Wśród wielu medali, które Polacy przywieźli z 58. Międzynarodowej Wystawy Wynalazków „Brussels Innova” 2009, wyróżnia się nagroda uzyskana przez zespół naukowców z Politechniki Łódzkiej. Zaproponowany przez nich System monitorowania postępów leczenia udarów mózgu na podstawie analizy głosu uzyskał nie tylko złoty medal z wyróżnieniem, ale i najwyższą nagrodę – Grand Prix. To trzecie takie wyróżnienie dla polskich naukowców w historii tej wystawy. Autorami wynalazku są: mgr inż. Damian Krzesimowski oraz profesorowie Zygmunt Ciota i Andrzej Napieralski z Katedry Mikroelektroniki i Technik Informatycznych PŁ.

Pracownicy katedry od 2000 r. pracują nad analizą i przetwarzaniem głosu ludzkiego. Od kilkunastu lat współpracują ze środowiskiem medycznym, m.in. realizując projekty wspomagające diagnostykę zaburzeń układu krążenia i choroby Alzheimera czy klasyfikację oparzeń skóry. – Pomysł rozszerzenia współpracy na wspomaganie diagnostyki leczenia udarów mózgu na podstawie analizy głosu powstał półtora roku temu i został sformalizowany w postaci pracy doktorskiej Damiana Krzesimowskiego – wyjaśnia genezę wynalazku prof. Napieralski.

Wystarczy powiedzieć „a”

Opracowany w PŁ system umożliwia ocenę stanu zdrowia pacjenta w trakcie leczenia po udarze, na podstawie analizy jego głosu. – Znaleźliśmy zależności między uszkodzeniami ośrodków nerwowych odpowiedzialnych za generację sygnałów mowy, a specyficznymi parametrami mowy pacjenta hospitalizowanego po udarze mózgu – mówi prof. Napieralski.

Wystarczy, by pacjent wypowiedział do mikrofonu głoskę „a”. Dźwięk jest rejestrowany cyfrowo, a następnie analizowany przez program komputerowy, opracowany przez łódzkich naukowców. – Z punktu widzenia informatyki, wymagania dla algorytmów pod względem ilości i specyfiki obliczeń oraz dokładności wyników są na tyle nietypowe, że nie da się ich spełnić przy użyciu dostępnego na rynku oprogramowania – tłumaczy prof. Napieralski. Jedynym rozwiązaniem było opracowanie zestawu algorytmów nowego typu do analizy dźwięku, który pozwala na stwierdzenie i monitorowanie zmian stanu ośrodkowego układu nerwowego pacjentów. Zasadniczymi problemami, które wymagały rozwiązania, były mechanizmy selekcjonujące odpowiednie fragmenty próbek do analizy oraz eliminujące błędy mowy, niewynikające z następstw naczyniopopchodnego uszkodzenia mózgu. Do odpowiedniego doboru próbek poddawanych badaniom wykorzystany jest system odróżniający części mowy na dźwięczne i nieanalizowane bezdźwięczne oraz odrzucający inne elementy szumowe. Tak przygotowane dane poddawane są analizom sygnałowym, a ich wyniki wnioskowaniu statystycznemu. Analiza dźwięku pozwala uzyskać informację o stanie mózgu pacjenta, a powtarzanie tego prostego badania umożliwia diagnozę postępów leczenia udaru mózgu. Porównywanie parametrów głosu osoby chorej z parametrami gromadzonymi w bazie danych dla osób zdrowych zwiększa efektywność metody zaproponowanej przez naukowców z Politechniki Łódzkiej.

Nie gorzej od tomografu

Prototypowy system już od pół roku jest testowany we współpracy z prof. Andrzejem Klimkiem i dr Bożeną Adamkiewicz ze szpitala im. M. Kopernika w Łodzi. Okazało się, że można przy jego pomocy diagnozować chorych, którzy ulegli zarówno niedokrwiennemu, jak i krwotocznemu udarowi mózgu. W wielu przypadkach otrzymano wyniki obrazujące postęp leczenia, porównywalne z kosztownymi i często trudno dostępnymi badaniami tomografii komputerowej lub rezonansu magnetycznego. Zaproponowane przez naukowców z PŁ rozwiązanie jest tańsze, prostsze, a wyniki badań wskazują na dużą skuteczność systemu. Badanie jest całkowicie nieinwazyjne. Do jego przeprowadzenia wystarczy komputer z odpowiednim oprogramowaniem i sprzęt nagrywający z wysokiej klasy mikrofonem. Nowy system stanowi znaczne rozszerzenie istniejących nieinwazyjnych metod oceny stanu zdrowia pacjentów na podstawie parametrów głosu. Zapewne będzie cennym uzupełnieniem tradycyjnej diagnostyki, stosowanej w przypadku udarów.

Twórcy systemu zamierzają doskonalić opracowaną metodę tak, by umożliwić pacjentom badanie postępów leczenia w domu, już po wyjściu ze szpitala, np. za pomocą telefonów komórkowych. Prof. Napieralski ma nadzieję, że w przyszłości system będzie mógł być wykorzystany także w badaniach prowadzonych przez logopedów.