В области шеи проводятся различные хирургические вмешательства: операции на щитовидной железе, сосудах шеи, на шейном отделе позвоночника и другие операции, которые затрагивают гортань, трахею, глотку и иные органы.
Как и любое хирургическое вмешательство, операции на органах шеи несут определенные риски. Среди них — частичная или полная потеря голоса вследствие травмы или повреждения нервной системы в области шеи, иннервирующей органы голосового аппарата. В частности — повреждение наружной ветви верхнего гортанного нерва.
Научный коллектив ПГУ совместно с врачами-хирургами из Москвы несколько лет работают над созданием инновационных способов, которые помогут сохранить и восстановить голос пациенту после подобных вмешательств.
Над созданием технической части трудились: доктор технических наук, доцент, директор Студенческого научно-производственного бизнес-инкубатора (СНПБИ) Научно-исследовательского института фундаментальных и прикладных исследований ПГУ Алан Алимурадов, кандидат технических наук, доцент кафедры «Радиотехника и радиоэлектронные системы» Анна Тычкова, аналитик СНПБИ Денис Чернышов, лаборант СНПБИ Анна Мамонова, инженер-программист АО «ЦеСИС» Богдан Порезанов, лаборант кафедры «Радиотехника и радиоэлектронные системы» Юлия Алланова.
Напомним, ранее врачами-хирургами предложено медицинское решение — способ визуализации наружной ветви верхнего гортанного нерва при оперировании щитовидной железы. Он помогает сохранить пациенту способность говорить и беспрепятственно употреблять пищу и воду.
Ученые продолжили свое исследование и запатентовали три программы для ЭВМ, направленные на анализ и обработку речевых сигналов.
По словам Алана Алимурадова, им удалось восполнить «пробелы» в предыдущих технических решениях. Это позволило расширить область применения инновационной разработки в области обработки речи. На основе запатентованных решений они хотят создать специализированную компьютерную программу с системой поддержки принятия врачебных решений. Программа поможет оперативно отследить изменения в голосе до и после операций на органах шеи и своевременно подобрать действенную реабилитацию для таких пациентов.
Программное обеспечение, как утверждают ученые, найдет свое применение в работе врачей-хирургов, врачей-фониатров.
«Мы продолжаем работать в этом направлении. Нам удалось решить еще три подзадачи в рамках общей концепции. Мы усовершенствовали технологию преобразования сигналов на основе декомпозиции на эмпирические моды, повысили достоверность сегментации речевого сигнала на вокализованные и невокализованные информативные участки и измерения частоты основного тона», — рассказал Алан Алимурадов.
Три разработанных модуля будут интегрированы в большой программный продукт.
Технические специалисты команды представили усовершенствованную технологию преобразования акустических сигналов на основе декомпозиции на эмпирические моды. Она позволяет разложить речевой сигнал на частотно- и амплитудно-модулированные составляющие.
«По результатам разложения на этапе предварительной обработки принимается решение, какие из составляющих речи могут быть информативными, а какие нет. Далее в обработке задействована только полезная информация о голосе. Так, значительно повышается эффективность сегментации на информативные участки и точность измерения частоты основного тона», — рассказал ученый.
С помощью современных математических подходов ученые достигли повышения достоверности определения границ начала и окончания вокализованной речи, сформированной при участии голосовых связок.
«В зависимости от веса и габаритов голосовых связок у каждого человека частота основного тона индивидуальна с определенной девиацией. У женщин эта частота выше, у мужчин ниже. Помимо этого значение частоты также зависит от функционального состояния связок. Поэтому важным было достоверно определить значение частоты колебания голосовых связок. Это нужно для того, чтобы понять, насколько нормотипично или патологически работает голосовой аппарат после хирургического вмешательства», — добавил Алан Алимурадов.
Все три модуля были проверены, они показали свою эффективность. Ученые проанализировали более чем 300 речевых сигналов, зарегистрированных у 20 пациентов до и после операции на органах шеи. По специальной методике им предлагалось записать определенные предложения и словосочетания, которые полноценно отражают функционал голосового аппарата человека.
Анализ показал, что эти модули более точно и достоверно отслеживают динамику речи.
Ученый Алимурадов подчеркнул, что компьютерная программа с системой поддержки принятия врачебных решений ни в коем случае не заменит врача, а будет медику помощником.
Пользоваться ей достаточно просто. Специалисту потребуется загрузить в компьютер речевые сигналы пациента до и после операции. После нескольких минут анализа на экране появится график, позволяющий отследить динамику речевого сигнала.
Предполагается, что состояния голоса будут оцениваться до операции, после, через неделю и через три месяца.
Программа выявит участки вокализации речи, определит информативные параметры и выдаст результат: как поменялся голос от исходного.
«Врач посмотрит, если голос не поменялся или поменялся в допустимых значениях, — это норма. Если изменения перешли за предел, то человеку будет рекомендовано обратиться к узкому специалисту для реабилитации, например к врачу-фониатру», — поделился Алимурадов.
Работа продолжается. Следующий этап — создание программы и ее проверка на базе одной из московских клиник под руководством д-ра мед. наук, профессора кафедры «Хирургия» Медицинского института ПГУ Александра Климашевича и врача-хирурга ООО «СМ-Клиника» Максима Юдина.
Фотографии пресс-службы ПГУ