Недавнее исследование показало, что аномалии голосовых связок, вызванные ранними стадиями рака гортани, могут изменять акустические характеристики мужского голоса.
Исследователи надеются, что модели искусственного интеллекта однажды смогут использоваться для раннего выявления рака гортани, что потенциально сократит время постановки диагноза и повысит выживаемость пациентов.
«Инструменты для мониторинга здоровья на основе голоса уже проходят тестирование», — говорит автор исследования доктор Филипп Дженкинс, постдокторант Орегонского университета здравоохранения и науки в США.
«Здесь мы показываем, что с помощью этого набора данных мы можем использовать голосовые биомаркеры, чтобы отличить голоса пациентов с поражениями голосовых связок от голосов людей без таких поражений».
Поражения голосовых связок иногда могут быть доброкачественными полипами, но они также могут представлять собой ранние стадии рака гортани.
Рак гортани, также известный как рак голосового аппарата, — это вид рака горла, который связан с образованием опухоли в шее и затруднениями при глотании и дыхании. По оценкам Американского онкологического общества, в 2025 году в США будет зарегистрировано около 13 000 новых случаев рака гортани, и примерно 3 910 человек умрёт от этого заболевания.
Почти 90% людей выживают в течение 5 лет после обнаружения рака гортани на ранней стадии (стадия 1). Но если рак обнаружен гораздо позже, на стадии 4, этот показатель снижается почти до 35%, по данным Cancer Research UK.
Дженкинс и его коллеги использовали набор данных Bridge2AI-Voice. Коллекция из 12 523 записей голоса 306 пациентов является частью консорциума «Bridge to Artificial Intelligence» — предложения Национального института здравоохранения США по использованию ИИ для решения сложных биомедицинских задач.
Исследовательская группа проанализировала 180 записей 176 участников. Из этой выборки было 8 женщин и 8 мужчин с раком гортани (с другими нарушениями голосовых связок или без них).
Исследователи также проанализировали записи голоса пациентов со спазматической дисфонией — расстройством, вызывающим непроизвольные спазмы голосовых связок, и с односторонним параличом голосовых связок — состоянием, при котором повреждение нерва мешает человеку правильно открывать и закрывать голосовые связки. У других были доброкачественные поражения голосовых связок.
Анализ сосредоточился на вариациях высоты тона в речи и измерении соотношения между гармоническими и шумовыми компонентами речи, а также другими акустическими характеристиками голоса.
Дженкинс и его команда обнаружили различия в высоте тона и соотношении сигнал/шум между мужчинами с раком гортани, мужчинами с доброкачественными поражениями голосовых связок и мужчинами без каких-либо нарушений голоса.
Авторы предполагают, что соотношение гармонических и шумовых компонентов может быть полезно для мониторинга прогрессирования поражений голосовых связок в клинических условиях, что потенциально поможет врачам выявлять рак гортани на ранней стадии.
Однако они не обнаружили никаких акустических особенностей среди женщин с раком гортани, поэтому на данном этапе обнаружение может работать только для мужчин. Авторы предполагают, что более крупный набор данных может решить эту проблему.
«Наши результаты показывают, что такие большие мультиинституциональные наборы данных, как Bridge2AI-Voice, могут в скором времени помочь сделать наш голос практическим биомаркером риска развития рака в клинической практике», — говорит Дженкинс.
«Чтобы перейти от этого исследования к созданию инструмента ИИ, который распознаёт поражения голосовых связок, мы обучим модели с использованием ещё более крупного набора данных записей голоса, маркированных профессионалами. Затем нам нужно протестировать систему, чтобы убедиться, что она одинаково хорошо работает для женщин и мужчин.
«Основываясь на наших выводах, я предполагаю, что с более крупными наборами данных и клинической проверкой подобные инструменты для обнаружения поражений голосовых связок могут быть протестированы в ближайшие пару лет».
Доказательство принципа опубликовано в журнале Frontiers of Digital Health.