The Investigation of Using Voice Analysis Method on Early Diagnosis of Multiple Sclerosis

Abstract

The aim of this study is to delineate the acoustic charecteristic of Multiple Sclerosis (MS). In accordance with this goal, it was planned the affordance of phonaiatric table specific to the disease, and from this point of view, development of parameters that determine the phonetic change criterias which can be used in the diagnosis in MS. The study was conducted at Sultan Abdülhamid Trainin and Research Hospital Department of Neurology between March 2013 and March 2014. This research was carried out 55 RRMS (30 female+25 male) patients diagnosed for the first time according to McDonald's 2010 diagnostic criteria,or duration of disease between 1-10 years and EDSS≤3. Control group consisted of 55 (33 female+22 male) healthy volunteers without any neurological and voice pathology. Acoustic investigation of sound was analyzed by The Multi-Dimensional Voice Program (MDVP). Classification of sound features that are extracted from the voice samples of each subject were fed into k-nearest neighbor algorithm (k-EYK). In this study using k-EYK classifier, the highest voice recognition success was achieved sustained phonations that / a /, / e / and / u / sounds features (88.76%), in making patient-healthy discrimination based on the sound features of MS and healthy individuals. It was observed that using k-EYK algorithm has been succesful in separating pathological sounds which seen in MS patients from healthy individuals. It was found that MS patients had pathological vocalization of / a / and / e / vocals at significantly higher levels in all three groups compared to healthy subjects when a general evaluation is made based on sustained phonations,words and sentences.

Keywords

• Multiple Sclerosis,dysphonia,acoustic voice analysis,k-EYK selecting attribute

Multipl Skleroz Erken Tanısında Ses Analizi Yönteminin Kullanılabilirliğinin İncelenmesi

Öz

Bu çalışmada multipl skleroz (MS)’ te akustik ses karakteristiklerinin betimlenmesi ve ses değişimi kriterlerinin saptanmasıyla MS’te erken tanı amaçlanmaktadır. Bu amaç doğrultusunda çalışmamızda hastalığa özgü bir foniatrik reedükasyon yöntemi geliştirilerek MS’ te erken tanıda kullanılabilecek ses değişimi kriterlerini belirleyici paremetrelerin oluşturulması planlanmıştır. Çalışma Mart 2013-Mart 2014 yılları arasında Sultan Abdülhamid Eğitim ve Araştırma Hastanesi Nöroloji Kliniğine gelen McDonald 2010 tanı kriterlerine göre hastalığı ilk kez teşhis edilen veya hastalık süresi 0-10 yıl arasında olan 55 (30 kadın+25 erkek) MS hastası ile herhangi bir nörolojik ve ses patolojisi olmayan 55 (33 kadın+ 22 erkek) sağlıklı gönüllü üzerinde yürütülmüştür. Hastaların yaşları 18 ile 55  (ort: 29,86, std sapma: 8,97), sağlıklı bireylerin yaşları ise 18 ile 50 (ort: 32,55, std sapma: 10,79) arasında değişmektedir. Seslerin akustik incelenmesinde The Multi-Dimensional Voice Program (MDVP) akustik ses analizi programı, seslerin öznitelik sınıflandırmasında ise k-En Yakın Komşu (k-EYK) algoritması kullanılmıştır. k-EYK sınıflandırıcısının kullanıldığı bu çalışmada MS ve sağlıklı bireylere ait ses özniteliklerine bakılarak hasta-sağlıklı ayrımı yapmada en yüksek ses tanımlama başarımı sürdürülmüş fonasyonlar /a/,/e/ ve /u/ seslerin (%88.76) özniteliklerinden elde edilmiştir. k-EYK algoritması kullanılarak MS hastalarında görülen patolojik seslerin sağlıklı bireylerden ayrılmasında başarılı sonuçlar verdiği gözlenmiştir. Sürdürülmüş fonasyonlar, kelimeler ve cümle bazında genel bir değerlendirme yapıldığında MS hastalarının /a/ ve /e/ vokallerini belirgin derecede her üç grupta da sağlıklı bireylere göre patolojik seslettiği görülmüştür.

Anahtar Kelimeler

• disfoni,akustik ses analizi,Multipl skleroz,k-EYK öznitelik seçme

Kaynakça

1. Madran F. Tam Protezlerde Fonasyon (Danışman: Prof.Dr. Gökhan Yılmaz). İzmir, Ege Üniversitesi Diş Hekimliği Fakültesi Protetik Diş Tedavisi Ana Bilim Dalı Bitirme Tezi; 2013.
2. Merson RM, Rolnick MI. Speech-language pathology and dysphagia in multiple sclerosis. Phys Med Rehabil Clin N Am.1998; 9(3): 631-641.
3. Bauer HJ, Hanefeld F. Multiple sclerosis: its impact from childhood to old age. London, WB Saunders; 1993.
4. Matthews WB, Compston A, Allen IV et al. McAlpine's Multiple Sclerosis, 2 ed. Edinburgh, Churchill-Livingstone; 1991.
5. Martinez C, Rufiner H. Acoustic analysis of speech for detection of laryngeal pathologies. Proceedings of the 22nd Annual EMBS International Conference;2000: 2369-2372.
6. Cho S, Byeon H. Acoustic characteristics of vowel sounds in patients with Amyotrophic lateral sclerosis. Advanced Science and Technology Letters. 2016;132: 204-207.
7. Üngör C. Maksiller Sinüs Augmentasyonun Ses Kalitesi Üzerine Etkisinin Akustik Analizler İle Değerlendirilmesi.(Danışman: Prof.Dr. Onur İçten). Ankara, Ankara Üniversitesi Sağlık Bilimleri Enstitüsü Yayımlanmamış Doktora Tezi; 2011. 8.
8. Lee VS, Zhou XP, Rahn DA et al. Perturbation and nonlinear dynamic analysis of acoustic phonatory signal in Parkinsonian patients receiving deep brain stimulation. Journal of Communication Disorders. 2008; 41: 485–500.

9. İsenkul ME. Parkinson hastalığı'nın teşhisi için veri toplama ve örüntü tanıma sistemi.(Danışman: Prof.Dr. Ahmet Sertbaş).İstanbul, İstanbul Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Yayımlanmamış Yüksek Lisans Tezi; 2011.
10. Yunjung K. Acoustic Characteristics of Fricatives /s/ and /∫/ Produced by Speakers with Parkinson’s Disease. Clinical Archives of Communication Disorders. 2017; 2(1): 7-14.