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Título
Leveraging Synthetic Data to Develop a Machine Learning Model for Voiding Flow Rate Prediction From Audio Signals
Autor
Año del Documento
2025
Editorial
IEEE
Descripción
Producción Científica
Documento Fuente
IEEE Access, 2025, vol. 13, pp. 127240-127251
Resumo
Sound-based uroflowmetry (SU) is a non-invasive technique emerging as an alternative to traditional uroflowmetry (UF) to calculate the voiding flow rate based on the sound generated by the urine impacting the water in a toilet, enabling remote monitoring and reducing the patient burden and clinical costs. This study trains four different machine learning (ML) models (random forest, gradient boosting, support vector machine and convolutional neural network) using both regression and classification approaches to predict and categorize the voiding flow rate from sound events. The models were trained with a dataset that contains sounds from synthetic void events generated with a high precision peristaltic pump and a traditional toilet. Sound was simultaneously recorded with three devices: Ultramic384k, Mi A1 smartphone and Oppo Smartwatch. To extract the audio features, our analysis showed that segmenting the audio signals into 1000 ms segments with frequencies up to 16 kHz provided the best results. Results show that random forest achieved the best performance in both regression and classification tasks, with a mean absolute error (MAE) of 0.9, 0.7 and 0.9 ml/s and quadratic weighted kappa (QWK) of 0.99, 1.0 and 1.0 for the three devices. To evaluate the models in a real environment and assess the effectiveness of training with synthetic data, the best-performing models were retrained and validated using a real voiding sounds dataset. The results reported an MAE below 2.5 ml/s and a QWK above 0.86 for regression and classification tasks, respectively.
Palabras Clave
Machine learning
non-invasive voiding monitoring
sound-based uroflowmetry
sound voiding signals
voiding flow estimation
ISSN
2169-3536
Revisión por pares
SI
Patrocinador
Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades (MICIU) a través del proyecto SWALU CPP2022-010045
2020 ‘‘Ayuda para contratos predoctorales’’ financiada por MICIU y la Agencia Estatal de Investigación (AEI), 10.13039/501100011033 y cofinanciada por el Fondo Social Europeo (FSE) bajo el lema ‘‘FSE invierte en tu futuro,’’ proyecto PRE2020-095612
Gobierno Vasco a través del Hazitek Program bajo el proyecto BATHMIC ZL-2024/00481
Ministerio a través del proyecto Aginplace financiado por MICIU, AEI/10.13039/501100011033 y por la Unión Europea (UE) a través del Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER), proyecto PID2023-146254OB-C41 y PID2023-146254OA-C44
2020 ‘‘Ayuda para contratos predoctorales’’ financiada por MICIU y la Agencia Estatal de Investigación (AEI), 10.13039/501100011033 y cofinanciada por el Fondo Social Europeo (FSE) bajo el lema ‘‘FSE invierte en tu futuro,’’ proyecto PRE2020-095612
Gobierno Vasco a través del Hazitek Program bajo el proyecto BATHMIC ZL-2024/00481
Ministerio a través del proyecto Aginplace financiado por MICIU, AEI/10.13039/501100011033 y por la Unión Europea (UE) a través del Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER), proyecto PID2023-146254OB-C41 y PID2023-146254OA-C44
Version del Editor
Idioma
eng
Tipo de versión
info:eu-repo/semantics/publishedVersion
Derechos
openAccess
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Tamaño:
1.642Mb
Formato:
Adobe PDF
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