Publicación: Patrones espacio–acústicos en sonidos respiratorios multicanal : integración de procrustes, clustering y modelos supervisados en pacientes con EPOC
Fecha
2025-03-03
Autores
Escobar Pajoy, Sebastián
dc.contributor.advisor
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Editor
Universidad EAFIT
Resumen
Auscultation is a fundamental tool for assessing respiratory conditions; however, its interpretation is limited by examiner subjectivity and by the strong influence that recording location exerts on the acoustic properties of lung sounds. This work proposes a multichannel analysis strategy aimed at characterizing the spatial organization of respiratory sounds in patients with COPD and evaluating the relative contribution of different thoracic regions to the detection of adventitious events. Using simultaneous recordings from seven chest locations in the ICBHI 2017 dataset, a collection of respiratory segments was constructed and described through spectral and cepstral features. Multichannel configurations were projected into low dimensional spaces and aligned using Procrustes analysis, enabling comparable geometric representations across subjects and breathing cycles. An unsupervised clustering scheme applied to these representations revealed recurrent spatial patterns associated with different distributions of wheezes and crackles. In addition, supervised Random Forest models were trained for adventitious sound detection, incorporating feature-importance analyses and channel-ablation experiments to examine the contribution of each thoracic region. The results indicate that multichannel spatial information contains structured patterns that can be leveraged both to group thoracic configurations and to enhance the interpretability of classification models, contributing to more robust and explainable representations of pulmonary acoustics
Descripción
La auscultación pulmonar es una herramienta esencial en el diagnóstico de enfermedades respiratorias, pero su interpretación se ve limitada por la subjetividad del examinador y por la influencia de la posición de registro sobre las características acústicas. En este trabajo se propone una estrategia de análisis multicanal orientada a caracterizar la organización espacial de los sonidos respiratorios en pacientes con EPOC y a evaluar la contribución relativa de distintas regiones torácicas en la detección de eventos adventicios. A partir de grabaciones simultáneas en siete posiciones del tórax de la base ICBHI 2017, se construyó un conjunto de segmentos respiratorios descritos mediante características espectrales y cepstrales. Las configuraciones multicanal se proyectaron a espacios de baja dimensión y se alinearon mediante análisis de Procrustes, lo que permitió obtener representaciones geométricas comparables entre sujetos y respiraciones. Sobre estas representaciones se aplicó un esquema de agrupamiento no supervisado capaz de revelar patrones espaciales recurrentes asociados a diferentes distribuciones de sibilancias y crepitantes. Complementariamente, se entrenaron modelos supervisados basados en bosques aleatorios para la detección de eventos adventicios, incorporando análisis de importancia de características y experimentos de eliminación por canal para estudiar el aporte de cada región torácica. Los resultados muestran que la información espacial multicanal contiene patrones estructurados que pueden explotarse tanto para agrupar configuraciones torácicas como para mejorar la interpretabilidad de los modelos de clasificación, avanzando hacia representaciones más robustas y explicables de la acústica pulmonar
Citación
dc.identifier.doi
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Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International (CC BY-NC-ND 4.0)