條文本
PDF
文摘
介紹帕金森病(PD)的早期識別的前驅期對神經保護治療的未來發展具有根本性的影響。不過,沒有足夠準確的生物標記物有前驅症狀的帕金森病是目前促進早期識別。直言不諱的評估患者的孤立的快速眼動睡眠行為障礙(iRBD)和PD似乎有趣的潛在PD的診斷和進步的生物標誌物及相關synucleinopathies。
和分析方法自發的演講的演講模式iRBD,早期PD控製參與者的語音通話將收集到的數據通過開發智能手機應用程序在一段時間內獲得的2年。顯著增加透析相關的幾個方麵預計言語障礙,並預計將反映潛在的神經退化過程。
道德和傳播研究倫理委員會批準了一般大學醫院在布拉格,捷克共和國和所有的參與者將提供書麵知情同意前納入研究。滿足一般的應用程序數據保護監管法律要求歐盟。這項研究結果將發表在同行評議期刊和在國際科學會議。
- 帕金森氏症的疾病
- 言語病理學
- 聽力學
這是一個開放的分布式條依照創作共用署名非商業性(4.0 CC通過數控)許可證,允許別人分發,混音,適應,建立這個工作非商業化,和許可他們的衍生產品在不同的協議,提供了最初的工作是正確地引用,給出合適的信用,任何更改表示,非商業使用。看到的:http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/。
來自Altmetric.com的統計
本研究的優點和局限性
本研究旨在采用遠程縱向演講前驅的監控和早期帕金森症患者通過智能手機電話。
一組額外的積極言論和電動機任務將被捕獲。
這項研究的結果將完全基於捷克語言。
本研究將實現一種智能手機,以及不同設備對演講結果的影響仍有待確定。
介紹
帕金森病(PD)是一種神經退行性疾病的特點是黑質多巴胺能神經元的損失。1帕金森病的發病率大約是1.8%的人年齡超過65歲。2沒有治療,停止或減緩帕金森病的進展,和可用的藥物治療和神經外科幹預特定症狀減輕。PD的診斷通常是當紅衣主教馬達表現出現;至此,高達50%的黑質神經元可能已經不能挽回的損壞。3不幸的是,沒有足夠準確的生物標誌物PD目前可用的,雖然這樣的生物標誌物的存在允許的測量實驗的有效性治療減緩疾病的進展。此外,沒有可靠的識別方法在高的人患帕金森病的風險存在。因此,建立一個合適的生物標誌物將是一個重要的突破,對診斷的影響和未來的PD治療,並透析相關研究中最重要的一個主題。4特別是motor-related障礙是轉換的強烈預報synucleinopathy,和有一個最重要的風險比率3.16中可用的預測標記。5
孤立的快速眼動睡眠行為障礙(iRBD)是一個深眠狀態的特點是dream-enactment行為與快速眼動睡眠沒有肌肉弛緩,6和神經退行性synucleinopathies代表一個前驅的標誌,主要是PD和路易體癡呆。7開發一個神經退行性疾病的風險異常高(> 80%)與iRBD科目。8 9自從iRBD先於帕金森症的症狀,研究集中在iRBD至關重要的發展櫃台synucleinopathy神經保護治療,10沒有其他的臨床標記與iRBD有預測價值。11
作為人類最複雜的獲得運動技能,涉及100多塊肌肉,演講是一個敏感的神經結構損傷的標誌從事大腦的運動係統控製。12多達90%的PD患者出現獨特的言語和聲音異常,集體稱為運動功能減退的構音障礙,這是主要的特點是聲音的質量,減少運動功能減退的發音,發音過弱,單斜,monoloudness和赤字在時機和措辭。13基於最近的發現多語言,多中心研究使用客觀聲學分析iRBD患者150,很明顯,言語障礙是最早的汽車PD的跡象。14因此,直言不諱的評估似乎有趣的潛在PD的前臨床診斷和進步的生物標誌物及相關神經退化;也便宜,非侵入性,易於管理和有潛力進行遠程從病人的家裏(例如,通過使用智能手機15)。
在當前的實踐中,PD的措施主要是主觀的,rater-dependent,需要在臨床評估。16試驗使用這些措施是漫長和昂貴的,因為他們通常是基於一個一旦評估,可能會產生錯誤的結果。考慮到技術和可訪問性的智能手機技術的進步,通過移動設備評估電機PD症狀繼續越來越集中在研究社區。17日至19日智能手機的潛力已經被證明在量化的嚴重性PD基於遠程評估五項任務(聲音,手指敲擊、步態、平衡和反應時間)使用一個應用程序,該應用程序是為此目的而開發的。20 - 22然而,這樣的評估要求病人(或研究對象)多次執行一組預定義的活動。因此合理的期望,大多數病人將不願意執行等人為構造的活動每天好幾年了。
相比之下,從智能手機電話語音模式的提取將提供一個自然、被動的生物標誌物,它不需要額外的努力的對象。此外,這樣一個基於語音的應用程序可以很容易地擴展到更大的人口,因此允許大規模篩選,緊隨其後的是一個更詳細的分析如果屏幕是不正常的。然而,智能手機的可靠性檢測前驅的PD(即iRBD)通過智能手機電話在現實場景中與環境噪聲水平環境尚未研究。
因此,本研究的目的是開發一個完全自動化和noise-resistant分享服務係統能夠監測神經退化的獨特的說話方式在日常生活在各種環境中獲得使用聲學數據(SMARTSPEECH)。這樣一個係統將具有巨大的潛力徹底改變PD的診斷過程,可以提供一個健壯的病情惡化的疾病的生物標誌物。為了充分利用智能手機的可能性,包括一組任務言論活躍和運動對靈敏度分析和比較。
方法
目標
這項研究的主要目的是演示,使用SMARTSPEECH係統、語音性能引起在正常電話通過智能手機可以提供主要生物標誌物的診斷和監測前驅的PD的進展。
具體目標是:
開發一個智能手機應用程序,該應用程序將能夠獲取受試者的數據,
收集到2年縱向與iRBD演講主題數據,早期PD患者和健康對照組的年齡相仿。
整理現有方法和發展新方法允許評估演講在PD神經退化的標誌,包括他們對噪聲的魯棒性測試和記錄分享服務條件和選擇最合適的參數監測。
構建一個複雜的係統的概念(SMARTSPEECH)演講異常檢測的PD和其他synucleinopathies,包括它的統計能力評估在區分PD, iRBD和對照組臨床標記和識別的關係基本反映了運動障礙疾病進展如Society-Unified帕金森病評定量表。
分析一組活動演講的敏感性和運動任務和數據比較結果通過SMARTSPEECH被動監測。
言論收集數據
為了避免潛在的衝突由於不同的麥克風特征在不同製造商,演講將收集數據使用相同的智能手機設備,榮譽9 x Lite(深圳正式開始新的信息技術),在Android V.9係統操作。應用程序將記錄主題的電話語音高度的質量使用44.1 kHz的采樣頻率和16位量化。
distant-speaker過濾算法
由於道德原因和一般的數據保護監管法律,受試者的語言夥伴需要完全從記錄中刪除,將通過使用輸入音頻的實時自適應濾波。通過兩種不同的麥克風音頻將被收集,代表兩個渠道的音響組合(參見圖1)。主麥克風(麥克風1)是最接近者的嘴,因此抓住了主題的演講有絕對的權力統治地位。然而,遙遠的演講者的演講可能仍然存在,比如在段的主題是沉默或悄悄說話,或者在遙遠的演講者講話很大聲。二級麥克風(麥克風2)主要抓住了演講的主題,但也抓住了遙遠的發言人(來自電話揚聲器附近,因此在一個更大的權力比通過MIC1)和周圍的噪音。然而,這些設置是有效的隻有揚聲器不激活。在這種情況下,兩個揚聲器的功率都是或多或少地平等的通道。自算法不能保證正常工作在這樣的場景中,錄音過程將立即取消用戶激活時揚聲器。
圖表的榮譽9 x智能手機音頻輸入和輸出。
為了把遙遠的演講者從最終的完全混合,實時自適應算法設計了基於智能手機的硬件和軟件設置。具體來說,計算複雜性需要優化最終因為密集的後台進程往往被壓抑的手機操作係統。橫渡英吉利海峽的使用平滑閾值能量的原理,從一個特定的光譜帶,估計是基於Neumann-Pearson標準。算法的演示模式中顯示圖2,過程如下:
輸入是一個立體聲錄音電話
從麥克風組成的通道1 (1)
從麥克風,通道2 (2),
。在後續處理windows給定的長度L的秒。在當前幀中,信號是由兩個摧毀,從而降低整個過程的計算負擔,同時保持足夠的分辨率。信號處理通過巴特沃斯帶通濾波器300 - 8000赫茲的範圍,因為這是最基本的語言信息的範圍將被發現。過濾通道的功率估計計算使用l - 1的標準,它隻是絕對值之和的樣品在給定線段長度的w。然後估計功率軌跡平滑使用規範化的積分器和遺忘因子λ,生產
和
。包含主題的演講的片段然後發現當滿足以下條件:
(1)
k代表渠道的程度的權力差異的比例
和
SD,計算
。SD和意思方程(1)都是計算每個窗口。的窗口處理部分,延遲的時間戳是轉向補償引入的正常化積分器。段不認為包含主題的演講由0蒙麵,隻有第一個通道的輸出受到進一步的處理。
distant-speaker過濾算法的演示模式。
最終檢查以確保窗口的結束與主題的演講片段並不衝突,可能會產生破壞性的文物。如果結果是正的,當前窗口的輸出被丟棄,和過程是重新調整,縮短L,以避免衝突。最終的輸出是一個單聲道錄音隻包含主題的演講。
試驗進行了測試後,L的默認值設置為30年代的最優值計算能力降低,更精確的結果,降低衝突的可能性的窗口。段的長度設置為l - 1的標準
樣本50%的重疊,導致快速處理足夠的精度。遺忘因子被設定
生產最優平滑效應對於給定的場景。
SMARTSPEECH申請監控被動演講通過普通智能手機電話
傳入或傳出調用結束後,用戶將看到一個屏幕包含一個選項來刪除或保存調用(圖3一)。如果選擇第二個選項,錄音將立即過濾使用distant-speaker濾波算法,並將保存到設備上的私有應用程序文件夾。可以回放或刪除每個記錄從最近通話列表(圖3 b在應用程序中)在接下來的24小時。24小時後,發送到服務器安全記錄將被壓縮和使用SSH和REST API。原來的調用將從設備中刪除。目的是記錄至少四5分鍾錄音每月從每個參與者。設置部分,用戶可以配置應用程序來滿足他們的需求將包括(圖3 c)。
(一)選項屏幕上刪除或保存最近完成了呼籲言論分析。(B)的調用列表前24小時與細節和重放和刪除的選項。設置屏幕(C)的應用程序。(D)活動任務的介紹屏幕,顯示了一個執行活動任務指南和運行自上次活動任務運行的時間。
活動任務
應用程序模塊,邀請參與者記錄三個活性功能聲樂任務每隔14天;參與者被指示來捕獲數據在日常環境中環境噪聲水平低。此外,參與者被要求執行五個電動機通常用於PD研究的任務。20這些任務將被用來比較主動和被動的敏感性數據。在啟動活動任務協議用戶提供指導方針和自去年運行(運行時間圖3 d)。每個任務之前,用戶將看到短,書麵指示,包括一個選項來重放音頻或視頻給定任務的例子。在聲音部分,可以重放錄音後記錄下來。如果用戶不滿意結果,可用的選項重複任務。
整個組活躍任務由長期發聲(圖4一)/ pa / - / ta / /卡/音節的重複(圖4 b),讀一段(圖4 c, D),利用遊戲(圖5 a, B),交替開發(圖5 c, D)、寫作(圖5 e, F)、手震顫休息(圖6 a, B)和一個步態與周轉(圖6 c, D)。每個任務將執行兩次,電機要執行的任務是用右手和左手。
(一)長期發聲任務指令屏幕(任務持續時間~ 15秒)。(B)連續運動速度指令屏幕(任務持續時間7 s)。(C)閱讀指令通過屏幕。(D)閱讀文章的示例文本選擇隨機從六個樣品,包含約80個單詞(任務持續時間~ 40歲)。
(一)開發遊戲的介紹屏幕。(B)開發遊戲的任務。之間的延遲產卵圓和一個成功的利用測量。故事發生的20倍(任務持續時間~ 20年代)。(C)一個交替利用介紹的屏幕。(D)一個交替開發任務。個人的時間戳測量水龍頭(任務持續時間15秒)。屏幕(E)寫作教學。(F)寫作任務。重寫每個單詞的時間測量。 The patient is shown five words in each run. Eight different datasets that are assembled in the same manner are chosen randomly in each run. Examples include the Czech words ‘SESTRICKA’, ‘NEJLEPSI’, ‘LECENI’, ‘ZABAVA’ and ‘PREDSTAVA’. The task can be skipped after 80 s have elapsed (task duration ~40 s).
(一)其他屏幕震動指令。(B)休息震顫的任務(任務持續時間15秒)。測量病人的手震顫使用三軸加速度計。z軸繪製住用戶的反饋。(C)一個步態的任務指令屏幕。(D)一個步態的任務(任務持續時間~ 30年代)。z軸旋轉測量和繪製在屏幕上通過一個內部陀螺儀為用戶的反饋。
數據驗證和監控
一旦調用和任務數據到達我們的服務器,他們是保存在一個數據庫和web界麵上的基本信息可以允許的數據參數進行質量、頻率和記錄時間。如果參與者不打任何電話或執行被動任務所需的期限內,參與者將通知通過推送通知發送給他們的郵件地址。
網關驗證傳入的數據之前,需要執行數據安全地存儲在數據庫損壞的可能性降到最低,無關緊要的數據進入係統,這將產生誤導的結果。
首先,小於兩秒的錄音將被丟棄,因為它們不包含相關的信息,通常包含錯誤。隨後,speaker-detection算法將被用來防止數據汙染當用戶手中的智能手機給別人打電話。卡爾迪工具包24被用來構建過程。我們雇了一個高階高斯混合模型訓練的捷克部分環球電話數據庫25使用一組mel-frequency cepstral係數。將招收新學科研究模型中收集足夠的數據一次。I-vectors提取檢測,用於計算概率線性判別分析得分。利用這一點,篩分機決定是否記錄屬於正確的主題。的數據將被評估為不來自給定的主題將會搬到一個特定的文件夾,不包含在數據分析。
注意算法的目的也是質量控製的一種形式,因為它排除了錄音的質量差,如話語的顛覆性影響噪音低信噪比(信噪比)。在這些情況下,主題的演講是如此腐敗,計算特性幾乎沒有相似的模型。此外,一個基於最小信噪比估計量的統計數據26采用驗證階段。段的瞬時信噪比低於預定的閾值將被排除在分析之外,因為方法提取語音的特征不再是可靠的在某些極低信噪比水平(如基音檢測算法在信噪比小於6 dB27)。
聲音活動檢測器應用於樣品通過驗證過程。輸出表明長時間通話期間的主題隻代表一小部分總體持續時間。這允許更好地掌握語音收集的數據通過係統的數量和通知的數據量不足。
提取聲學語音和運動特性
運動功能減退的構音障礙是由於基底神經節電動機電路功能障礙,導致起始的監管障礙,動作的幅度和速度。12 28因此,本項目旨在收集、開發和提取不同聲學特性描述電動機具有定義良好的PD病理生理學方麵的演講17和對應的感性描述運動功能減退的構音障礙定義為達利et al。29日
以下特性代表了最期待的候選人最終的分析:
中斷在聲帶發聲障礙造成的可以使用的聲學測量捕獲Cepstral峰值,這與降低聲音的聽覺感知質量/呼吸聲。30.
清晰度赤字,這被視為可懂度減少,可以描述使用元音空間麵積等指標。31日
Dysprosody被減少聲帶運動的振幅,這與單斜的印象,可以評估使用的聲學測量音高的變化。14
保持演講能力降低電動機順序或交替之間的快速響應可以反映聲學措施的淨語音速率和持續時間的停頓間隔,這反映語音的聽覺感知時間和可能描述赤字等發音速度緩慢和減少中斷的能力並開始講話。32
語言赤字,包括詞彙和降低其範圍有限,這可能表明潛在的潛在的輕度認知障礙,可以使用一組詞彙內容密度等特性。33
評估總體程度的語言障礙,強大的深層神經網絡可以使用,包括譜圖分析來評估特定的功能時,傳統的方法可能是不夠的。了解詳細的方法將支持行為,並揭示重要生理信息。34
幾種方法自動分析的關鍵維度PD患者的言論已經發達。32 35 36然而,所有的方法都需要進行實驗和理論對噪聲的魯棒性和可靠性測試驗證其有效性。27一組特征提取在現有文獻中常用的主動運動任務20 - 22;設置包括開發速度,intratap持續時間變化,反應時間、地震加速度偏態和速度。
端點
主要終點是由複合構音障礙指數,反映語音障礙的嚴重程度,將基於結合幾個不同的聲學語音特征與運動功能減退的PD的構音障礙。二次端點將由個人言論聲學特性與運動功能減退的構音障礙在PD和語言特征與潛在的認知能力下降有關。
研究設計和參與者
在這個項目中,每個參與者都將獲得一個完整的解釋項目的目的和目標,將告知程序,並將有機會問問題,然後再決定是否簽署知情同意書。總的來說,我們計劃招收25 iRBD主題,25 25早期PD患者和健康對照組作為縱向研究的一部分。正如我們期望每年的退出率約為20%,1750 iRBD和相同數量的患者早期PD患者將招募基線。這些數據可能被用於better-sampled橫斷麵研究。所有iRBD主題將履行國際分類中列出的標準睡眠障礙,第三版診斷標準,37通過多導睡眠圖包括確認沒有弛緩的快速眼動睡眠。入選標準為iRBD
發病後iRBD 50歲。
沒有曆史的主要神經係統疾病(如癲癇或中風)或其他重大疾病可能影響研究參與或聲音分析(例如,活躍的癌症藥物濫用或聲帶病變)。
沒有明顯的認知能力下降或嚴重的抑鬱症。
沒有曆史的治療與抗帕金森病的藥物。
所有的PD患者將滿足社會運動障礙的帕金森病的臨床診斷標準,38並將調查在服用藥物後的狀態。PD的入選標準是:
50歲後PD發病。
Hoehn Yahr階段1 - 2在服用藥物後狀態。
確診疾病持續時間超過5年。
無PD以外的主要神經係統疾病史(如癲癇或中風)或其他重大疾病可能影響研究參與或聲音分析(例如,活躍的癌症,藥物濫用,或聲帶病變)。
沒有明顯的認知能力下降或嚴重的抑鬱症。
沒有參與任何言語治療項目的期間。
包含標準控製將神經或溝通障礙的參與者沒有曆史,也沒有異態睡眠或其他睡眠障礙的曆史。PD和健康對照組iRBD集團將與準確性。
每個參與者將被要求執行被動語音錄音和主動任務使用提供的智能手機為2年。此外,每個主題將經曆三個考試在診所:基線,1年,2年之後(的項目)。的臨床檢查將包括一個結構化的個人曆史,定量測試電機和非基於運動障礙Society-Unified PD症狀帕金森病評定量表,16認知測試使用蒙特利爾認知評估,39自主測試使用結果的尺度帕金森Disease-Autonomic功能障礙,40抑鬱症狀的評估采用貝克抑鬱量表二世,41根據構音障礙的研究和語言考試指南聲學分析。23招募的參與者將在2021年10月開始。
病人和公眾參與
大多數患者參與了先前的研究,熟悉團隊、研究課題和方法。SMARTSPEECH協議的目的是借助一個簡短的問卷調查,完成了選擇代表性的33 iRBD或PD患者,提供洞察他們的需求(例如,一個雙卡手機手機關稅和貨幣補償),懷疑和動機(如理解如何操作電話和數據安全)和期望頻率的手機使用和調用。
樣本量估計
項目的主要終點的特別權力分析對於一個給定的大效果(科恩的d(0.8),與錯誤概率(α)設定在0.05和80%的力量,基於三組的方差分析和協變量(集團),確定最小樣本量66例至少有22個科目每個子群(即22 iRBD患者,22 PD患者和22控製)。
統計分析
單向方差分析與一組(PD vs iRBD vs控製)作為主客體因素將被用來計算每個參數的差異。皮爾遜相關係數將應用於尋找變量之間的相關性。最低級別的意義將與一個合適的Bonferroni調整p < 0.05。此外,二元邏輯回歸之後leave-one-subject-out交叉驗證將被用來評估該特性的敏感性和特異性iRBD主題與控製,患者PD控製和PD患者從iRBD科目。
道德和傳播
研究倫理委員會批準了一般大學醫院在布拉格,捷克共和國(沒有。30/19格蘭特AZV類型2020 VFN),將按照道德標準進行製定1964年的赫爾辛基宣言及其後來的修正案。所有的參與者將提供書麵知情同意之前他們的包容。
以下步驟將減輕潛在的倫理問題:執行分析的研究人員將沒有已知的與研究對象的關係,和錄音將鑒定盡可能。audiorecordings將自動的分析,以避免被人類聽錄音;此外,audiorecordings將加密,將隻提供給授權的人員,將被刪除的要求任何參與者不需要理由。根據指令的所有步驟將對個人數據保護立法在捷克共和國和倫理委員會批準。任何修改將同意研究指導委員會和提交倫理委員會批準之前實現。
這個項目可能會提供一個自然數字生物標誌物的疾病進展基於縱向數據獲得沒有任何成本或時間病人和調查人員的負擔。觀察疾病進展在短時間內使用定義良好和言論針對疾病的生物標誌物可能大大幫助招募合適的情況下為治病的藥物,並允許大型臨床試驗監測可能的疾病修飾治療前驅的PD的影響。42 43未來,演講中生物標誌物也可能發生前症狀提高早期診斷和支持快速獲得神經保護治療一旦可用。結果將會在國家和國際會議,發表在同行評議期刊上,研究人員和傳播和帕金森社區。
倫理語句
病人同意出版
引用
腳注
TK和VI同樣起到了推波助瀾的作用。
貢獻者小研究的構思和研究設計。TK和VI起草和修訂後的手稿。TK和VI設計應用程序。TK,小六世和批準最終的手稿。
資金這項研究是由捷克衛生部(批準號nu20 - 08 - 00445)。
相互競爭的利益沒有宣布。
病人和公眾參與病人和/或公眾沒有參與設計,或行為,或報告,或傳播本研究計劃。
出處和同行評議不是委托;外部同行評議。