Balsas kaip analizė: ankstyvieji vėžio ir gerybinių pažeidimų požymiai

Oregono sveikatos ir mokslo universiteto tyrėjai analizavo kalbos įrašus iš naujo viešai prieinamo „Bridge2AI-Voice“ duomenų rinkinio ir aptiko paprastą akustinį požymį, kuris gali atskleisti balso stygų patologiją. Kalbame apie harmonikų ir triukšmo santykį (HNR) – „muzikinių obertonų“ ir triukšmo santykį. Jo lygis ir kintamumas skyrė žmonių, sergančių gerklų vėžiu ir turinčiais gerybinių pažeidimų, balsus nuo sveikų žmonių ir kai kurių kitų balso sutrikimų turinčių žmonių. Poveikis buvo ypač akivaizdus cislyčiams vyrams; moterims statistinio reikšmingumo nepakako – autoriai kaltina mažą imties dydį ir ragina išplėsti duomenis. Darbas buvo paskelbtas kaip trumpa ataskaita žurnale „ Frontiers in Digital Health“.

Tyrimo kontekstas

• Kam apskritai ieškoti „balso žymeklių“? Užkimimas yra dažnas nusiskundimas. Priežastys įvairios: nuo peršalimo ir refliukso iki mazgelių/polipų ir gerklų vėžio. Šiuo metu diagnozė nustatoma apsilankius pas LOR specialistą ir atlikus endoskopiją (kamera nosyje/gerklėje). Tai tikslu, bet ne visada greitai atliekama ir netinka savikontrolei namuose. Reikalingas išankstinis patikrinimas: paprastas būdas suprasti, kas pirmiausia turėtų kreiptis į gydytoją.
• Kas yra balso biožymuo? Kalba yra signalas, kurį galima lengvai įrašyti telefonu. Pagal jos „modelį“ galima spręsti, kaip vibruoja balso stygos. Pažeidimai vibracijas padaro netolygias: daugiau „triukšmo“ ir mažiau „muzikos“.
• Kodėl svarbūs nauji duomenų rinkiniai. Anksčiau tokie darbai buvo grindžiami mažais, „naminiais“ pavyzdžiais – modeliai buvo trapūs. „Bridge2AI-Voice“ yra didelis, daugiacentris, etiškai surinktas garso įrašų rinkinys, susietas su diagnozėmis. Jis buvo sukurtas kaip „bendra bandymų aikštelė“, skirta galiausiai apmokyti ir išbandyti algoritmus su dideliais ir nevienalyčiais duomenimis.
• Kur slypi pagrindiniai sunkumai?
  • Balsas keičiasi dėl mikrofono, kambario triukšmo, šalčio, rūkymo, kalbos, lyties ir amžiaus.
  • Tradiciškai moterų duomenų yra mažiau, o moterų balsas girdimas dažniau – rodikliai elgiasi kitaip.
  • Joks „namų“ testas negali pakeisti apžiūros ar nustatyti diagnozės – daugiausia jis padeda nuspręsti: „ar būtina skubiai kreiptis į LOR specialistą?“.
• Kodėl klinikai ir pacientams to reikia? Jei žmonės, kuriems yra didelė limfmazgių / navikų rizika, galėtų būti atrinkti prioritetiniam vizitui trumpuoju vizitu, tai pagreitintų diagnostiką, sumažintų nereikalingų siuntimų skaičių ir suteiktų savikontrolės įrankį tarp vizitų (po operacijos, gydymo metu).
• Kur tai turėtų vesti: prie patvirtintų telemedicinos programų / modulių, kurie:
  1. parašykite kalbą pagal standartą (frazė + ištemptas „aaa“),
  2. apskaičiuoti pagrindines savybes (HNR, virpėjimą, mirgėjimą, F0),
  3. pateikti rekomendaciją kreiptis į specialistą, jei profilis kelia nerimą,
  4. Išlaikyti dinamiką po gydymo.

Idėja paprasta: „paduokite telefoną prie ausies LOR gydytojui“ – ne diagnozei nustatyti, o tam, kad nepraleistumėte tų, kuriems reikia greitos pagalbos akis į akį.

Ką tiksliai jie padarė?

• Išleidome pirmąjį daugiacentrio, etiškai surinkto „Bridge2AI-Voice“ duomenų rinkinio leidimą – tai pavyzdinis NIH projektas, kuriame balso įrašai susiejami su klinikine informacija (diagnozėmis, klausimynais ir kt.).
• Buvo sudaryti du analitiniai mėginiai:
  1. "gerklų vėžys / gerybiniai mazgai / sveiki";
  2. „vėžiniai arba gerybiniai mazgeliai“, palyginti su spazmine disfonija ir balso klosčių paralyžiumi (kitos dažnos užkimimo priežastys).
• Pagrindinės balso ypatybės buvo nustatytos pagal standartizuotas frazes: pagrindinis tonas (F0), virpėjimas, mirgėjimas ir HNR, o grupės buvo palygintos naudojant neparametrinę statistiką. Rezultatas: stabiliausi skirtumai buvo HNR ir F0, o HNR ir jo kintamumas geriausiai skyrė gerybinius pažeidimus nuo normalių ir gerklų vėžio. Šie signalai buvo ryškesni vyrams.

Kodėl tai svarbu?

• Ankstyva patikra be zondo. Šiuo metu diagnozės nustatymas dažnai reiškia nazoendoskopiją ir, įtarus, biopsiją. Jei paprastos akustinės funkcijos kartu su dirbtiniu intelektu gali suteikti pirmenybę tiems, kuriems reikalinga endoskopija, pacientai greičiau pateks pas LOR specialistą ir sumažės nereikalingų siuntimų. Tai yra gydytojo papildymas, o ne pakaitalas.
• Dideli duomenys balsui. „Bridge2AI-Voice“ yra retas projektas, kuriame balsas renkamas naudojant vienodus protokolus ir susiejamas su diagnozėmis; duomenys tyrėjams prieinami per „PhysioNet“ / „Health Data Nexus“. Tai paspartina patikimų balso biožymenų, o ne „stebuklingų programėlių“ kūrimą mažoms imtims.

Kas yra HNR?

Kai kalbame, balso klostės vibruoja ir sukuria obertonus (harmonikas). Tačiau vibracija niekada nebūna tobula – signale visada yra triukšmo. HNR (aukšto triukšmo lygis) tiesiog parodo, kiek daugiau balse yra „muzikos“ nei „šnypštimo“. Kai klostės pažeidžiamos, vibracija tampa mažiau tolygi – padaugėja triukšmo, HNR sumažėja, o jo šuoliai (kintamumas) padidėja. Būtent šį dėsningumą pastebėjo autoriai.

Svarbūs atsakomybės apribojimai

• Tai bandomoji, tiriamoji analizė: be klinikinio patvirtinimo, su apribojimais moterų imčiai, todėl jų poveikis nebuvo reikšmingas. Reikalingi didesni ir įvairesni duomenys bei modelių „skrudinimas“ skirtingose klinikose ir skirtingomis kalbomis.
• Balsas yra „daugiavertis“ dalykas: jį veikia peršalimas, rūkymas, refliuksas, mikrofonas, triukšmas kambaryje. Bet koks „namų testas“ turėtų atsižvelgti į kontekstą ir vis tiek tarnauti kaip filtras siuntimui pas LOR specialistą, o ne diagnozės nustatymas spustelėjus mygtuką.

Kas toliau?

• Išplėskite duomenų rinkinį (įskaitant moteris ir amžiaus grupes), standartizuokite užduotis ir akustiką (frazės skaitymas, ilgai trunkantis „aaa“ ir kt.), išbandykite multimodalinius modelius (balsas + klausimyno simptomai / rizikos veiksniai).
• Susieti akustinius požymius su tyrimų (endoskopijos, stroboskopijos) rezultatais ir dinamika po gydymo – kad HNR profilį būtų galima naudoti ir stebėjimui.
• Tęsti „atvirąjį mokslą“: „Bridge2AI-Voice“ jau skelbia duomenų rinkinio ir įrankių versijas – tai galimybė greitai pasiekti tikrus bandomuosius projektus klinikose.

Išvada

Balso stygų problemas galima „išgirsti“ iš balso ir galbūt greičiau nukreipti žmogų pas tinkamą specialistą. Kol kas tai gana aiški užuomina (HNR ir jo kintamumas), tačiau didelių atvirų duomenų dėka balso biožymenys pagaliau turi galimybę tapti patikima atrankos priemone.

Šaltinis: Jenkins P. ir kt. Balsas kaip biožymuo: gerybinių ir piktybinių balso klosčių pažeidimų tiriamoji analizė. „ Frontiers in Digital Health“, 2025 (priimta publikuoti). Duomenys — „Bridge2AI-Voice“ (NIH/PhysioNet).