Balso reikšmė gerklių vėžio diagnostikoje: nauji balso pagrįsti įrankiai

Kontekstas: kodėl balso ypatybės svarbios gerklų vėžiui

Gerklų (balso stygų) vėžys paveikia šimtus tūkstančių žmonių visame pasaulyje. 2021 m. pasaulyje užfiksuota apie 1,1 milijono gerklų ir šalia esančių struktūrų vėžio atvejų, iš kurių beveik 100 000 baigėsi mirtimi. Standartinei diagnostikai dažnai naudojami sudėtingi tyrimai – tokie kaip vaizdo endoskopija per nosį ir audinių biopsija. Nors jie yra veiksmingi, šie metodai yra invaziniai ir priklausomi nuo gydytojų specialistų prieinamumo.

Tyrimo dizainas ir metodai

Oregono sveikatos ir mokslo universiteto bei Portland State universiteto mokslininkai išanalizavo 12 523 balso įrašus, surinktus iš 306 Šiaurės Amerikos dalyvių. Siekdami nustatyti, ar balso stygų pažeidimai (tiek piktybiniai, tiek nepiktybiniai) palieka aptinkamas žymes balso garse, tyrėjai pasitelkė mašininio mokymosi modelius. Šie modeliai išskyrė akustines savybes ir ieškojo dėsningumų, skiriančių vėžinius pažeidimus nuo nepiktybinių navikų ar kitų balso sutrikimų.

Pagrindinės išvados: harmonikų ir triukšmo santykis kaip žymuo

Tyrimas parodė specifinius akustinius skirtumus vyrų balsuose. Harmonikų ir triukšmo santykis (HNR) – rodiklis, matuojantis periodinio tono ir triukšmo proporciją balso signale – buvo ypač reikšmingas. Modeliai, apmokyti šiuo ir kitais panašiais rodikliais, gebėjo atskirti vėžinius balso stygų pažeidimus nuo nepiktybinių ar kitų sutrikimų vyrams, net kai žmogaus ausiai šie skirtumai buvo neaptinkami.

„Norint sukurti dirbtinio intelekto įrankį, kuriuo būtų galima aptikti balso stygų pažeidimus, reikėtų dar didesnės kokybiškai pažymėtų balso įrašų duomenų bazės. Be to, svarbu užtikrinti, kad modelis vienodai gerai veiktų tiek vyrams, tiek moterims“, – teigia Oregono sveikatos ir mokslo universiteto klinikinės informatikos specialistas Phillip Jenkins.

Ribojimai: lyčių skirtumai ir duomenų apimtis

Šiame duomenų rinkinyje moterų balsuose reikšmingų akustinių žymenų nustatyti nepavyko. Visgi tai nereiškia, kad moterų balsuose nėra aptinkamų skirtumų – tikėtina, jog reikalingi didesni, įvairesni duomenų rinkiniai ir papildomas modelių derinimas, kol bus sukurta universali atrankos priemonė.

Susijusios technologijos ir ateities perspektyvos

Balsu pagrįstos diagnostinės priemonės, paremtos kalbos atpažinimu, skaitmenine signalo analize ir mašininio mokymosi sprendimais, jau bandomos įvairioms ligoms atpažinti – nuo COVID-19 iki neurologinių sutrikimų. Patikimas balso tyrimu grįstas įrankis galėtų padėti bendrosios praktikos gydytojams, nuotolinių paslaugų platformoms ir atrankinės patikros programoms greičiau identifikuoti rizikingus atvejus ir nukreipti pacientus specialisto konsultacijai.

„Tokie balso sveikatos įrankiai jau bandomi. Remiantis naujausiais rezultatais, galiu prognozuoti, kad su didesniais duomenų rinkiniais ir klinikiniais tyrimais panašūs sprendimai balso stygų pažeidimų aptikimui bus išbandomi jau per artimiausius keletą metų“, – įsitikinęs Jenkins.

Klinikiniai ir etiniai aspektai

Prieš pradedant naudoti, bus būtina užtikrinti, kad būsimi įrankiai būtų kliniškai patikrinti pagal lytį, amžių, kalbą bei įrašymo sąlygas, kad nebūtų šališkumo. Reikalingas ir atsakingas balso duomenų privatumo užtikrinimas, reguliavimas, taip pat aiškios nukreipimo gairės pacientams, kuriems nustatomas padidėjusi rizika. Tik tuomet akustiniai biomarkeriai taps saugiu ir prieinamu viešosios sveikatos įrankiu.

Išvada

Mašininio mokymosi analizė leidžia aptikti subtilius balso akustinius žymenis, pvz., harmonikų ir triukšmo santykį, kurie padeda atpažinti vėžinius balso stygų pažeidimus vyrams. Nors rezultatai dar preliminarūs, o moterims būdingų žymenų šįkart nerasta, tyrimas rodo žadantį kelią į neinvazines, mastelio ribų neturinčias gerklų vėžio atrankos programas. Didinant duomenų rinkinius, taikant klinikinę patikrą ir dėmesingai valdant privatumo bei prieinamumo klausimus, balsu grįsti patikros įrankiai gali paspartinti diagnostiką ir pagerinti balso organų ligų gydymo rezultatus.