بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
تخمین میزان شدت بیماری تارهای صوتی با استفاده از آشفتگی در فرکانس پایه و شدت صوت
چکیده
ویژگیهای صوت نظیر فرکانس پایه، آشفتگی در فرکانس پایه صوت (جیتر)، آشفتگی در شدت صوت (شیمر) و همینطور ضریب تماس تارهای صوتی از جمله مهمترین مشخصه ها در تشخیص و ارزیابی شدت بیماری های حنجره انسان می باشد. از آنجا که روشهای مختلف تخمین میزان ناهنجاری تارهای صوتی از جمله تصویربرداری از درون حنجره (استر بوسکوپی) علاوه بر احتمال آسیب دیدن حنجره، دارای دشواریهای بسیاریست، لذا روشی که بتواند علاوه بر غیر تهاجمی بودن، قابلیت محاسبه سریع و آسان را نیز دارا باشد ضروری بنظر می رسد. با استفاده از دو ویژگی تاثیرگذار صوت یعنی آشفتگی در فرکانس پایه (جیتر) و آشفتگی در شدت صوت (شیمر) در افراد سالم و بشدت بیمار، می توان با داشتن نمونه جیتر و شیمر فرد مبتلا به یکی از بیماریهای تارهای صوتی نظیر گره تار صوتی ، فلج تار صوتی ، پولیپ و غیره ضریبی را به نام اندیس بیماری تعریف کرد که با استفاده از آن میزان شدت بیماری و ناهنجاری تارهای صوتی به سادگی و با دقت بالایی تخمین زده می شود.
کلمات کلیدی: آشفتگی در فرکانس پایه صوت (جیتر)، آشفتگی در شدت صوت (شیمر)، تخمین شدت بیماری تارهای صوتی،
معالمياه بطور کلی دستگاه تولید صوت در انسان شامل دو بخش است. بخش اول شامل حنجره و تارهای صوتی آن می باشد که صوت اولیه در آن تولید می شود و بخش دوم که در اصطلاح به آن لوله صوتی می گویند، شامل حلق، دهان و غیره است که صوت اولیه ناشی از ارتعاش تارهای صوتی را فیلتر و پالایش می کند. بدلیل مجزا بودن این دو بخش از یکدیگر تنها بخش حنجره (تارهای صوتی و مشخصه های ناشی از ارتعاش آنها) در این مقاله بررسی شده است. از آنجا که ارتعاش تارهای صوتی در نتیجه تغییر فشار هوای زیر چاکنای ایجاد می شود و فشار هوای محبوس شده نیز در اثر عمل دم و بازدم توسط دستگاه تنفسی شکل می گیرد در نتیجه تارهای صوتی در اثر نیروی ناشی از این فشار با سرعتهای یکسان به هم برخورد کرده و مرتعش می شوند. این ارتعاش باعث ایجاد موجهایی بشکل امواج سینوسی شده و فرکانس پایه صوت را تولید می کند. در ابتدا نیاز است که مقدار دقیق آشفتگی در فرکانس پایه و آشفتگی در شدت صوت را به کمک دستگاه موج نگار الکتریکی چاکنای اندازه گیری نمود، لذا باید افرادی را که دارای بیماریهای شایع تارهای صوتی هستند، از بین تمامی بیماران شناسایی کرد. مشکل عمده در این بین تعداد نمونه های کلینیکی مورد نیاز می باشد که به زمان زیادی نیاز دارد. با استفاده از داده های جیتر و شیمر متعلق به افراد سالم و بیمار برای یک واکه مشخص، به کمک رابطه ای به نام اندیس بیماری می توان میزان ضایعات ناشی از اختلالات تارهای صوتی را تخمین زد. از آنجا که آشفتگی در فرکانس پایه، ناشی از تغییرات لحظه ای، غیر ارادی و تصادفی در حنجره فرد بیمار می باشد
، لذا بر اثر تغییر فیزیکی و نامتقارن بودن تارهای صوتی فرد بیمار، تارآواها با سرعتهای متفاوتی به ارتعاش در می آیند و باعث افزایش غیرعادی آشفتگی می شوند. شدت صوت نیز تحت تاثیر فشار هوای زیر چاکنای است و آشفتگی در شدت صوت به عنوان یک تغییر ناگهانی و غیرارادی در فرکانس شدت صوت محسوب می شود
بدلیل وجود ضایعه در تارهای صوتی، فشار هوای زیر چاکنای به درستی کنترل نمی شود و در نتیجه، بروز تغییرات ناگهانی در شدت صوت افزایش می یابد. طبق تحقیقات انجام شده آشفتگی در فرکانس پایه و آشفتگی دامنه شدت صوت در بیماران مبتلا به ضایعات توده ای و فلج تارهای صوتی در مقایسه با افراد سالم به طور معنی داری بالاتر است.
با توجه به تحقیقات فوق و دیگر بررسیها درب تاثیر ویژگیهای تارهای صوتی در افراد بیمار به این نتیجه می رسیم که دو مشخصه آشفتگی در فرکانس پایه و آشفتگی در شدت صوت، در مقایسه با دیگر مشخصه ها از اهمیت و تاثیرگذاری خاصتی میزان برخوردار است. برای تخمین میزان شدت بیماری افراد مبتلا به بیماریهای تارهای صوتی از روشهای متفاوتی مانند بکارگیری عملگر غیرخطی انرژی به منظور تشخیص میزان نارسایی بیماران مبتلا به ناهنجاری حنجره ای در گذشته استفاده شده است. علاوه بر این بیشتر روشها بر اساس معادلات و پارامترهای غیرخطی بوده و از محاسبات پیچیده ای برخوردار هستند.
از مزایای روش این تحقیق نسبت به روشهای دیگر یکی سادگی در تخمین میزان شدت بیماری و دیگری دقت محاسبه بالا می باشد. ضمن اینکه در این تحقیق نمونه های جیتر و شیمر صرفاً متعلق به افرادی است که در ایران زندگی می کنند که جمع آوری آنها در حدود یکسال بطول انجامیده است. توجه به این مسئله که شرایط اقلیمی، کیفیت و محل زندگی و نوع تغذیه تاثیر قابل ملاحظه ای بر روی دستگاه تولید صوت انسان دارد به بهبود نتایج کمک شایانی می کند.
داده های جیتر و شیمر در این تحقیق تعداد ۵۰ نفر مرد و زن بین ۲۰ تا ۷۵ سال مورد بررسی قرار گرفته و ویژگیهای صوتی آنها از جمله آشفتگی در فرکانس پایه و اشفتگی در شدت صوت این افراد با دستگاه موج نگار الکتریکی چاکنای " اندازه گیری شده است.
این داده ها با استفاده از دستگاه موج نگار الکتریکی چاکنای برای نمونه های مختلف افراد سالم و بشدت بیمار بدست آمده است. داده های کلینیکی که از دستگاه الکترولارینگو گرافی برای نمونه های افراد سالم و بیمار بدست می آید، درصد آشفتگی در فرکانس پایه (جیتر) و آشفتگی در شدت صوت (شیمر) را برای یک واکه مشخص می دهد. داده های جیتر و شیمر برای ۵۰ نمونه از افراد شدیداً بیمار در شکل ۱ رسم شده است.
روش بدست آوردن نمونه صوت از دستگاه الکترولارینگو گرافی به اینصورت است که ابتدا الکترودهای سکه ای را بر روی گردن بیمار محکم می نمائیم. از بیمار خواسته می شود که واکه / ا/ را برای مدت زمان مشخصی (۳ تا ۴ ثانیه) تولید کند. سپس قسمت میانی زمان آواسازی بیمار، انتخاب و ویژگیهای صوتی آن اندازه گیری می شود
شکل 3 دستگاه موج نگار چاکنایی و شکل ۳ موج حاصل از آنرا که در نتیجه ارتعاش تارهای صوتی بدست می آید نشان می دهد.
تخمین میزان شدت بیماری
ضریب اندیس بیماری برای تخمین میزان شدت بیماری از رابطه فاصله بین دو نقطه استفاده کرده و ضریبی به نام اندیس بیماری ( (I) به شرح زیر بدست می آید. در صورتیکه میانگین جیتر و شیمر افراد سالم حدودا بصورت 3.5 = ( باشد، همینطور میانگین جیتر و شیمر افراد بشدت بیمار برای ۵۰ نمونه بصورت و باشد. با داشتن جیتر و شیمر یک نمونه جدید برای مثال با استفاده از رابطه زیر که به نام اندیس بیماری تعریف می شود، می توان میزان شدت بیماریهای تارهای صوتی را در فرد تخمین زد:
در رابطه فوق مولفه میانگین جیتر افراد شدیداً بیمار، و بار مولفه میانگین شیمر افراد شدیداً بیمار مولفه میانگین جیتر افراد سالم، و مولفه میانگین شیمر افراد سالم، مولفه جیتر نمونه جدید، و مولفه شیمر نمونه جدید و (ا اندیس یا ضریب بیماری می باشد.
برای مثال ذکر شده مقدار یا اندیس بیماری برابر ۴۰٪ می باشد که نشان دهنده درصد شدت بیماری است. هرچه این عدد کمتر باشد شدت بیماری و اختلالات تارهای صوتی بیشتر خواهد بود.
برای یک نمونه جدید دیگر با و نیز با همان مولفه های افراد شدیداً بیمار و سالم، مقدار اندیس بیماری برابر با ۴۶٪ می شود که شدت بیماری را در حد متوسط نشان می دهد.
بعنوان آخرین مثال اندیس بیماری نمونه جدید یک فرد سالم با مولفه های از رابطه فوق محاسبه شد که مقدار آن برابر با ۹۸٪ شده است که نشان دهنده عدم نارسایی و اختلال تارهای صوتی می باشد و درستی رابطه فوق را اثبات می کند.
در این تحقیق با استفاده از روشهای عددی نظیر شبکه عصبی که قدرت بالایی در طبقه بندی داده ها دارد، ابتدا میانگین جیتر و شیمر افراد سالم و شدیداً بیمار رسم شده است، سپس نمونه جدید جیتر و شیمر یک فرد برحسب نزدیکی به هر یک از میانگین های پراکندگیها بر روی نمودار جیتر - شیمر، نشان دهنده آنست که میزان بیماری فرد تا چه حد می باشد. شکل ۴ وضعیت نمونه جدید را برای مثال اول بخوبی نمایش می دهد. بخش هاشور خورده که نمونه جدید در آن قرار گرفته است، نشان دهنده افزایش شدت بیماری در نقاط پر رنگ تر به سمت میانگین افراد شدیداً بیمار می باشد. طیف مشخص شده در روی نمودار از قسمت کم رنگ به پررنگ، میزان شدت بیماری فرد میتلا به اختلالات تارهای صوتی را نشان می دهد.
شکل ۵ نیز وضعیت نمونه جدید ذکر شده در مثال دوم را نشان می دهد. ضمن اینکه نمونه جدید در محدوده افراد بیمار قرار دارد.
تحلیل ارتعاشی تارهای صوتی
با استفاده از مدل دو جرمی برای تارهای صوتی قرینه می توان سیستم ارتعاشی حنجره را مورد بررسی قرار داد. این بررسی به کمک مدل استینک و هرزل صورت می گیرد که در آن ارتعاش نامنظم تارهای صوتی در حالت غیرخطی آن بررسی شده است برای استفاده از این مدل که در شکل ۶ نشان داده شده، فرضیات زیر در نظر گرفته می شود:
۱- از نوسانات غیرخطی در مدل به دلیل کوجک بودن صرفنظر می شود.
۲- تاثیرگذاری جریان هوای چاکنای با تشدید در پایین و بالای چاکنای ناچیز می باشد.
۳- افزایش تغییرات فشار در ورودی چاکنای" حذف شده و جریان برنولی در باریکترین قسمت حاکم است.
۴- مدل بصورت قرینه فرض شده و تارهای صوتی سمت چپ و سمت راست مشابه هم می باشند.
