informИнформатикаInformatics1816-03012617-6963UIIP NASBinform-512Research ArticleОБРАБОТКА СИГНАЛОВ, ИЗОБРАЖЕНИЙ, РЕЧИ, ТЕКСТА И РАСПОЗНАВАНИЕ ОБРАЗОВSIGNAL, IMAGE, SPEECH, TEXT PROCESSING AND PATTERN RECOGNITIONМетодическое и аппаратно-программное обеспечение для регистрации и обработки речевых сигналов с целью диагностики неврологических заболеванийMethodical and hardware-software for recording and processing speech signals for diagnosis of neurological diseasesКульТ. П.KulT. P.

Куль Татьяна Петровна, магистр технических наук, аспирант кафедры инженерной психологии и эргономики

Tatiana P. Kul, Master Sci. (Eng.), Postgraduate Student of the Department of Engineering Psychology and Ergonomics

tatianakul81@tut.byМеженнаяМ. М.MezhennayaM. M.

Меженная Марина Михайловна, кандидат технических наук, доцент кафедры инженерной психологии и эргономики

Marina M. Mezhennaya, Cand. Sci. (Eng.), Assoc. Prof. of the Department of Engineering Psychology and Ergonomics

mezhennaya@bsuir.byРушкевичЮ. Н.RushkevichYu. N.

Рушкевич Юлия Николаевна, кандидат медицинских наук, доцент, ведущий научный сотрудник неврологического отдела

Yulia N. Rushkevich, Cand. Sci. (Med.), Assoc. Prof., Leading Researcher of the Neurological Department

rushkevich@tut.byОсиповА. Н.OsipovA. N.

Осипов Анатолий Николаевич, кандидат технических наук, доцент

первый проректор

Anatoly N. Osipov, Cand. Sci. (Eng.), Assoc. Prof.,

the First Rector

osipov@bsuir.byЛихачевС. А.LikhachevS. A.

Лихачев Сергей Александрович, доктор медицинских наук, профессор, заведующий неврологическим отделом

главный внештатный специалист по неврологии Министерства здравоохранения Республики Беларусь

Sergey A. Likhachev, Dr. Sci. (Med.), Prof., Head of the Neurological Department

likhachev@mail.ruРушкевичИ. В.RushkevichI. V.

Рушкевич Ирина Вадимовна, лаборант

студентка

Irina V. Rushkevich, Laboratory Assistant

Student

rina.rushkevich@gmail.comБелорусский государственный университет информатики и радиоэлектроникиBelarusian State University of Informatics and RadioelectronicsРНПЦ неврологии и нейрохирургии МЗ РБThe Republican Scientific and Practical Center of Neurology and NeurosurgeryБелорусская инженерная академия, Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроникиBelarusian Engineering Academy, Belarusian State University of Informatics and RadioelectronicsРНПЦ неврологии и нейрохирургии; Белорусский государственный медицинский университетThe Republican Scientific and Practical Center of Neurology and Neurosurgery, Belarusian State Medical University2019110120191622739Copyright © Куль Т.П., Меженная М.М., Рушкевич Ю.Н., Осипов А.Н., Лихачев С.А., Рушкевич И.В., 20192019Куль Т.П., Меженная М.М., Рушкевич Ю.Н., Осипов А.Н., Лихачев С.А., Рушкевич И.В.Kul T.P., Mezhennaya M.M., Rushkevich Y.N., Osipov A.N., Likhachev S.A., Rushkevich I.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://inf.grid.by/jour/article/view/512

Предлагается методическое и аппаратно-программное обеспечение на основе цифровой обработки и анализа речевых сигналов для оперативной и объективной диагностики неврологических патологий, сопровождающихся нарушениями речевой функции. Апробация разработанных методических и программных средств была проведена на базе Республиканского научно-практического центра неврологии и нейрохирургии Министерства здравоохранения Республики Беларусь и Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники. Результаты апробации выявили качественные (на основе полученных графиков спектрограмм, кепстрограмм, гистограмм) и количественные (на основе вычисленных параметров) различия между параметрами речевых сигналов в норме и при бульбарном синдроме. Предварительные результаты исследования подтвердили целесообразность использования разработанного авторами методического и аппаратно-программного обеспечения для регистрации и обработки речевых сигналов в диагностике неврологических заболеваний.

The methodical and hardware-software on the basis of processing and analysis of speech signals for operative and objective diagnostics of neurological pathologies accompanied by speech function disorders are offered. The testing of developed methodological and software tools was carried out on the basis of the Republican Scientific and Practical Center of Neurology and Neurosurgery of the Ministry of Healthcare of Belarus and the Belarusian State University of Informatics and Radioelectronics. The results of testing revealed qualitative (based on the obtained spectrogram, kepstrogram, histogram) and quantitative (based on calculated parameters) differences between the parameters of speech signals in normal and bulbar syndrome. Preliminary results of the research confirmed the feasibility of using the methodological and hardware-software for registration and processing speech signals for diagnosis of neurological diseases.

речевой сигналрегистрация и обработка биомедицинских сигналовневрологиябульбарный синдромбульбарные нарушенияметодическое и аппаратно-программное обеспечениеspeech signalregistration and processing of biomedical signalsneurologybulbar syndromebulbar disordersmethodical and hardware-softwareReferencesЗавалишин, И. А. Боковой амиотрофический склероз / И. А. Завалишин. – М. : ГЭОТАР-Медиа, 2009. – 272 с.Zavalishin I. A. Bokovoy amiotroficheskiy skleroz. Amyotrophic Lateral Sclerosis. Moscow, GEOTARMedia, 2009, 272 p. (in Russian).EFNS guidelines on the clinical management of amyotrophic lateral sclerosis (MALS)-revised report of an EFNS task force / P. M. Andersen [et al.] // European Journal of Neurology. – 2012. – No. 19(3). – P. 360–375.Andersen P. M., Abrahams Sh., Borasio G. D., Carvalho M. de, Chio A., …, Weber M. EFNS guidelines on the clinical management of amyotrophic lateral sclerosis (MALS)-revised report of an EFNS task force. European Journal of Neurology, 2012, no. 19(3), pp. 360–375.Practice parameter update: the care of the patient with amyotrophic lateral sclerosis. Drug, nutritional, and respiratory therapies (an evidence-based review): report of the Quality Standards Subcommittee of the American Academy of Neurology / R. Miller [et al.] // Neurology. – 2009. – No. 73(15). – P. 1218–1226.Miller R., Jackson C. E., Kasarskis E. J., England J. D., Forshew D., …, Woolley S. C. Practice parameter update: the care of the patient with amyotrophic lateral sclerosis. Drug, nutritional, and respiratory therapies (an evidence-based review): report of the Quality Standards Subcommittee of the American Academy of Neurology. Neurology, 2009, no. 73(15), pp. 1218–1226. DOI: 10.1212/WNL.0b013e3181bc0141Гусев, Е. И. Неврология и нейрохирургия : учебник / Е. И. Гусев, А. Н. Коновалов, Г. С. Бурд. – М. : Медицина, 2000. – 347 с.Gusev Ye. I., Konovalov A. N., Burd G. S. Nevrologiya i neyrokhirurgiya. Neurology and Neurosurgery. Moscow, Meditsina, 2000, 347 p. (in Russian).Голубев, В. Л. Неврологические синдромы. Руководство для врачей / В. Л. Голубев, А. М. Вейн. – М. : Эйдос Медиа, 2002. – 832 с.Golubev V. L., Veyn A. M. Nevrologicheskiye sindromy. Rukovodstvo dlya vrachey. Neurological syndrome. Guide for doctors. Moscow, Eydos Media, 2002, 832 p. (in Russian).Алгоритм классификации речевых патологий при органических поражениях головного мозга [Электронный ресурс] / Н. П. Кузенков [и др.] // Информационные процессы. – 2009. – Т. 9, № 3. – C. 121–137. – Режим доступа: http://www.jip.ru/2009/121-137-2009.pdf. – Дата доступа: 06.10.2013.Kuzenkov N. P., Loginov V. M., Nikol'skaya O. N., Prokopenko S. V. Algoritm klassifikatsii rechevykh patologiy pri organicheskikh porazheniyakh golovnogo mozga [The algorithm for the classification of voice pathologies with organic lesions of the brain]. Informatsionnyye protsessy [Information Processes], 2009, vol. 9, no. 3, pp. 121–137 (in Russian). Available at: http://www.jip.ru/2009/121-137-2009.pdf (accessed 06.10.2013).Статистическое описание речи человека при органических нарушениях центрального отдела речевого аппарата / Н. П. Кузенков [и др.] // Нелинейный мир. – 2012. – № 4. – С. 247–255.Kuzenkov N. P., Loginov V. M., Prokopenko S. V., Mozheyko Ye. Yu. Statisticheskoye opisaniye rechi cheloveka pri organicheskikh narusheniyakh tsentral'nogo otdela rechevogo apparata [Statistical description of human speech in organic disorders of the central department of speech apparatus]. Nelineynyy mir [Nonlinear World], 2012, no. 4, pp. 247–255 (in Russian).Скляров, О. П. V/U-ритм речи при чтении как индикатор состояния функции речевого дыхания у заикающихся / О. П. Скляров // Техническая акустика. – 2004. – Т. 4, № 16. – С. 163–173.Sklyarov O. P. V/U-ritm rechi pri chtenii kak indikator sostoyaniya funktsii rechevogo dykhaniya u zaikayushchikhsya [V/U-rhythm of speech when reading as an indicator of the state of speech breathing function in stuttering]. Tekhnicheskaya akustika [Technical Acoustics], 2004, vol. 4, no. 16, pp. 163–173 (in Russian).Скляров, О. П. Фракталы и крупномасштабная временная структура акустического речевого сигнала и музыки / О. П. Скляров // Техническая акустика. – 2004. – Т. 4, № 21. – С. 224–233.Sklyarov O. P. Fraktaly i krupnomasshtabnaya vremennaya struktura akusticheskogo rechevogo signala i muzyki [Fractals and large-scale temporal structure of acoustic speech signal and music]. Tekhnicheskaya akustika [Technical Acoustics], 2004, vol. 4, no. 21, pp. 224–233 (in Russian).Nonlinear analyses and algorithms for speech processing / Gómez P. [et al.] // Voice Pathology Detection by Vocal Cord Biomechanical Parameter Estimation. – Berlin : Springer, 2005. – P. 242–256.Gómez P., Martinez R., Diaz F., Lázaro C., Álvarez A., Rodellar V., Nietro V. Nonlinear analyses and algorithms for speech processing. Voice Pathology Detection by Vocal Cord Biomechanical Parameter Estimation. Berlin, Springer, 2005, pp. 242–256.Characterization of healthy and pathological voice through measures based on nonlinear dynamics / P. Henriquez [et al.] // IEEE Trans Audio Speech Lang Processing. – 2009. – Vol. 17, no. 6. – P. 1186–1195.Henriquez P., Alonso J. B., Ferrer M. A., Travieso C. M., Godino-Llorente J. I., Diaz-de-Maria F. Characterization of healthy and pathological voice through measures based on nonlinear dynamics. IEEE Trans Audio Speech Lang Processing, 2009, vol. 17, no. 6, pp. 1186–1195.Phonatory impairment in parkinson’s disease: evidence from nonlinear dynamic analysis and perturbation analysis / M. Chou [et al.] // Journal of Voice. – 2007. – Vol. 21. – P. 64–71.Chou M., Jiang J. J., Rahn D. A., Zhang Y. Phonatory impairment in parkinson’s disease: evidence from nonlinear dynamic analysis and perturbation analysis. Journal of Voice, 2007, vol. 21, pp. 64–71.Relative entropy measures applied to healthy and pathological voice characterization / P. R. Scalassara [et al.] // Applied Mathematics and Computation. – 2009. – Vol. 207, iss. 1. – P. 95–108.Scalassara P. R., Dajer M. E., Maciel C. D., Guido R. C., Pereira J. C. Relative entropy measures applied to healthy and pathological voice characterization. Applied Mathematics and Computation, 2009, vol. 207, iss. 1, pp. 95–108.Malyska, N. Automatic dysphonia recognition using biologically-inspired amplitude-modulation features / N. Malyska, T. F. Quatieri, D. Sturim // Acoustics, Speech, and Signal Processing : Proc. of IEEE Intern. Conf. (ICASSP). – Philadelphia, 2005. – Vol. 1. – P. 873–876.Malyska N., Quatieri T. F., Sturim D. Automatic dysphonia recognition using biologically-inspired amplitude-modulation features. Acoustics, Speech, and Signal Processing: Proceedings of IEEE International Conference (ICASSP), Philadelphia, 2005, vol. 1, pp. 873–876.Оппенгейм, Э. Применение цифровой обработки сигналов : пер. с англ. / Э. Оппенгейм ; под ред. А. М. Рязанцева. – М. : Мир, 1980. – 552 с.Oppenheim A. Applications of Digital Signal Processing. Prentice Hall, 1978, 499 р.Ахмад, Х. М. Введение в цифровую обработку речевых сигналов : учеб. пособие / Х. М. Ахмад, В. Ф. Жирков. – Владимир : Владим. гос. ун-т., 2007. – 192 с.Akhmad Kh. M., Zhirkov V. F. Vvedeniye v tsifrovuyu obrabotku rechevykh signalov. Introduction to Digital Voice Processing. Vladimir, Vladimirskij gosudarstvennyj universitet, 2007, 192 p. (in Russian).Райгайян, Р. М. Анализ биомедицинских сигналов. Практический подход / Р. М. Райгайян. – М. : Физматлит, 2007. – 440 с.Raygayyan R. M. Analiz biomeditsinskikh signalov. Prakticheskiy podkhod. Analysis of biomedical signals. Practical approach. Moscow, Fizmatlit, 2007, 440 p. (in Russian).Куль Т. П. Алгоритм цифровой обработки речевых сигналов в норме и патологии / Т. П. Куль, М. М. Меженная, А. Н. Осипов // Современные проблемы радиоэлектроники и телекоммуникаций : тез. докл. 13 Междунар. молодежной науч.-техн. конф. – Севастополь, 2017. – С. 197.Kul T. P., Mezhennaya M. M., Osipov A. N. Algoritm tsifrovoy obrabotki rechevykh signalov v norme i patologii [Algorithm of digital processing of speech signals in norm and pathology]. Sovremennye problemy radiojelektroniki i telekommunikacij : tezisy dokladov 13 Mezhdunarodnoj molodezhnoj nauchno-tehnicheskoj konferencii [Abstracts of the 13th International Youth Scientific-Technical Conference "Modern problems of radio electronics and telecommunications"]. Sevastopol, 2017, р. 197.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.