Fakulta elektrotechnická

MOTTO: SCIENTIA EST POTENTIA

Vyhledávání

Analýza, modelování a interpretace signálů
(Signal Analysis, Modelling, and Interpretation)

Katedra teorie obvodů, Technická 2, 166 27 Praha 6
Tel: +420 224 352 236, Fax: +420 233 339 805
http://sami.fel.cvut.cz/

Kdo jsme?

doc. Ing. Roman Čmejla, CSc.
vedoucí skupiny

Ing. Jan Rusz
patologická řeč (Parkinsonova nemoc), modelování fyziologických signálů

Ing. Petr Bergl, PhD.
patologická řeč (koktavost, neplynulost)

Ing. Petr Ježdík, PhD.
intrakraniální EEG

Ing. Lukáš Bauer
patologická řeč (DSP algoritmy)

Ing. Radek Janča
intrakraniální EEG

Ing. Jan Janda
věková závislost akusticko-fonetických parametrů

Ing. Tomáš Lustyk
patologická řeč (hodnocení koktavosti a neplynulosti)

Ing. Martina Nejepsová
patologická řeč (vývojová dysfázie)

Ing. Adam Stráník
patologická řeč (chraptivost)

Ing. Daniel Špulák
fyziologické signály (vícekanálové povrchové EMG)

Bc. Jan Dvořák
patologická řeč (implementace real-time algoritmů)

Bc. Michal Novotný
patologická řeč (algoritmy pro hodnocení artikulace)

 

Jakým výzkumem se zabýváme

Výzkumná skupina se ve spolupráci s lékařskými pracovišti věnuje teoretickým otázkám i praktickým aplikacím z oblasti foniatrie, neurologie a logopedie a to zejména:

  • analýze, modelování a interpretaci řečových patologií (dysartrie, koktavost, chraptivost, vývojová dysfázie)
  • analýze a interpretaci intrakraniálních EEG signálů
  • analýze, modelování a interpretaci fyziologických signálů (EMG, PPG, EKG, TK)

K čemu to je

Výsledky výzkumu jsou součástí společných projektů s lékařskými pracovišti, kde vedou k hlubšímu poznání a jsou využívány při diagnostice a hodnocení průběhů léčby.

Na čem konkrétně pracujeme

Poruchy hlasu a řeči na počátku Parkinsonovy nemoci

Parkinsonova nemoc (PN) je chronickým neurodegenerativním onemocněním, které je charakterizované postupnou ztrátou dopaminergních neuronů v oblasti substantia nigra. Postihuje nemocné od 50 let a její výskyt se odhaduje na 1,6% u osob starších 65 let. PN je postiženo přibližně 8 mil. lidí v celém světě. Léčbou (neurofarmakologickými případně neurochirurgickými metodami) lze zmírnit některé příznaky, avšak pro významné zvýšení kvality života pacientů má velký význam včasná diagnostika onemocnění. Proto v současnosti probíhá řada výzkumů, jejichž cílem je nalezení efektivní metody časné diagnostiky v počáteční fázi onemocnění, diferenciace od dalších chorob a sledování a hodnocení průběhu léčby PN. V hlase a v promluvách pacientů s PN se může vyskytovat celá řada významných změn, např. vyšší motónnost, pokles dynamiky, nepřesná artikulace samohlásek (zvláště ve spontánním projevu) i souhlásek (např. explozív), rytmické nepravidelnosti, neplynulosti, neschopnost vyjádření důrazu a emocí, chrapot a další. Cílem našeho výzkumu je diagnostika hlasu a řečových promluv v raných fázích PN před zahájením léčby, vývoj nových metod hodnocení PN na základě řečových promluv, nalezení časných příznaků PN a sledování vývoje onemocnění a reakce na léčbu.

Analýza a zpracování intrakraniálního EEG

Epilepsie je komplexní chronické neurologické onemocnění, pro které jsou charakteristické epileptické záchvaty. Několik procent nemocných trpících epilepsií je farmako-rezistentní. Někteří z těchto pacientů mají tak závažný průběh nemoci, že jsou ohroženi na životě, případně jim nemoc brání ve vývoji mozku. Proto u nich neurochirurgové přistupují k resekci části poškozeného mozku, čímž zabraňují vzniku epileptických záchvatů. Pro úspěšnou léčbu, bez závažného poškození mozkových funkcí, je nutná lokalizace zóny vzniku záchvatu. Pro její přesné určení se kromě jiných metod používá analýza intrakraniálního EEG. V našem výzkumu se snažíme detekovat významné změny v interiktálních, iktálních a postiktálních intrakraniálních EEG.

Objektivizace koktavosti a plynulosti promluv

Koktavost je poruchou řeči, při které je řeč narušena mimovolním opakováním či prodlužováním zvuků, slabik, slov, vět, vytvářením pauz či bloků, při kterých pacient není schopen produkovat zvuk. Neplynulost promluv u pacientů s koktavostí představuje velký sociální a zdravotní problém. Příčiny koktavosti nejsou jednoznačné, výskyt v populaci je přibližně 5%, počátky onemocnění jsou nejčastěji mezi druhým a čtvrtým rokem. Pro předcházení trvalých a těžkých forem onemocnění je za nejúčinnější a efektivní strategii považována včasná léčba. Cílem projektu je nalezení metod, založených na analýze zvukových záznamů, umožňujících objektivně a automaticky určit stupeň poruchy plynulosti řeči, což by bylo využitelné foniatry při stanovení závažnosti koktavosti i pacienty při vlastní léčbě.

Věková závislost akustických charakteristik v dětských promluvách

Analýza vztahu mezi akusticko-fonetickými charakteristikami řeči a věku mluvčího může mít řadu aplikací. Náš výzkum je motivován praktickými zkušenostmi v oboru foniatrie a logopedie. Při hodnocení dětských patologických promluv se často lékaři a logopedové snaží subjektivně určit, jakému věku dítěte s normálním vývojem řeči odpovídá hodnocená patologická promluva. Z hodnocení potom usuzují, v jakém věku se zastavil vývoj řeči. Zatímco chronologický věk je jednoznačně určen datem narození, na základě akusticko-fonetických charakteristik dětských promluv se snažíme určit tzv. logopedický věk, který by sloužil k objektivizaci hodnocení logopedy.

Řeč dětí s vývojovou dysfázií

Vývojová dysfázie je závažným onemocněním v dětském věku, které se projevuje různými způsoby - v řeči, motorickém pohybu, vnímání a orientaci. Pro hodnocení stupně nemoci používají lékaři metody založené na subjektivním hodnocení promluv a testování. Cílem projektu je vytvoření automatického klasifikátoru - aplikace, která by byla použita k objektivní diagnostice vývojové dysfázie.

Fyziologické modelování

Výzkum kvantitativního modelování je v současné době založen na řadě výzkumných studií z fyziologie a na fyziologickém modelování. Cílem výzkumu je vytvoření základního modelu fyziologie člověka založeného na původním Guytonově modelu zaměřeného na krátkodobé a dlouhodobé regulace krevního tlaku, tělních tekutin a homeostázy. Tento model může být použit pro vzdělávací účely a k obecnému porozumění fyziologických regulací patogeneze různých nemocí.

Zpracování vícekanálového povrchového EMG

Elektromyografický signál (EMG) reprezentuje elektrickou aktivitu svalů. Při výzkumu spolupracujeme s kolegy z Fakulty tělesné výchovy a sportu UK, kteří pořizují povrchové EMG během různých sportovních aktivit. Naše analýzy se zaměřují na detekci nástupu aktivace jednotlivých svalů, porovnávání pořadí aktivací při různých pohybech nebo pozorování rozdílů při periodickém opakování téhož pohybu. Mezi další oblasti patři analýza svalové únavy a zjišťování změn v důsledku chirurgických zákroků.

Databáze signálů, DSP algoritmy a podpora výuky

Řada našich projektů se zabývá vývojem nových softwarových nástrojů, algoritmy číslicového zpracování signálu, sběrem a tvorbou unikátních databází, real-time aplikacemi, výukovými materiály atd. V rámci našeho výzkumu jsme vyvinuli algoritmy zpracování signálů pro pořízení, zpracování, vizualizaci a klasifikaci řečových a biologických signálů, implementovali nová měření artikulace v reálném čase v C# . NET pro hodnocení patologie řeči. Mimo jiné spolupracujeme na vzniku multimediálního Atlasu hlasových poruch, spolupracovali jsme na Atlasu fyziologie a patofyziologie, a řešíme další výzkumné a vývojové úkoly.

Kdo financuje náš výzkum

Náš výzkum je v současnosti podporován několika granty:

  • Analýza hlasu a řeči pacientů s onemocněními centrální nervové soustavy, GAČR 102/12/2230, R. Čmejla (2012 - 2015)
  • Komplexní analýza intrakraniálního EEG záznamu a identifikace epileptogenní zóny u pacientů s nelezionální farmakorezistentní epilepsií, IGA Ministerstvo zdravotnictví ČR, NT11460-4/2010, P. Marusič (2010 - 2013)
  • Analýza a modelování biomedicínských a řečových signálů, GAČR GD102/08/H008, R. Čmejla (2008 - 2011)

a současně také několik FRVŠ a SGS grantu a výzkumný záměr.

S kým spolupracujeme

Úzce spolupracujeme s řadou odborníků z různých pracovišť, zejména z následujících institucí:

Vybrané publikace

Publikovali jsme původní příspěvky v několika světových špičkových mezinárodních vědeckých časopisech a prezentovali své výsledky na řadě mezinárodních kongresů a konferencí, zde uvádíme jen nejvýznačnější práce:

  • J. Rusz, R. Čmejla, H. Ružičková, J. Klempíř, V. Majerová, J. Picmausová, J. Roth, and E. Růžička. (2011). "Acoustic assessment of voice and speech disorders in Parkinson.s disease through quick vocal test," Movement Disorders, 26(10): 1951-1952.
  • P. Jiruška, P. Marusič, J. G. Jefferys, P. Kršek, R. Čmejla, V. Sebronová, and V. Komárek. (2011). "Sturge-Weber syndrome: a favourable surgical outcome in a case with contralateral seizure onset and myoclonic-astatic seizures," Epileptic Disorders, 13(1): 76-81.
  • J. Kofránek, S. Matoušek, J. Rusz, P. Stodůlka, P. Privitzer, M. Mateják, and M. Tribula. (2011). "The Atlas of Physiology and Pathophysiology: Web-Based Multimedia Enabled Interactive Simulations," Computer Methods and Programs in Biomedicine, 104(2): 143-153.
  • J. Rusz, R. Čmejla, H. Ružičková, and E. Růžička. (2011). "Quantitative acoustic measurements for characterization of speech and voice disorders in early untreated Parkinson.s disease," Journal of the Acoustical Society of America, 129(1): 350-367.
  • J. Kofránek, and J. Rusz. (2010). "Restoration of Guyton´s Diagram for Regulation of the Circulation as a Basis for Quantitative Physiological Model Development," Physiological Research, 59(6): 897-908.
  • P. Jiruška, G. T. Finnerty, A. D. Powell, N. Lofti, R. Čmejla, and J. G. Jefferys. (2010). "Epileptic high-frequency network activity in a model of non-lesional temporal lobe epilepsy," Brain, 133(5): 1380-1390.
  • P. Jiruška, R. Čmejla, A. D. Powell, W. Ch. Chang, M. Vreugdenhil, and J. G. Jefferys. (2009). "Rerence noise method of removing powerline noise from recorded signals," Journal of Neuroscience Methods, 184(1): 110-114.
  • T. Bocklet, E. Noth, G. Stemmer, H. Ruzickova, J. Rusz. (2011) "Detection of Persons with Parkinson's Disease by Acoustic, Vocal, and Prosodic Analysis," in Proceedings of IEEE Automatic Speech Recognition and Understanding Workshop, Hawai.
  • R. Janča, P. Ježdík, R. Čmejla, R. Glajcar, P. Kršek, P., A. Jahodová. (2011) "Seizure Onset Zone Detection and Localization in iEEG Using DTF," in Proceedings of IEEE International Symposium on Medical Measurements and Applications, Bari, Italy, p. 93-97.
Další týmy
Za obsah zodpovídá: prof. Ing. Zbyněk Škvor, CSc.
Poslední změna: 01. 12. 2011