New computer aided device for real time analysis of speech of people with Parkinson’s disease

Abstract

RESUMEN: La enfermedad de Parkinson (EP) es un desorden neurodegenerativo que afecta la coordinación de músculos y extremidades, incluyendo aquellos responsables de la producción del habla, generando alteraciones en la inteligibilidad de la señal de voz. Está demostrado que el ejercicio terapéutico constante puede mejorar las habilidades de comunicación de los pacientes; sin embargo, el diagnóstico acerca del avance en el proceso de recuperación es realizado de forma subjetiva por los fonoaudiólogos o neurólogos. Debido a esto se requiere el desarrollo de herramientas flexibles que valoren y guíen la terapia fonoaudiológica de los pacientes. En este artículo se presenta el diseño e implementación de un sistema embebido para el análisis en tiempo real de la voz de pacientes con EP. Para esto se desarrollan tres plataformas; primero, se construye una interfaz gráfica en Matlab; luego, se crea un primer prototipo basado en un DSP TMS320C6713 de Texas Instruments. La aplicación final es desarrollada sobre un mini-ordenador que cuenta con un códec de audio, capacidad de almacenamiento, y una unidad de procesamiento. El sistema además se complementa con un monitor LCD para desplegar información en tiempo real, y un teclado para la interacción con el usuario. En todas las plataformas se evalúan diferentes medidas usadas comúnmente en la valoración de la voz de pacientes con EP, incluyendo características acústicas y de dinámica no lineal. En concordancia con otros trabajos del estado del arte donde se analiza la voz de personas con EP, la plataforma diseñada muestra un incremento en la variación del pitch en la voz de los pacientes, además de un decremento en el valor del área del espacio vocálico. Este resultado indica que la herramienta diseñada puede ser útil para hacer la evaluación y seguimiento de la terapia fonoaudiológica de pacientes con EP.

ABSTRACT: Parkinson’s disease (PD) is a neurodegenerative disorder that affects the coordination of muscles and limbs, including those responsible of the speech production. The lack of control of the limbs and muscles involved in the speech production process can generate intelligibility problems and this situation has a negative impact in the social interaction of the patients. It is already demonstrated that constant speech therapy can improve the communication abilities of the patients; however, the measurement of the recovery progress is done subjectively by speech therapists and neurologists. Due to this, it is required the development of flexible tools able to asses and guide the speech therapy of the patients. In this paper the design and deployment of a new device for the real time assessment of speech signals of people with PD is presented. The processes of design and deployment include the development on three platforms: first, a graphic user interface is developed on Matlab, second the first prototype is implemented on a digital signal processor (DSP) and third, the final device is developed on a mini-computer. The device is equipped with an audio codec, storage capacity and the processing unit. Besides, the system is complemented with a monitor to display the processed information on real time and with a keyboard enabling the interaction of the end-user with the device. Different acoustics and nonlinear dynamics measures which have been used in the state of the art for the assessment of speech of people with PD are implemented on the three mentioned platforms. In accordance with the state of the art, the designed platforms show an increment in the variation of the fundamental period of speech (commonly called pitch) of people with PD. Additionally, the decrease of the vocal space area is validated for the case of patients with PD. These results indicate that the designed device is useful to perform the assessment and monitoring of the speech therapy of people with PD.