על ידי מדידת שינויים עדינים באיכות הקול, AI יכול לעזור לרופאים לאתר נגעי קיפול ווקאלי מסוכן לפני שהסימפטומים מחמירים.
לימוד: קול כסמן ביולוגי: ניתוח חקר לנגעי קפל ווקאלי שפירים וממאירים. קרדיט תמונה: 3dmedisphere / shutterstock
מחקר גישוש מגלה כי שינויים עדינים בדפוסי הקול, במיוחד שונות ביחס הרמוני לרעש, עשויים לשמש כסימני אזהרה מוקדמים של נגעי קיפול קול, ולסלל את הדרך לכלי סינון עתידיים המונעים על ידי AI.
מחקר חדש שהובל על ידי אוניברסיטת אורגון בריאות ומדע וחוקרי אוניברסיטת פורטלנד סטייט זיהו תכונות ווקאליות מובחנות שעשויות לשמש כסמנים ביולוגיים פוטנציאליים לגילוי מוקדם של נגעי קיפול ווקאלי שפירים וממאירים. המחקר מתפרסם בכתב העת גבולות בבריאות דיגיטליתו
רֶקַע
שינויים במגרש הקולי, בקול רם ובאיכות מאפיינים הפרעות ווקאליות. גורמים שונים יכולים להפעיל הפרעות אלה, כולל פתולוגיה של קפל ווקאלי, מצבים נוירולוגיים או דפוסי שימוש קוליים תפקודיים.
אנשים עם הפרעות קוליות חווים לעתים קרובות איכות חיים ירודה, הערכה עצמית נמוכה, קשיים הקשורים לעבודה ובידוד חברתי. חוויות אלה בולטות במיוחד בקרב אנשים שתפקידיהם המקצועיים תלויים באופן משמעותי בתקשורת קולי.
גם נגעי קיפול ווקאלי שפירים וגם ממאירים (סרטן הגרון) קשורים להפרעות קוליות. בעוד שנגעים שפירים משפיעים באופן משמעותי על איכות הקול וגורמים לתחלואה, נגעים ממאירים הם לרוב מסכני חיים אם נותרו לא מסודרים.
דיספוניה (מצב המאופיין בקול לא תקין) הוא אחד התסמינים הראשונים של נגעי קפל ווקאלי, הדורש תהליך אבחוני הכולל הדמיה של הגרון והערכת המורפולוגיה של הנגע באמצעות אנדוסקופיה של וידאו. הגרון הוא מבנה אנטומי בצוואר בו ממוקמים קפלים ווקאליים.
ההתקדמות האחרונה בטכנולוגיות בינה מלאכותית (AI) הקלה על ניתוח קול אנושי לגילוי מוקדם של מגוון מצבים בריאותיים, כולל פתולוגיה של גרון, הפרעות נוירולוגיות ופסיכולוגיות, סרטן ראש וצוואר וסוכרת.
השימוש ב- Voice כסמן ביולוגי דיגיטלי מספק פלטפורמה מבטיחה לגילוי והקרנה לא פולשניים של תנאים אלה שעלולים להיות מסכני חיים. פרויקט הקול לפרויקט AI, כחלק מקונסורציום המוסדות הלאומיים לבריאות (NIH) לקונסורציום בינה מלאכותית (Bridge2AI), נועד לנתח את הקול כסמן ביולוגי של בריאות לשימוש בטיפול קליני.
במחקר הנוכחי, החוקרים ניתחו את מערך הנתונים של Bridge2AI-Voice כדי לזהות תכונות אקוסטיות ספציפיות המבדילות ביעילות את סרטן הגרון והנגעים הקוליים הקוליים השפירים מפתולוגיות ווקאליות אחרות ותפקוד קוליים בריאים. תכונות אקוסטיות מתייחסות לתכונות קוליות מדידות, כולל המגרש, הרעש והאיכות.
המחקר
מערך הנתונים שניתח במחקר כולל 12,523 הקלטות של 306 משתתפים שנאספו בחמישה אתרים בצפון אמריקה. ניתוחים אקוסטיים התמקדו בהקלטות מעבר קשת (180 הקלטות של 176 משתתפים) עם תכונות שהוצאו מראש באמצעות תוכנת OpenSmile. המטרה העיקרית של המחקר הייתה זיהוי של תכונות אקוסטיות שיכולות להבחין בין קולות המשתתפים עם נגעי קיפול ווקאלי מאלו ללא כל הפרעות ווקאליות, כמו גם להבדיל בין קולות המשתתפים עם נגעים מאלה עם הפרעות ווקאליות אחרות.
המשתתפים סווגו לשתי קבוצות על בסיס סוג הנגע ואבחון הפרעות ווקאליות. הקבוצה הראשונה כללה משתתפים עם סרטן הגרון, נגעים שפירים או ללא הפרעה קולית, והקבוצה השנייה כללה משתתפים עם סרטן הגרון או נגעים שפירים ללא הפרעות קוליות אחרות, כמו גם את אלה עם הפרעות ווקאליות אחרות (דיספוניה עוויתית או שיתוק קפל ווולי). המשתתפים הטרנסג'נדרים לא הוחרגו מניתוחים מרובדים מין מכיוון שלא ניתן היה לאמת טיפול משנה קולי קודם.
ארבע תכונות אקוסטיות בתוספת השונות (סטיית תקן) של HNR, תדר בסיסי, ריצוד, שימר ויחס הרמוני לרעש (HNR) חולצו מהקלטות הקול של המשתתפים לניתוח השוואתי. תדירות בסיסית מתייחסת לתדירות בה מיתרי הקול רוטטים; ריצוד הוא מדד לתנודות תדר מהותיות; שימר הוא מדד התנודות במשרעת גלי הקול; ו- HNR הוא היחס בין המרכיב התקופתי לאפריודית באות דיבור.
ממצאי מפתח
הניתוח של תכונות אקוסטיות העלה כי למשתתפים עם נגעים שפירים יש HNR ממוצע שונה באופן משמעותי ותדירות בסיסית בהשוואה לאלה ללא כל הפרעה קולית, ושונות HNR שונות באופן משמעותי (SD) בהשוואה לסרטן הגרון. השונות של HNR (SD) לא הייתה שונה באופן משמעותי בין נגעים שפירים ללא הפרעה קולית. ממוצע HNR ותדירות בסיסית לא היו שונים באופן משמעותי בין נגעים שפירים לסרטן הגרון.
ההשוואה הקשורה למגדר שנחשפה בקרב גברים סיסגנדריים הבדלים דומים בשונות HNR ו- HNR הממוצעת לעומת הפרעה קולית ושונות HNR לעומת סרטן הגרון, אך לא אצל משתתפות, מה שעשוי להיות בגלל גודל המדגם הקטן יותר.
לא נמצאו הבדלים מובהקים עבור ריצוד או שימר בשום השוואה, ואף תכונה אקוסטית לא הבחינה משמעותית בקבוצות נגעים מהפרעות ווקאליות אחרות בקבוצת הניתוח השנייה.
משמעות המחקר
המחקר מזהה שונות של יחס הרמוני לרעש (סטיית תקן) כסמן ביולוגי מבטיח לקול לגילוי מוקדם ומעקב אחר נגעי קיפול ווקאלי. המרכיב התקופתי של יחס זה נובע מפולסי גלוטל רגילים במהלך פונציה, והרכיב האפריודי הוא הרעש המיוצר מסערה כאשר אוויר זורם דרך הגלוטיס (מרכז הגרון).
במחקר נמדדו גם הממוצע וגם סטיית התקן של היחס ההרמוני לרעש, מכיוון שהחוקרים האמינו כי שונות זו תסייע במדידת עקביות בייצור הקולי. ההבדלים שנצפו בסטיית התקן בין קבוצות נגע שפירות לממאירה מראים כי תכונה זו עשויה לשמש סמן שימושי לפיקוח על התקדמות הנגע ולאיתור סרטן הגרון בשלב מוקדם.
עם זאת, המחקר לא יכול היה לאתר הבדלים משמעותיים ביחס הרמוני לרעש ואת השונות שלו בין משתתפים עם נגעים שפירים או ממאירים לבין אלה עם הפרעות ווקאליות אחרות. זה מצביע על כך שהבחנה בין נגעים מפתולוגיות ווקאליות אחרות עשויה להיות מאתגרת יותר.
ראוי לציין כי המחקר לא יכול היה לאתר הבדלים משמעותיים ביחס הרמוני לרעש ואת השונות שלו בקרב משתתפות. זה מדגיש את הצורך בניתוח תכונות אקוסטיות נוספות על מנת להתייחס לקול כאינדיקטור מוקדם מבטיח לנגעי קפל ווקאלי.
הכותבים מדגישים שמדובר בממצאים חקרניים ואינם מהווים מבחן סינון מאומת. הם קוראים לקבוצות גדולות ומגוונות יותר ותכונות אקוסטיות נוספות שיש להעריך, במיוחד אצל נשים, לפני השתלבות בכלים קליניים.
בסך הכל, ממצאי המחקר מדגישים את הפוטנציאל העתידי של כלי סינון קוליים מבוססי AI מבוסס AI לזיהוי אנשים עם שינויים קוליים עדינים שאולי לא מחפשים טיפול בדרך אחרת, במיוחד בהגדרות טיפול ראשוני או בטל-בריאות. כלים כאלה יכולים לעורר הפניות קודמות למומחי קול, לסייע בתעדוף מקרים דחופים ולהפחית עיכובים באבחון.
