Técnicas de processamento digital áudio para caracterização de população de controlo com vista à análise dos efeitos de tiroidectomias

Abstract

A tiroidectomia é um procedimento comum tanto para remover nódulos benignos como malignos que envolvam a glândula tiroide. Geralmente apresenta uma baixa taxa de complicações, todavia pode resultar no comprometimento vocal derivado de traumatismos cirúrgicos que condicionem a integridade das estruturas responsáveis pela fonação. Após a intervenção cirúrgica, as queixas de disfonia são regulares e podem persistir por cerca de três a seis meses, sendo os pacientes encaminhados para tratamentos terapêuticos. A análise e diagnóstico dos respetivos tratamentos, baseia-se sobretudo em avaliações áudio-precetivas em que a subjectividade está inerente. As técnicas de avaliação subjectivas geram falta de consenso entre os profissionais, pelo que é importante procurar soluções objectivas, através das quais a qualidade vocal seja quantificada por parâmetros acústicos. No âmbito desta dissertação é proposta uma técnica de avaliação objetiva através do processamento digital de sinais acústicos. Para tal, é implementado, em MATLAB, um conjunto de algoritmos de processamento de som durante um protocolo de teste fonético, que permite quantificar alterações nos padrões de vibração das pregas vocais. Os principais parâmetros que identificam tais alterações são: Frequência Fundamental, jitter, RAP, PPQ5, shimmer, APQ3, APQ5, APQ11 e Harmonic-to-Noise Ratio. O estudo inclui uma amostra com 15 sujeitos do género feminino e 15 do género masculino e a avaliação da sua qualidade vocal com recurso à produção das vogais sustentadas /a/ e /i/. A partir dos resultados obtidos é estabelecida uma comparação estatística entre os parâmetros obtidos através do software standard nesta caracterização (Praat) e os resultados do algoritmo desenvolvido. Além disso, são investigadas as características específicas que possam ter influência sobre a qualidade vocal de cada sujeito. Através da análise da distribuição métrica dos respetivos parâmetros de ambas as plataformas de análise, verificou-se que as diferenças foram pouco significativa na maior parte deles. A validação experimental mostra que este método exibe resultados fiáveis, podendo ser aplicado a situações reais em ambiente clínico. Com o presente trabalho pretendeu-se assim, dotar futuros desenvolvimentos no domínio das ferramentas de análise necessárias para a correta caracterização de uma população no estudo do efeito das tiroidectomias.

Thyroidectomy is a common procedure to remove both benign and malignant nodules that surround the thyroid gland. Even though it presents a low rate of complications, surgical trauma during the operation can result in vocal impairment that compromises the integrity of the structures responsible for phonation. After the surgical intervention, complaints of dysphonia are regular and may persist for about three to six months. The analysis and diagnosis of the respective treatments are mainly based on audio-preceptive evaluations. Due to the subjective nature of these techniques, there is a lack of consensus among professionals in their analysis. Therefore, it becomes important to develop unbiased solutions, through which the vocal quality can be quantified by acoustic parameters. In this dissertation, an objective evaluation technique through the digital processing of acoustic signals is presented. For this purpose, a set of sound processing algorithms are implemented during a phonetic test protocol, using MATLAB, which allows for the quantification of changes in vocal fold vibration patterns. The main parameters that are used to identify such changes are: Fundamental Frequency, jitter, RAP, PPQ5, shimmer, APQ3, APQ5, APQ11 and Harmonic-to-Noise Ratio.The study includes a sample of 15 female and 15 male subjects and the evaluation of their vocal quality through the analysis of sustained vowels /a/ and /i/. From the results obtained, a statistical comparison is established between parameters from the standard software in this characterization (Praat) and the results of the developed algorithm. Besides, specific characteristics that may influence the vocal quality of each subject are examined. Through the analysis of the metric distribution of the parameters of both analysis platforms, it was found that the differences were negligible in most of them. The experimental validation shows that the developed method can achieve reliable results, therefore showing potential for application in the clinical environment.Overall, this work provides a step forward in the development of methods for correct characterization of the effects of thyroidectomies in a given population.