ROBUST REGRESYON ALGORİTMASI İLE HORLAMA SESLERİNİN ANALİZİ VE KLİNİK UYGULAMASI

Mustafa ÇAVUŞOĞLUMustafa KAMAŞAK

Timur AKÇAMSinan YETKİNFuat ÖZGEN

Osman EROĞUL

Horlama

Halk arasında bireyin çıkarttığı gürültülü ses olara tanımlanan , tıbbi manası ile uyku esnasında ağız ve yutak bölgesinde yer alan kasların ve küçük dilin gevşeyerek çökmesi ve akciğerden gelen havanın bu gevşemiş yapılara çarparak oluşturduğu titreşimdir.

Horlama sadece gürültü değil aynı zamanda ciddi uyku bozukluklarınında habercisidir.

Horlama Şiddeti ve Evlilik

Asfalt Delme Makinesi= 75 decibel Formula 1 arabası = 105 decibel Horlama = 120 decibel

Kimler Horlar?

Yeryüzündeki yetişkinlerin yüzde yirmisi horluyor. Ancak bu yüzde yirminin içinde erkeklerin oranı daha fazla.

İngiliz Horlama ve Uyku Apnesi Birliği’nin yaptığı bir araştırmaya göre, horlayanların çoğu ve onların yanlarında uyuyanlar, bu sorundan kurtulmakla ilgili rüyalar görüyorlar.

Horlamanın en büyük etkisi kalitesiz uyku ve yorgun uyanmak. Horlayanların çoğu baş ağrısı problemiyle de karşı karşıya.

Tabi buna eşinizle yaşayabileceğiz olası sorunları da dahil etmek mümkün

Amaç

Bu çalışmada, uzun süreli solunum seslerini analiz etmek amacıyla bölütlenmiş horlama sesleri için bir sınıflandırma sistemi geliştirilmiştir.

Bu sınıflandırma sistemine niye ihtiyaç var?

Ses Kayıtları

Ses Kayıtları

SINIFLANDIRMA

Hastalardan alınan ses kayıtları incelenerek,eldeedilen bölütler 10 farklı sınıfa ayrılmıştır. Horlama Nefes verme Öksürme Boğaz temizleme Tıkanma Burun çekme Yutkunma Konuşma Mırıltı Çevre gürültüsü

SINIFLANDIRMA(HORLAMA)

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2

x 105

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

örnek

genl

ik

SINIFLANDIRMA(NEFES VERME)

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

x 105

-30

-20

-10

0

10

20

30

örnek

genl

ik

SINIFLANDIRMA(ÖKSÜRME)

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5

x 105

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

örnek

genl

ik

SINIFLANDIRMA(BOĞAZ TEMİZLEME)

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18

x 104

-50

0

50

örnek

genl

ik

SNIFLANDIRMA(TIKANMA)

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

x 105

-60

-40

-20

0

20

40

60

örnek

genl

ik

SINIFLANDIRMA(BURUN ÇEKME)

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18

x 104

-15

-10

-5

0

5

10

15

örnek

genl

ik

SINIFLANDIRMA(YUTKUNMA)

0 0.5 1 1.5 2 2.5

x 105

-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

25

örnek

genl

ik

SINIFLANDIRMA(KONUŞMA)

0 2 4 6 8 10 12 14

x 104

-50

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

örnek

genl

ik

SINIFLANDIRMA(MIRILTI)

0 2 4 6 8 10 12 14 16

x 104

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

25

örnek

genl

ik

AMAÇ

Horlama seslerinin analizinde, sinyali zaman ve frekans bölgesinde karakterize eden özelliklerin hesaplanabilmesi için her bir horlama episodunun algılanması gerekmektedir.

Burada amaç horlama episodlarını seçip kayıtta bulunan öksürme, konuşma, tıkanma gibi diğer istenilmeyen gürültülerin reddedilmesidir.

YÖNTEM

Horlama sesleri ile istenilmeyen dalga şekillerinin spektogramları incelendiğinde frekans bandlarına göre enerji dağılımlarının yoğunluklarının farklı olduğu görülmüştür.

Enerji dağılımındaki bu farklılıktan dolayı horlama seslerinin diğer gürültülerden ayırt edilmesi için spektogram tabanlı öznitelik vektörleri kullanılmıştır.

SPEKTOGRAM

SPEKTOGRAM

Yukarıdaki şekilde görüldügü üzere horlama seslerinin enerjisi belli frekans bölgelerinde yoğunlaşırken, istenilmeyen dalga şekillerinin enerjilerinin frekans bandlarına göre dağılımında bir yoğunlaşma görülmemektedir.

YÖNTEM

Spektogram tabanlı öznitelik vektörleri hesaplamak amacıyla 0-7500 Hz aralığı 500 Hz’lik frekans bandlarına ayrılarak her bir banddaki toplam enerji miktarı bulunmuştur.

Kayıtlardaki episodların genlikleri hastadan hastaya değişebilmektedir.

Özniteliklerin hastadan bağımsız hale getirilebilmesi için 500 Hz’lik frekans bandlarının enerjisi episodun toplam enerjisi ile normalize edilmiştir.

ÖZNİTELİKLER

Bu işlem ile elde edilen öznitelikler aşağıdaki şekilde ifade

edilmektedir.

Elde edilen öznitelik vektörlerinin oluşturduğu uzaydan, sınıflandırma probleminde temel olarak kullanılacak özniteliklerin bulunduğu altuzayın belirlenmesi için ana bileşenler analizi (principal component analysis) kullanılmıştır

7500

0

2

500

)1(500

2

),(

),(

f

i

ifi

fy

fy

YÖNTEM

Bu alt uzayda yer alan yeni öznitelik vektörleri aşağıdaki gibi hesaplanmıştır.

Bu eşitlikte , eğitim veri kümesinden elde edilen

öznitelik vektörlerinin ortalamasını, C matrisi ise bu vektörlerin kovaryansını ifade etmektedir.

)()( TC

KOVARYANS MATRİSİ

Bu kovaryans matrisinin ana bileşenleri aşağıdaki gibi hesaplanmıştır.

CWWW T

Wopt maxarg

2 4 6 8 10 12 140

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

0.08

Kovaryans Matrisinin özdegerleri

YÖNTEM

Bu analizden elde edilen kovaryans matrisinin yüksek özdeğerlerine karşılık gelen özvektörler, sınıflandırma probleminde kullanılacak alt uzayın temel bileşenleridir. Diğer bir söyleyişle bu özvektörler sınıflandırma probleminde kullanılacak alt uzayı gerer. Öznitelik vektörlerinin bu alt uzaydaki izdüşümleri yeni öznitelik vektörlerini oluşturur.

YÖNTEM

Hastalardan gece uykusu boyunca alınan ses kayıtları bölütlenerek sınıflandırılmıştır.

Bu sınıflandırma dikkate alınarak oluşturulan veri tabanı eğitim ve test kümesi olmak üzere iki kümeye ayrılmıştır.

Farklı apne/hipopne indeksine(AHI) sahip 30 farklı hastadan alınan episodlar için öznitelik vektörleri hesaplanmıştır.

Yukarıda anlatılan biçimde elde edilen kovaryans matrisinin özdeğerlerinden ilk ikisinin yüksek çıkması sınıflandırma problemi için kullanılacak alt uzayın iki boyutlu olmasının yeterli olacağını göstermektedir.

YÖNTEM

Eğitim veri kümesinden elde edilen öznitelik vektörlerinin kullanılan alt uzaydaki iz düşümleri incelendiğinde bu yeni öznitelik vektörlerinin bir çizgi üzerinde toplandığı görülmüştür.

YÖNTEM

Şekilde eğitim ve test kümelerinin kullanılan alt uzaydaki yerleri gösterilmektedir. Robust regresyon algoritması kullanılarak episodların horlama olup olmadığına karar verilmektedir.

Eğitim ve test kümelerinin alt uzaydaki yerleri

SONUÇ

Sonuç olarak horlama sesleri %94.4, istenilmeyen dalga şekilleri ise %90 doğrulukla sınıflandırılmıştır.

Horlama Seslerinin Dedeksiyonu

Sistemin öksürme episoduna tepkisi

Almanya’ya yolunuz düşerse

Almanya’nın Aşağı Saksonya eyaletinde küçük bir kasaba olan Alfeld’teki müze, tamamıyla horlama fenomenine ve horlamayla savaşma yöntemlerine ayrılmış. Müzenin bilgilerine göre, şair Maria Novikova horlama üzerine mini bir şiir yazmış, şiirde şöyle diyor,

Bu rahatsız edici ses sonsuz aşkın garantisidir:

Bir kadın sevdiğinin horlamasını mazur görür, eğer daima yanında uyuyorsa…

Bir Soru Bir cevap !

Teşekkürler…