(tǒng)與醫(yī)院的數(shù)據(jù)庫相連，可以與醫(yī)院系統(tǒng)同步，保證醫(yī)院工作流程的順利進行。此外該系統(tǒng)還會對整個診斷過程進行錄音，提高超聲科日常工作中的抗風(fēng)險能力。圖2所示為超聲檢查語音錄入系統(tǒng)構(gòu)成。圖2超聲檢查報告語音錄入系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖4.1超聲檢查報告語音錄入模塊超聲檢查報告語音錄入模塊與醫(yī)院現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫相連，自動導(dǎo)入被檢查病人及檢查醫(yī)生的相關(guān)信息，進入檢查界面。醫(yī)生根據(jù)系統(tǒng)提示語音輸入選擇相關(guān)疾病模板，語音輸入相關(guān)檢查的超聲描述及超聲結(jié)論，醫(yī)生也可以根據(jù)需要對超聲描述和超聲結(jié)論進行修改，對超聲圖片進行采集，最終語音控制打印超聲檢查報告。該模塊提供歷史記錄查詢，對于使用該系統(tǒng)檢查過的病人能夠查詢該病人的以往病史及其治療情況，醫(yī)生可以根據(jù)相關(guān)信息更為快速、準(zhǔn)確的做出超聲診斷，也可以與其他相似病人的超聲描述做參考，更為準(zhǔn)確的生成超聲檢查報告。4.2超聲描述模板數(shù)據(jù)維護模塊該模塊用于超聲檢查工作之前，用鼠標(biāo)、鍵盤等輸入控制?？偨Y(jié)多位經(jīng)驗豐富的超聲科醫(yī)師出具的檢查報告，根據(jù)超聲報告單中的描述找到不同病理描述之間的聯(lián)系，總結(jié)出了規(guī)律。超聲診斷描述按每個疾病特點拆分成屬性，參考相關(guān)書籍及多位醫(yī)生的經(jīng)驗，在報告書寫規(guī)范的基礎(chǔ)上設(shè)置成醫(yī)生習(xí)慣的順序，并對每一個屬性盡可能設(shè)置所有可能的值，這些模板就可以涵蓋大多數(shù)病人的診斷描述。根據(jù)具體格式要求，可以批量導(dǎo)入病例模板也可以逐個導(dǎo)入，既可以對現(xiàn)有模板進行修改也可以新建模板、刪除模板。4.3超聲檢查監(jiān)視模塊超聲檢查監(jiān)視模塊可以監(jiān)視記錄下醫(yī)生所有的語音錄入信息及醫(yī)生對該系統(tǒng)的整個操作過程。方便醫(yī)生查詢以往的檢查情況，督促醫(yī)生超聲檢查中規(guī)范化操作，也為日后可能出現(xiàn)的醫(yī)患糾紛提供相關(guān)證據(jù)。5.總結(jié)與展望本系統(tǒng)解決了超聲科檢查效率低，人員配備不合理，超聲診斷描述規(guī)范度低，誤診率較高等問題。系統(tǒng)利用語音方式選用麥克風(fēng)進行語音錄入、命令控制和信息查詢，是人機交互最自然、最方便的方式，使該系統(tǒng)能夠滿足醫(yī)院中心報告廳的需求，有利于“三級檢診制度”的落實，提高生產(chǎn)效率，降低誤診率，使得病例報告系統(tǒng)更加準(zhǔn)確、高效和快捷。本系統(tǒng)提供語音輸入和鍵盤鼠標(biāo)等外部設(shè)備兩種方式控制系統(tǒng)工作，操作簡單易學(xué)，方便醫(yī)生的使用；替代了每次超聲檢查時錄入員的工作，節(jié)省了醫(yī)院開支，避免出現(xiàn)錄入人員工作不熟練影響超聲檢查效率；對整個診斷過程進行監(jiān)視記錄，督促醫(yī)生規(guī)范化操作，為部分醫(yī)療糾紛案提供了相關(guān)證據(jù)，提高超聲科日常工作抗風(fēng)險能力；醫(yī)生用語音的方式控制整個超聲檢查的錄入過程，自動生成報告，無需醫(yī)生手動操作；對大量的醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)進行整理，為以后病人就診提供相關(guān)依據(jù)；記錄每個病人利用本系統(tǒng)每次就診的情況，提高醫(yī)生診斷的準(zhǔn)確率；醫(yī)生參考權(quán)威書籍并根據(jù)相關(guān)經(jīng)驗整理了超聲描述相關(guān)模板，對現(xiàn)有的診斷模式進行了規(guī)范，結(jié)構(gòu)更為清晰。目前該系統(tǒng)已經(jīng)在某醫(yī)院試用，實踐證明該系統(tǒng)確實提高了醫(yī)生的工作效率?？紤]信息技術(shù)和醫(yī)療技術(shù)都在不斷進步，還需繼續(xù)研究語音識別技術(shù)和豐富超聲檢查描述模板。語音識別方面需考慮復(fù)雜的工作環(huán)境，醫(yī)生普通話的標(biāo)準(zhǔn)程度，改進語音增強、端點檢測、語音識別等技術(shù)，研發(fā)出適用范圍更廣的語音識別系統(tǒng)；隨著病人的增多，各種稀有病情會越來越多，病例模板還需不斷完善改進，以適用更多的情況。醫(yī)院廣泛應(yīng)用該系統(tǒng)后，還可以繼續(xù)豐富該系統(tǒng)，使其擴展應(yīng)用到醫(yī)院的放射科、病理、心臟介入科、血管介入等醫(yī)療系統(tǒng)，為醫(yī)院的數(shù)字化服務(wù)。參考文獻[1]GENELECTRIC.Voiceactivateddiagnosticimagingcontrolsystem.America.US7016469B2[P].2006.[2]GEMEDSYSGLOBALTECHCOLLC.Remotecontrolofamedicaldeviceusingspeechrecognitionandfootcontrols.America.US7127401B2[P].2006.[3]CHEETAHOMNILLC.Systemandmethodforvoicecontrolofmedicaldevices.America.US8098423B2[P].2012.[4]GENELECTRIC.Methodsandsystemtogeneratedataassociatedwithamedicalreportusingvoiceinputs.America.US8312057B2[P].2012.[5]錢蘊秋.超聲診斷學(xué)[M].第四軍醫(yī)大學(xué)出版社，2008.[6]張亮，龔衛(wèi)國.一種改進的維納濾波語音增強算法[J].計算機工程與應(yīng)用，2010，46（26）.[7]白文雅，黃健群，陳智伶.基于維納濾波語音增強算法的改進實現(xiàn)[J].電聲技術(shù)，2007，31（1）：44-46.[8]葉蕾，孫林慧，楊震.基于壓縮感知觀測序列倒譜距離的語音端點檢測算法[J].信號處理，2011，27（001）：67-72.[9]羅元，黃璜，張毅等.一種新的語音端點檢測方