Analýza řečových promluv pro IT diagnostiku neurologických onemocnění



Podobné dokumenty
Efekt rtms na hypokinetickou dysartrii u Parkinsonovy nemoci

ANALÝZA ŘEČOVÝCH PROMLUV PRO IT DIAGNOSTIKU NEUROLOGICKÝCH ONEMOCNĚNÍ

Funkce basálních ganglií: koordinace pohybů Hypokinetické a hyperkinetické syndromy Parkinsonova a Huntingtonova nemoc Motorické poruchy řeči

Funkce basálních ganglií: koordinace pohybů Hypokinetické a hyperkinetické syndromy Parkinsonova a Huntingtonova nemoc Motorické poruchy řeči

XII. konference - neurogenní poruchy komunikace dospělých

RNDr. Eva Janoušová doc. RNDr. Ladislav Dušek, Dr.

Obsah. Předmluva Specifi ka diagnostiky narušené komunikační schopnosti u dospělých Diagnostika poruch fl uence... 23

Pohled pacientů s Parkinsonovou nemocí a jejich rodin na péči na konci života. Radka Bužgová, Radka Kozáková

Neinvazivní mozková stimulace pro modulaci nemotorických symptomů Parkinsonovy a Alzheimerovy nemoci Irena Rektorová

Předm luva KAPITOLA 1 Specifika diagnostiky narušené komunikační schopnosti u dospělých.. 13

Algoritmy a struktury neuropočítačů ASN P8b

kognitivního deficitu schizofrenie (repetitivní transkraniáln lní magnetická stimulace)

AKUSTICKÁ ANALÝZA VĚT SLOŽITÝCH NA ARTIKULACI U PACIENTŮ S PARKINSONOVOU NEMOCÍ

Funkcionální komunikace

Diagnostika afázie v praxi

Algoritmy a struktury neuropočítačů ASN P9 SVM Support vector machines Support vector networks (Algoritmus podpůrných vektorů)

Spasticita jako projev maladaptivní plasticity CNS po ischemické cévní mozkové příhodě a její ovlivnění botulotoxinem. MUDr.

Sona-Speech II, Model 3650 PROGRAM PRO LOGOPEDICKOU PRAXI NA ČESKÉM LOGOPEDICKÉM NEBI POČÍTAČOVÝ PROGRAM. Úvodem.

ANALÝZA FONACE U PACIENTŮ S PARKINSONOVOU NEMOCÍ

Projekt edukační platforma I-COP EDU

Software pro pořizování a popis zvukových nahrávek

Neubauer, K. a kol. NEUROGENNÍ PORUCHY KOMUNIKACE U DOSPĚLÝCH (Praha, Portál, r. vydání 2007).

Zuzana Hummelová I. neurologicka klinika LF MU a FN u sv. Anny v Brně

HODNOCENÍ DŮRAZU, EMOCÍ, RYTMU, ARTIKULAČNÍ RYCHLOSTI A PRAVIDELNOSTI U PARKINSONOVY NEMOCI

MUDr. Milena Bretšnajdrová, Ph.D. Prim. MUDr. Zdeněk Záboj. Odd. geriatrie Fakultní nemocnice Olomouc

Repetitivní transkraniální magnetická stimulace ke studiu a ovlivnění kognitivních funkcí

Huntingtonova choroba

1. Vlastnosti diskretních a číslicových metod zpracování signálů... 15

STATISTIKA A INFORMATIKA - bc studium OZW, 1.roč. (zkušební otázky)

Složitost fluencí pro IMRT pole

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií BAKALÁŘSKÁ PRÁCE

AKUSTICKÁ ANALÝZA INTENZITY A RYCHLOSTI ŘEČI U PARKINSONOVY NEMOCI

5. PŘÍLOHY. Příloha č. 1 Seznam tabulek. Příloha č. 2 Seznam obrázků. Příloha č. 3 Seznam zkratek

Český národní registr Guillain-Barrého syndromu: výsledky 52měsíčního fungování.

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií DIPLOMOVÁ PRÁCE

Jasové transformace. Karel Horák. Rozvrh přednášky:

ANALÝZA ŘEČOVÝCH PROMLUV PRO IT DIAGNOSTIKU NEUROLOGICKÝCH ONEMOCNĚNÍ

Lokální analýza dat Národního registru CMP pro neurologické oddělení Fakultní nemocnice v Ostravě pacienti hospitalizovaní v letech 2010 a 2011

Smart Grid Data Mining

20 LET HLUBOKÉ MOZKOVÉ STIMULACE V ČR. Tiskové setkání 10. dubna 2018, Praha

Léčebné predikce u karcinomu prsu pro rok 2013 chystané novinky

1. Číselné posloupnosti - Definice posloupnosti, základní vlastnosti, operace s posloupnostmi, limita posloupnosti, vlastnosti limit posloupností,

Přístroje pro Iktové centrum PKN. Pardubická krajská nemocnice, a.s. - přístrojové vybavení iktového centra

PaedDr. Lenka Dohnalová RNDr. Tomáš Fürst, PhD. Katedra Hv PdF UP Olomouc

Zpřístupnění populačních epidemiologických registrů pro výuku: Národní onkologický registr ČR on-line

Algoritmy a struktury neuropočítačů ASN P09. Analýza emocionální řeči neuronovými sítěmi Proč?

Tekuté biopsie u mnohočetného myelomu

Projekt vzdělávací sítě iktových center- IKTA

SYNTÉZA ŘEČI. Ústav fotoniky a elektroniky, v.v.i. AV ČR, Praha

IKTA : analýza dat IC Nemocnice Chomutov (1) MUDr. Jiří Neumann MUDr. Ján Macko

Poruchy řeči u Parkinsonovy nemoci

Český národní registr Guillain-Barrého syndromu: výsledky 39měsíčního fungování.

promluvách založených na rychlém opakováni slabik /pa/-/ta/ /ka/

Český národní registr Guillain-Barrého syndromu: výsledky 34měsíčního fungování.

Irena Rektorová 1. neurologická klinika LF MU FN u sv. Anny CEITEC, Masarykova univerzita Brno

První výsledky analýzy efektu nákladné léčby roztroušené sklerózy v České republice

NÁRODNÍ REGISTR CMP. Cévní mozkové příhody epidemiologie, registr IKTA Kalita Z.

6. Lineární regresní modely

Lokální analýza dat Národního registru CMP. Komplexní cerebrovaskulární centrum Fakultní nemocnice Ostrava

TERMINOLOGIE ... NAMĚŘENÁ DATA. Radek Mareček PŘEDZPRACOVÁNÍ DAT. funkční skeny

SPOLEHLIVOST KONSTRUKCÍ & TEORIE SPOLEHLIVOSTI část 5: Aproximační techniky

Algoritmy a struktury neuropočítačů ASN - P10. Aplikace UNS v biomedicíně

PARKINSONOVA CHOROBA KAZUISTIKY, DIFERENCIÁLNÍ DIAGNOSTIKA. Zuzana Hummelová I. neurologicka klinika LF MU a FN u sv. Anny v Brně

Činnost logopedických pracovišť v ČR v roce Activity of branch of logopaediology in the CR in the year 2010

Obsah. 1 Plnění dílčích aktivit Plnění harmonogramu projektu Plnění cílů projektu Počet center a případů...6.

Efekt neinvazivní mozkové stimulace na kognitivní funkce

veličin, deskriptivní statistika Ing. Michael Rost, Ph.D.

CEBO: (Center for Evidence Based Oncology) Incidence Kostních příhod u nádorů prsu PROJEKT IKARUS. Neintervenční epidemiologická studie

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ

Využití software ITEMAN k položkové analýze a analýze výsledků testů

Ing. Petr Hájek, Ph.D. Podpora přednášky kurzu Aplikace umělé inteligence

Metody zpracování a analýzy medicínských obrazových dat: možnosti využití v neurovědním výzkumu

ProGastrin-Releasing Peptide (ProGRP) u nemocných s malobuněčným karcinomem plic

Elektromyografie v diagnostice dědičných neuropatií

Patient s hemato-onkologickým onemocněním: péče v závěru života - umírání v ČR, hospicová péče - zkušenosti jednoho pracoviště

Biologická léčba karcinomu prsu. Prof. MUDr. Jitka Abrahámová, DrSc. Onkologická klinika 1.LF UK a TN KOC (NNB+VFN+TN)

ÚVOD: Specifika výuky Faktory omezující rozvoj e-learningu Výuka se skládá z Memorování množství informací Praxe Nutnost kontaktu s pacienty Práce s o

Řízení svalového tonu Martina Hoskovcová

Vyšetřování libosti pachů se zaměřením na Parkinsonovu chorobu

Identifikace změn parametrů signálu akustické emise jako důsledku mechanického poškození

POLYNOMICKÁ REGRESE. Jedná se o regresní model, který je lineární v parametrech, ale popisuje nelineární závislost mezi proměnnými.

AKUSTICKÉ ANALÝZY PORUCH HLASU A ŘEČI U ONEMOCNĚNÍ CENTRÁLNÍ NERVOVÉ SOUSTAVY Roman Čmejla, Jan Rusz

Kognitivní poruchy u RS. Eva Havrdová 1.LF UK a VFN

Informace ze zdravotnictví Olomouckého kraje

Síť MEFANET a podpora výuky onkologie v klinické praxi

Informace ze zdravotnictví Moravskoslezského kraje

P ře d m lu v a к č e s k é m u v y d á n í P ředm luva...13

Informace ze zdravotnictví Moravskoslezského kraje

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ

VZTAH MEZI ISCHEMICKÝMI CÉVNÍMI PŘÍHODAMI A ONEMOCNĚNÍM SRDCE Z POHLEDU DIAGNOSTIKY A PREVENCE. MUDr. Michal Král

Pokročilé neparametrické metody. Klára Kubošová

Moderní systémy pro získávání znalostí z informací a dat

(n, m) (n, p) (p, m) (n, m)

Úvod do praxe stínového řečníka. Proces vytváření řeči

MATEMATICKÁ STATISTIKA - XP01MST

Metodologie pro ISK II

Popis sběru dat a souvisejících datových struktur AINSO GBS

Informace ze zdravotnictví Moravskoslezského kraje

Akustika. 3.1 Teorie - spektrum

Dostupné a důstojné bydlení pro všechny II

Transkript:

Analýza řečových promluv pro IT diagnostiku neurologických onemocnění Jiří Mekyska 1, Zdeněk Smékal 1, Irena Rektorová 2, Ilona Eliášová 2, Milena Košťálová 3, Eva Janoušová 4, Martina Mračková 2 1 Ústav telekomunikací, Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií Vysoké učení technické v Brně 2 I. Neurologická klinika, Lékařská fakulta Masarykovy univerzity a Fakultní nemocnice u sv. Anny v Brně 3 Neurologická klinika, Lékařská fakulta Masarykova univerzita 4 Institut biostatistiky a analýz, Lékařská a Přírodovědecká fakulta Masarykova univerzita Mekyska et al. (BUT, MU) NDAT (řeč) 1 / 19

Parkinsonova nemoc a hypokinetická dysartrie Parkinsonova nemoc (PN) neurodegenerativní onemocnění charakteristické úmrtím dopaminergních neuronů v oblasti černé substance ve středním mozku dochází k rigiditě, bradykinezi, tremoru a v 60 90 % i k lézi v bazálních gangliích vyskytuje se hypokinetická dysartrie (HD) Hypokinetická dysartrie (HD) porucha motorické realizace řeči projevuje se v oblastech fonace, artikulace, prozodie, plynolosti řeči a faciokineze klinické příznaky: hlasový tremor, snížená hybnost mluvidel, špatné kmitání hlasivek, snížená intenzita hlasu, atd. Mekyska et al. (BUT, MU) NDAT (řeč) 2 / 19

Koncept analýzy hypokinetické dysartrie akvizice dat klasifikace trénování/ testování značení XML popis DIAGNÓZA URČENÍ MÍRY ONEMOCNĚNÍ MONITOROVÁNÍ ATD. statistická analýza PN/Z výběr parametrů *.xls, *.mat *.txt, *.fig předzpracování extrakce lokálních parametrů extrakce vysokoúrovňových parametrů řečový korpus předzpracování extrakce lokálních parametrů extrakce vysokoúrovňových parametrů extrakce globálních parametrů předzpracování extrakce lokálních parametrů extrakce vysokoúrovňových parametrů Mekyska et al. (BUT, MU) NDAT (řeč) 3 / 19

Nový protokol záznamu dysartrické řeči byť je HD vícekomponentové narušení, ve vědeckých publikacích se jednotlivé subsystémy analyzovaly zvlášť bylo nutné navrhnout protokol akvizice, který by umožnil komplexní popis PN návrh nového protokolu ve spolupráci s klinickou logopedkou PhDr. Mgr. Milenou Košťálovou (LF, MU) obsahuje 91 řečových cvičení (popis prozodie, srozumitelnosti, rytmu, intonace, kontrastu, fonace, diadochokineze, respirace, hybnosti a únavy mluvidel) analyzuje všechny řečové dysfunkce, které se u PN vyskytují navržen tak, aby bylo možné automatizovaně odhadnout celkový dysartrický index (DX) subjektivního 3F testu a jeho subtestů Mekyska et al. (BUT, MU) NDAT (řeč) 4 / 19

PARCZ (Czech Parkinsonian Speech Database) nová databáze, která se zaznamenává na základě navrženého protokolu na pracovišti I. Neurologické kliniky Lékařské fakulty Masarykovy univerzity a Fakultní nemocnice u sv. Anny v Brně slouží k výzkumu řeči u pacientů s PN aktuální verze (4. 11. 2014) obsahuje 100 pacientů s PN a 52 věkově vázaných kontrol plánuje se opakované nahrávání pacientů sledování progrese onemocnění Mekyska et al. (BUT, MU) NDAT (řeč) 5 / 19

Lokální řečové příznaky používané k analýze 108 původních parametrů + 62 nově navržených 1 parametry popisující fonaci 2 parametry popisující tempo řeči 3 parametry popisující pauzování 4 parametry popisující hybnost jazyka 5 parametry popisující kvalitu řeči 6 segmentální parametry 7 parametry založené na bispektru 8 parametry založené na vlnkové dekompozici 9 parametry založené na empirické modální dekompozici 10 nelineární dynamické parametry Mekyska et al. (BUT, MU) NDAT (řeč) 6 / 19

Nově navržené lokální řečové příznaky 1 parametry založené na modulačním spektru popisují chvění v hlase ˆX [p, m] = ln (X [p, m]) ln (X [p, m]) Ψ n [p, l] = Ψ 2 [p, l] Ψ[p, l] l 2 parametry založené na sluchové struktuře popisují nesprávnou polohu artikulačních orgánů ( ) o 1 ( ) n 2πfc n g[n] = cos e 2πbn fvz f vz f vz b = 24.7 ( 4.37 3 f c + 1 ) H(z) = 0.1z 2 0.09 ( ) z 2 2πf 1.8 cos c f vz z + 0.81 Mekyska et al. (BUT, MU) NDAT (řeč) 7 / 19

Nově navržené lokální řečové příznaky 3 parametry založené na bikepstru sledování linearity, odhad šumové složky B[k 1, k 2 ] = N 1 n 1,n 2=0 γ[n 1, n 2 ]e j 2π N (k1n1+k2n2) γ[n 1, n 2 ] = 1 N 1 δ[n]δ[n + n 1 ]δ[n + n 2 ] N n=0 δ[i] = s[(n + i) mod N] 4 aproximační a vzorková entropie založené na různých funkcích jádra měření pravidelnosti uvnitř časové řady, odhad komplexnosti systému C[i, m, r] = N m 1 κ (i, j, r) N m j=0 AE = Φ[m, r] Φ[m + 1, r] Φ[m, r] = N m 1 ln (C[i, m, r]) N m i=0 Mekyska et al. (BUT, MU) NDAT (řeč) 8 / 19

Nově navržené lokální řečové příznaky 5 parametry založené na empirické modální dekompozici rozklad jakéhokoliv nelineárního a časově proměnného signálu na omezený, a většinou nízký, počet vlastních modálních funkcí IMF IMF jsou kmitočtově a amplitudově modulované 1. IMF většinou obsahuje šumovou složku signálu nové parametry založené na IMF: RE, FD, CPP, GNE 6 parametry popisující diadochokinetické úlohy s[n] 0.01 0.005 0-0.005-0.01 a a a a a a a a a -0.015 2 2.2 2.4 2.6 2.8 3 n 3.2 3.4 3.6 3.8 4 x 10 4 Mekyska et al. (BUT, MU) NDAT (řeč) 9 / 19

Vysokoúrovňové a globální parametry Vysokoúrovňové parametry transformují vektory či matice na skalární hodnoty vhodnější pro následující zpracování počítají se z lokálních parametrů medián, std., min., max., percentily, kvartily, šikmost, špičatost, koeficienty lineární regrese, entropie, atd. použito celkem 62 parametrů Globální parametry založeny na formantových kmitočtech různých samohlásek popisují hybnost jazyka vokální oblast hlasového traktu, artikulační index samohlásek, atd. použito celkem 6 parametrů Mekyska et al. (BUT, MU) NDAT (řeč) 10 / 19

Identifikace patologické řeči testování významu všech 170 parametrů při identifikaci patologické řeči databáze: MEEI (Massachusetts Eye and Ear Infirmary database), PdA (Príncipe de Asturias database) a PARCZ (Czech Parkinsonian Speech Database) výběr parametrů: Mann-Whitneyův U test klasifikátory: SVM (Support Vector Machine) s radiálním jádrem a RF (Random Forests) výsledky všechny nově navržené parametry byly identifikovány jako signifikantní výsledky klasifikací překonaly všechny doposud publikované výsledky Mekyska et al. (BUT, MU) NDAT (řeč) 11 / 19

Identifikace patologické řeči 100 ženy 100 muži 100 obě pohlaví 90 90 90 80 80 80 70 70 70 60 60 60 [%] 50 [%] 50 [%] 50 40 40 40 30 30 30 20 10 0 MEE PdA PARCZ ACC SEN SPE 20 10 0 MEE PdA PARCZ ACC SEN SPE 20 10 0 MEE PdA PARCZ ACC SEN SPE Mekyska et al. (BUT, MU) NDAT (řeč) 12 / 19

Identifikace Parkinsonovy nemoci z DDK úloh diadochokinetické (DDK) úlohy obsahují rychle vyslovené kombinace ploziv, nebo ploziv a samohlásek DDK úlohy slouží k popisu artikulace (hybnosti mluvidel) databáze: PARCZ DDK úlohy: ba-ba-ba, p-t-k, pa-ta-ka řečové příznaky: 4 původní + 25 nově navržených parametrů postup: FS (Forward Selection) + SVM a RF, validace typu leave-one-out [%] 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 ženy muži obě pohlaví ACC SEN SPE Mekyska et al. (BUT, MU) NDAT (řeč) 13 / 19

Vliv rtms na řeč pacientů s Parkinsonovou nemocí repetitivní transkraniální magnetická stimulace rtms je druhem elektrofyziologické léčby PN cílem tohoto výzkumu bylo zjistit, jaký vliv má rtms primárního motorického kortexu SM1 a levého dorzolaterálního prefrontálního kortexu DLPFC na řeč pacientů s PN, a stimulace které části mozku je vhodnější k léčbě HD databáze: 12 mužů vybraných z PARCZ řečové úlohy: 5 předříkávaných vět, 1 věta přečtená třikrát jinak (oznamovací, tázací, rozkazovací), 5 českých prodloužených samohlásek statistická analýza: Mann-Whitneyův U test, Wilcoxonův test, Bonferroniho korekce Mekyska et al. (BUT, MU) NDAT (řeč) 14 / 19

Vliv rtms na řeč pacientů s Parkinsonovou nemocí výsledky rtms primárního motorického kortexu SM1 má u pacientů s PN pozitivní vliv na kvalitu hlasu, intenzitu, tempo, intonaci a hybnost jazyka vliv u všech pacientů s lehkou až pokročilou formou HD nejvíce změn bylo identifikováno u prodloužených samohlásek žádný vliv při stimulaci DLPFC jedná se o první studii tohoto druhu navrhuje nové možnosti léčby řeči u pacientů s PN Mekyska et al. (BUT, MU) NDAT (řeč) 15 / 19

Korelační analýza mezi klinickými a paraklinickými daty cílem tohoto výzkumu bylo provést korelační analýzu mezi akustickými parametry a délkou PN, věkem pacientů a dalšími 31 metodami popisujícími PN byly vybírány akustické parametry, na základě kterých bude možné odhadovat hodnoty různých subjektivních testů databáze: PARCZ řečové úlohy: celý protokol řečové příznaky: vybrané parametry popisující fonaci, tempo, pauzování a hybnost jazyka statistická analýza: Spearmanova parciální korelace s odstraněným vlivem věku a denní levodopa-ekvivalentní dávkou LED, Bonferroniho korekce Mekyska et al. (BUT, MU) NDAT (řeč) 16 / 19

Korelační analýza mezi klinickými a paraklinickými daty výsledky (ženy) k odhadu klinických parametrů je vhodné používat položky, které hodnotí především udržení rytmu v rytmickém celku, základní větné intonační vzorce (hlavně větu tázací) a přemísťování kontrastního přízvuku a intonační variabilitu z parametrů se nejčastěji vyskytovaly ty, které hodnotí monotónnost řeči (u pacientek je nižší variabilita F 0 ) a tempo výsledky (muži) k největším odlišnostem docházelo v případě intonace a tempa řeči z parametrů je vhodné opět používat F 0 a řečové příznaky popisující hybnost jazyka výsledky mnoha subjektivních testů lze odhadovat při analýze básně (rytmického celku) Mekyska et al. (BUT, MU) NDAT (řeč) 17 / 19

Postup prací v horizontu dalších 5 let rozšiřování navrženého systému do dalších nemocnic (v Norsku, ve Francii a Španělsku) nasazení systému při nastavování různých parametrů hluboké mozkové stimulace STN-DBS či rtms rozšíření systému o analýzu dalších onemocnění (mnohotná systémová atrofie, Alzheimerova a Huntingtonova choroba) integrace systému do oblasti telemedicíny (vzdálené sledování pacientů) fúze akustických parametrů s daty získanými z fmri či analýzy ručně psaného projevu výzkum dalších parametrizačních metod Mekyska et al. (BUT, MU) NDAT (řeč) 18 / 19

Děkuji za pozornost Mekyska et al. (BUT, MU) NDAT (řeč) 19 / 19