The contribution of acoustic voice analysis in diagnosis of benign larungeal lesions and the outcome of phonosurgery

Acoustic measures have been extensively studied, in terms of their relation with laryngeal pathology, the perceptual severity of dysphonia and the outcome of interventions (surgical and conservative), as well as the other measures of vocal performance, and the results have been controversial. In the present study, patients, operated for benign laryngeal lesions with microlaryngoscopy were included. They were assessed according to the protocol, proposed by the European Laryngological Society (Dejonkere et al, 2001) with stroboscopy, perceptual analysis, voice analysis, aerodynamic measurements and subjective evaluation questionnaires, before and after the operation.In the first part of the study, the role of the Greek version of Voice Handicap Index (VHI) was studied, in comparison with the Voice Symptom Scale (VoiSS) in terms of measuring voice surgery outcome. A statistical significant change in subscale scores, as well as in total score, was found. VHI and VoiSS correlated strongly to each other. Both VHI and VoiSS correlated with perceptual characteristics before and after the operation. Among acoustic measures, Harmonic-to-Noise Ratio (HNR) and shimmer, showed significant correlation with both VHI and VoiSS subscale and total scores, post-operatively. None of the two, however, correlated with stroboscopic, and aerodynamic measurements. VHI and VoiSS were considered useful tools in evaluating voice surgery outcome, in the Greek language.In the second part of the study, acoustic measurements (jitter, shimmer, HNR, NHR) by two commercially available analysis programs, Praat and MDVP were compared, in terms of independent information they provide, and the influence of parameters such as gender, SPL, as well the data acquisition system. Moreover, the relationships between acoustic measurements and the other measures of vocal assessment, especially perception and VHI, were studied with correlation coefficients, as well as with Mutual Information analysis. All measurements changed significantly postoperatively, except for F0. The results were dispersed among individuals, as not all patients had pathological measurements preoperatively, neither improved in all measurements postoperatively. The two programs seemed to correlate in the majority of cases, MDVP measuring higher values. Noise measures from Praat were observed to correlate the most with perceptual parameters (GRBAS scale). MI analysis, revealed in many cases nonlinear relationships between the pairs of measures analyzed.Acoustic voice analysis was proven to a useful outcome measure of microlaryngoscopy, as part of the multidimensional voice assessment protocol.Η ακουστική ανάλυση σήματος αποτελεί πεδίο έρευνας και κλινικών εφαρμογών, εδώ και δεκαετίες. Συγκεκριμένα, από την περιγραφή της ανάλυσης διαταραχής και των χαρακτηριστικών της από τον Lieberman, έως την ευρεία πλέον χρήση των προγραμμάτων ανάλυσης στην κλινική πράξη, έχουν μεσολαβήσει πολυάριθμες ερευνητικές καινοτομίες στους αλγορίθμους και τα προγράμματα επεξεργασίας, που στόχο είχαν την βελτίωση της αξιοπιστίας της ακουστικής ανάλυσης, ως αντικειμενικό μέσο αξιολόγησης της φωνητικής λειτουργίας.Τα χαρακτηριστικά μεγέθη της ακουστικής ανάλυσης κατηγοριοποιούνται βάσει των χαρακτηριστικών σήματος που μεταφέρουν. Ένα αποδεκτό σύστημα ταξινόμησης είναι μεταξύ «χαρακτηριστικών απεριοδικότητας» (aperiodicity features) και «χαρακτηριστικών θορύβου» (noise features). Τα πρώτα, μετρούν μικρής διάρκειας (από κύκλο σε κύκλο) διαταραχές του ακουστικού σήματος, που αφορούν αποκλίσεις της θεμελιώδους συχνότητας ή της έντασης, ενώ τα δεύτερα χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση του θορύβου που περιέχεται στο φωνητικό σήμα, ως ποσοστό απεριοδικότητας του φωνητικού σήματος. Τα ακουστικά μεγέθη έχουν βρεθεί να αντικατοπτρίζουν χαρακτηριστικά της αντιληπτικής ποιότητας της φωνής.Η ακουστική ανάλυση του φωνητικού σήματος, επίσημα από το 2001, περιλαμβάνεται στο προτεινόμενο πρωτόκολλο της Ευρωπαїκής Λαρυγγολογικής Κοινότητας (European Laryngological Society) για την αξιολόγηση της φωνητικής λειτουργίας μαζί με την στροβοσκόπηση, την αντιληπτική αξιολόγηση της φωνής, τις αεροδυναμικές μετρήσεις και την υποκειμενική εκτίμηση της φωνής από τον ίδιο τον ασθενή. Επίσης, η χρήση της στην κλινική πράξη έχει εδραιωθεί τις τελευταίες δεκαετίες, με τη χρήση διαθέσιμων στο εμπόριο προγραμμάτων ανάλυσης. Βιβλιογραφικά, τα ακουστικά χαρακτηριστικά έχουν εκτεταμένα μελετηθεί όσον αφορά την ικανότητά τους να διαφοροδιαγιγνώσκουν μεταξύ των φωνητικών διαταραχών, τη συσχέτισή τους με την αντιληπτική αξιολόγηση των φωνητικών συμπτωμάτων του ασθενή και τη χρησιμότητά τους ως αντικειμενικά μέσα αξιολόγησης έκβασης της θεραπευτικής παρέμβασης (λογοθεραπευτικής, χειρουργικής ή φαρμακευτικής). Ωστόσο, τα έως τώρα βιβλιογραφικά δεδομένα είναι αντικρουόμενα, και διαφοροποιούνται συχνά ανάλογα με τις ομάδες ασθενών που μελετώνται και τα προγράμματα ανάλυσης που χρησιμοποιούνται.Η παρούσα μελέτη επιχειρεί να εξετάσει το ρόλο της ακουστικής ανάλυσης ρουτίνας ως μέσο αντικειμενικής εκτίμησης της φωνητικής λειτουργίας στη διάγνωση των συνήθων καλοηθών χειρουργικών παθήσεων του λάρυγγα και την αξιολόγηση της έκβασης της χειρουργικής θεραπείας.Στο «Γενικό Μέρος», περιλαμβάνονται, αρχικά, στοιχεία ανατομίας του λάρυγγα και φυσιολογίας της φωνητικής λειτουργίας, και περιγραφή των βασικότερων καλοηθών λαρυγγικών παθήσεων καθώς και των βασικών αρχών της φωνοχειρουργικής. Ακολουθεί εκτεταμένη βιβλιογραφική ανασκόπηση, όσον αφορά τις μεθόδους αξιολόγησης της φωνητικής λειτουργίας και ειδικότερα της ακουστικής ανάλυσης, με τις βασικές θεωρητικές αρχές αυτής. Στο «Ειδικό Μέρος», περιγράφεται ο σχεδιασμός της μελέτης και οι μέθοδοι ανάλυσης που χρησιμοποιήθηκαν. Συγκεκριμένα, η μελέτη περιελάμβανε δυο φάσεις, και πραγματοποιήθηκε ως εξής:Οι ασθενείς που μελετήθηκαν, χειρουργήθηκαν για καλοήθεις λαρυγγικές παθήσεις (πολύποδες, οίδημα Reinke, κύστεις και οζίδια) με μικρολαρυγγοσκόπηση και αξιολογήθηκαν πριν και μετά την χειρουργική επέμβαση, σύμφωνα με τις οδηγίες του Ευρωπαїκού πρωτοκόλλου.Στην πρώτη φάση της μελέτης, πραγματοποιήθηκε συγκριτική μελέτη των ελληνικών μεταφράσεων του Voice Handicap Index (VHI) και του Voice Symptom Scale (VoiSS). Τα VHI και VoiSS αποτελούν ερωτηματολόγια σχεδιασμένα για ασθενείς με φωνητικές διαταραχές, με παρόμοια δομή αλλά διαφορές στο περιεχόμενο των ερωτημάτων. Tα ερωτηματολόγια συγκρίθηκαν, όσον αφορά τη συσχέτιση μεταξύ τους καθώς και τις συσχετίσεις τους με τα λοιπά μέσα αξιολόγησης.Η δεύτερη φάση της μελέτης, αφορούσε τα χαρακτηριστικά μεγέθη της ακουστικής ανάλυσης από δυο προγράμματα ανάλυσης, το Praat και το MDVP, τα οποία είναι ευρέως διαθέσιμα και χρησιμοποιούμενα στην κλινική πράξη. Οι μετρήσεις από τα δυο προγράμματα μελετήθηκαν συγκριτικά, όσον αφορά το βαθμό ανεξαρτησίας τους, τους παράγοντες επηρεασμού των ακουστικών μετρήσεων καθώς και το ρόλο τους ως μέσα αξιολόγησης της αντιληπτικής ποιότητας της φωνής. Επιπλέον, διερευνήθηκε ο ρόλος της ακουστικής ανάλυσης των δυο προγραμμάτων στην αξιολόγηση του αποτελέσματος της χειρουργικής επέμβασης σε συνάρτηση με τις αντιληπτικές, αεροδυναμικές και στροβοσκοπικές παραμέτρους καθώς και την υποκειμενική αξιολόγηση από τους ασθενείς. Τέλος, οι συσχετίσεις των ακουστικών μετρήσεων με τις αντιληπτικές παραμέτρους και τη βαθμολογία του VHI, μελετήθηκαν περαιτέρω με τη μέθοδο της Αμοιβαίας Πληροφορίας