Detekcia a vyhodnocovanie úrovne stresu vo fonačnom a PPG signálu nahrávanom v otvorenom NMR tomografu so slabým magnetickým poľom

Riešitelia: Přibil, Jiří, Přibilová Anna, Frollo, Ivan

 

Vystavenie človeka účinkom akustického hluku ako aj vibrácií často vyvoláva negatívne psychologické reakcie, ktoré je možno stotožniť s negatívnymi emóciami typu hnev, strach alebo panika. Metóda detekcie a rozpoznanie týchto emocionálnych stavov v rečovom signáli môže byť použitá ako indikátor stresu. Tento stres spojený s autonómnym nervovým systémom človeka sa prejavuje väčšou variabilitou srdcového rytmu získaného z foto-pletyzmografického (PPG) signálu a pulzovej frekvencie detegovanej z elektrokardiogramu (EKG).

V súčasnosti sa zaoberáme predovšetkým detekciou a vyhodnocovaním stresu v reči nahrávanej paralelne s PPG signálom pomocou nositeľného optického senzora. Fonačný signál piatich základných samohlások bol nahrávaný v meracích fázach bez a s negatívnou stimuláciou hlukom a vibráciami po skenovaní v otvorenom NMR tomografe pracujúcom so slabým magnetickým poľom. Pre hodnotenie úrovne stresu boli použité dve metódy: prvá používa rečové príznaky získané z fonačného signálu, ktoré sú ďalej štatisticky spracované a následne triedené pomocou klasifikátora na princípe Gausovských mixtúr. Druhá metóda pre určovanie úrovne stresu porovnáva výsledky z štatistického spracovania hodnôt pulzovej frekvencie a Oliva-Roztočil indexu získavaného z PPG signálu. Tie sú doplnené ďalšími parametrami popisujúcimi energetické, časové a štatistické vlastnosti pulzov PPG signálu. Finálna hodnota úrovne stresu sa získa fúziou výsledkov oboch použitých metód vyhodnocovania stresu.

Dokumentačná fotografia priebehu nahrávania fonačného a PPG signálu v otvorenom NMR tomografe Opera: (1) nahrávací mikrofón, (2) merač hladiny hluku, (3) záznamové a nahrávacie zariadenie, (4) detail elektronickej časti nositeľného PPG senzora (5) detail optického snímača pripevneného na ukazováku ľavej ruky testovanej osoby.

                                                             

GMM klasifikácia fonačného signálu snímaného v štyroch fázach v rozdielnych stresových podmienkach: stredná hodnota relatívneho výskytu stresovej triedy pre 5 samohlások (vľavo), graf finálnych hodnôt stresovej a normálnej reči spolu s ich rozdielmi (vpravo).

Vizualizácia 1000 vzoriek PPG signálu s detegovanými systolickými srdcovými pulzami, odvodenou srdcovou periódou THP a šírkou systolického pulzu WSP.

 

Súvisiace projekty:

  • VEGA 2/0003/20 “Zobrazovacie metódy na báze magnetickej rezonancie pre medicínsku diagnostiku a materiálový výskum”.
  • COST Action CA16116 “Nositeľné robotické zariadenia pre posilnenie, podporu alebo náhradu motorických funkcií človeka”.
  • APVV-19-0531 “ReSynCard – Personalizovaná optimalizácia resynchronizačnej liečby srdcového zlyhávania na základe mnohozvodového merania EKG”.

 

Získané výsledky budú použité pre analýzu, kvantifikáciu a potlačenie stresového faktora, ktorý má negatívny vplyv na kvalitu rečového signálu zaznamenávaného počas skenovania v NMR tomografe pre 3D modelovanie ľudského hlasového traktu. Tato metóda neinvazívneho vyšetrenia sa často používa v medicínskej praxi – predovšetkým pre sledovanie pooperačných stavov hlasového traktu ako aj pri rekonštrukcii hlasu pacienta po totálnej laryngotómii.

 

Publikácie: