RU2094016C1

RU2094016C1 - Method of determining state of vocal folds in patients with malignant neoplasm of larynx

Info

Publication number: RU2094016C1
Application number: RU94016311A
Authority: RU
Inventors: В.В. Дормаков; С.Н. Лапченко; Д.И. Тарасов; О.П. Токарев
Original assignee: Дормаков Владимир Васильевич; Лапченко Сергей Никифорович; Тарасов Дмитрий Иванович; Токарев Олег Петрович
Priority date: 1994-05-05
Filing date: 1994-05-05
Publication date: 1997-10-27
Also published as: RU94016311A

Abstract

FIELD: laryngology and cancer diseases. SUBSTANCE: acoustic detection of vocal fold fixation includes uttering vocalics followed by their spectral analysis. The latter consists in determining difference between frequencies of principal tone of voice for each uttered vocalic phoneme. Acoustic signal is passed through vocal filters with transmission band not higher than 1%. If malignant neoplasm is present, above difference would essentially deviate from that in normal persons. EFFECT: enabled early diagnosis of tumor. 2 dwg

Description

Изобретение относится к медицине, а именно оториноларингологии. В ЛОР онкологии наиболее актуальной задачей является раннее выявление злокачественных новообразований гортани. The invention relates to medicine, namely to otorhinolaryngology. In ENT oncology, the most urgent task is the early detection of malignant neoplasms of the larynx.

В настоящее время 60 80% больных раком гортани поступают на лечение в III-IV стадиях, что существенно сказывается на онкологических и функциональных результатах. При таком распространении процесса приходится наиболее часто прибегать к полному удалению гортани, тем самым значительный контингент пациентов становятся стойкими инвалидами вследствие потери голоса после хирургической травмы. Currently, 60 to 80% of patients with laryngeal cancer receive treatment in stages III-IV, which significantly affects oncological and functional results. With this spread of the process, it is most often necessary to resort to the complete removal of the larynx, thereby a significant number of patients become persistent disabled due to voice loss after surgical trauma.

В последнее время наибольший интерес представляют технические средства изучения речи и механики процессов артикуляции и управления артикуляционными движениями у человека. Результаты речевых исследований используются для диагностики профессиональных и воспалительных заболеваний гортани, доказана возможность диагностики асфиксии, мозговых повреждений, гипербиллирубина и синдрома Дауна по крику новорожденных с использованием спектрографических и других данных. Фирмой AB Special Instrument (Швеция) разработан так называемый анализатор крика, предназначенный для ранней диагностики патологических отклонений у новорожденных. Прибор автоматически измеряет и регистрирует длительность и высоту основного тона крика, а также дополнительно частоту пульса и дыхания. При отклонении какого-либо параметра за установленные пределы включается звуковая и световая сигнализация. Recently, the most interesting are technical means of studying speech and the mechanics of the processes of articulation and the management of articulation movements in humans. The results of speech studies are used to diagnose occupational and inflammatory diseases of the larynx, the possibility of diagnosing asphyxia, brain damage, hyperbillirubin and Down syndrome by the cry of newborns using spectrographic and other data is proved. The company AB Special Instrument (Sweden) developed the so-called cry analyzer designed for the early diagnosis of pathological abnormalities in newborns. The device automatically measures and records the duration and pitch of the main tone of the scream, as well as an additional heart rate and respiration. If a parameter deviates from the set limits, an audible and light alarm is activated.

Существует ряд методов регистрации голосовых складок. Известно много типов датчиков, пригодных для регистрации голосовых складок в момент фонации, в том числе акустические, радиочастотные ультразвуковые, механические, электронную стробоскопию. Работу акустического и радиочастотного (РД) можно проверить путем осциллографирования сигнала на выходе усилителя при произнесении лицами гласных или стандартной фразы. Форма импульсов ларингофона при мужском голосе близка к треугольной, а при женской другая. При спектральном анализе импульсов, полученных на выходе ларингофона, установлено, что средний диапазон для мужских и женских голосов составляет 19 Дб, а с учетом разброса уровней около 30 Дб. Для формирования сигнала основного тона (ОТ) достаточно определить положение основных максимумов. There are a number of methods for recording voice folds. Many types of sensors are known that are suitable for recording vocal folds at the time of phonation, including acoustic, radio frequency ultrasound, mechanical, electronic stroboscopy. The operation of acoustic and radio frequency (RD) can be checked by oscillographing the signal at the amplifier output when people pronounce vowels or a standard phrase. The shape of the pulses of the laryngophone in the male voice is close to triangular, and in the female another. A spectral analysis of the pulses received at the output of the laryngophone showed that the average range for male and female voices is 19 dB, and taking into account the spread in levels of about 30 dB. To generate a fundamental tone (OT) signal, it is sufficient to determine the position of the fundamental maxima.

В качестве прототипа взят один из акустических методов регистрации голосовых складок. Данный способ предназначен для акустического исследования голоса у больных со злокачественными и доброкачественными опухолями одной голосовой складки. Специальный текст записывается в течение 45 с, который затем обрабатывается с помощью динамического анализатора сигналов. Отмечено, что при поражении голосовой складки меняется спектральный состав речи в диапазоне 4 6 КГц. При злокачественных образованиях выражен относительный избыток акустической энергии в этой области. Однако, по мнению автора, этот способ ненадежен и представляет лишь теоретический интерес. As a prototype, one of the acoustic methods for recording vocal folds is taken. This method is intended for acoustic voice research in patients with malignant and benign tumors of one vocal fold. Special text is recorded for 45 s, which is then processed using a dynamic signal analyzer. It is noted that with damage to the vocal fold, the spectral composition of speech in the range of 4-6 KHz changes. In malignant tumors, a relative excess of acoustic energy is expressed in this area. However, according to the author, this method is unreliable and is of only theoretical interest.

Согласно имеющимся данным частота основного тона голоса является обратной величиной длительности Т_о одного цикла работы голосовых складок F_о=1/Т_о.According to available data, the frequency of the fundamental tone of the voice is the reciprocal of the duration T _about one cycle of the vocal folds F _about = 1 / T _about .

Частотные характеристики основного тона у мужчин и женщин пола индивидуальны и колеблются в пределах 70 240 Гц со средней частотой 129 Гц для мужских голосов и в пределах 140 450 Гц со средней частотой 256 Гц для женских голосов. Среднее квадратичное отклонение 30 50 Гц соответственно. Нарушение цикла голосовой складки, т.е. амплитуды движения, вызванном начальным опухолевым или другим процессом, приводит к изменению динамики частоты основного тона за счет Т_о.The frequency characteristics of the fundamental tone in men and women of the gender are individual and range from 70 to 240 Hz with an average frequency of 129 Hz for male voices and from 140 to 450 Hz with an average frequency of 256 Hz for female voices. The standard deviation is 30 to 50 Hz, respectively. Violation of the vocal fold cycle, i.e. the amplitude of motion caused by the initial tumor or other process, leads to a change in the dynamics of the frequency of the fundamental tone due to T _about .

Цель настоящего изобретения раннее установление фиксации голосовой складки по частоте основного тона у больных со злокачественными образованиями гортани. The purpose of the present invention is the early establishment of fixation of the vocal fold in the frequency of the fundamental tone in patients with malignant laryngeal formations.

Для достижения поставленной цели надо было решить две задачи:
1) определить динамику частоты основного тона при фонации у здоровых людей;
2) изучить динамику Т_о у больных злокачественными образованиями голосовых складок путем записи гласных звуков на магнитофонную ленту с последующим спектральным анализом.To achieve this goal it was necessary to solve two problems:
1) determine the dynamics of the frequency of the fundamental tone during phonation in healthy people;
2) to study the dynamics of T _about in patients with malignant formations of the vocal folds by recording vowels on a tape, followed by spectral analysis.

Методика записи гласных звуков проводилась на магнитофонную ленту с последующим спектральным анализом. Сигнал пропускается через частотный анализатор, имеющий полосовой фильтр с полосой пропускания 1% с автоматической разверсткой в диапазоне 63 6300 Гц. Выход анализатора записывали на синхронизированную с ним регистратором уровня в виде графической записи на калибровочной ленте. Анализировались гласные звуки А, О, У, И, Э, Я. The method of recording vowels was carried out on tape, followed by spectral analysis. The signal is passed through a frequency analyzer having a band-pass filter with a passband of 1% with automatic sweep in the range of 63 6300 Hz. The output of the analyzer was recorded on a level recorder synchronized with it in the form of a graphical record on a calibration tape. The vowels A, O, U, I, E, Y were analyzed.

Указанная цель достигается: У здоровых лиц для каждой гласной разброс частоты основного тона колебалась от 10 до 40 Гц, что согласуется с данными других авторов. У больных с поражением голосовой складки опухолевым процессом в тех же условиях выявлено при всех фонируемых гласных частота основного тона практически не меняется. После удаления опухолевого очага вновь появляется флуктуация, т.е. разброс частоты основного тона для тех же гласных. This goal is achieved: In healthy individuals, for each vowel, the spread in the frequency of the fundamental tone ranged from 10 to 40 Hz, which is consistent with data from other authors. In patients with damage to the vocal fold by a tumor process under the same conditions, the frequency of the fundamental tone was practically unchanged for all phonated vowels. After removal of the tumor focus, a fluctuation appears again, i.e. the spread of the fundamental frequency for the same vowels.

Таким образом, следует отметить, что фиксация опухолевым процессом голосовых складок приводит к стабилизации длительности цикла работы складки (Т_о) и является диагностическим тестом выявления опухолевого процесса.Thus, it should be noted that fixation of the vocal folds by the tumor process leads to stabilization of the duration of the fold cycle (T _o ) and is a diagnostic test for detecting the tumor process.

В качестве примера приводим спектрограммы больных (фиг.1 и 2). As an example, we cite spectrograms of patients (figures 1 and 2).

На фиг. 1 представлена спектрограмма больного раком гортани до хирургического лечения. Частота основного тона голоса, воспроизводимая испытуемым всех гласных звуков речи стабильная и составляет 120 Гц. Это указывает на фиксацию голосовых складок. На фиг.2 показана спектрограмма того же больного после удаления опухолевого очага. Вновь появляется динамика разброса частоты основного тона для тех же гласных звуков в диапазоне 105 - 130 Гц. In FIG. 1 shows a spectrogram of a patient with laryngeal cancer before surgical treatment. The frequency of the basic tone of the voice reproduced by the test subject of all vowels of speech is stable and is 120 Hz. This indicates fixation of the vocal folds. Figure 2 shows the spectrogram of the same patient after removal of the tumor focus. The dynamics of the spread of the fundamental tone frequency again appears for the same vowels in the range of 105 - 130 Hz.

Claims

A method for determining the state of vocal folds in patients with malignant neoplasms of the larynx, including phoning of test subjects with vowels, speech sounds, characterized in that the spectral analysis is carried out by determining the difference between the frequencies of the main tone of the voice is normal for each reproduced vowel phoneme, with a difference of 0 5 Hz in absolute the values of the frequency of the fundamental tone in the pathology determine the presence of fixation of the vocal fold, while the acoustic signal is processed through filters with a passband not olee 1%