Diseño y desarrollo de dispositivo de dosimetría de voz

Résumé

Introducción: En los laboratorios de voz es habitual el análisis acústico y aerodinámico de pacientes con desórdenes de la voz. Esta información no representa como es la actividad fonatoria del paciente durante el día. En la actualidad, el avance de la tecnología está permitiendo la recogida, procesado y almacenamiento de los datos en dispositivos que el paciente puede llevar consigo durante el día. Hipótesis: Nos preguntamos si es posible desarrollar un dispositivo vestible que permita la monitorización durante largos periodos de tiempo de los principales parámetros de la voz y si es posible diferenciar patrones fonatorios. Objetivo: Desarrollar un dispositivo vestible que registre y mida los principales parámetros (frecuencia fundamental e intensidad relativa) de la voz, así como el tiempo de uso de la voz realizando todo el procesado de manera interna. Con ello se posibilitará el seguimiento de pacientes fuera del entorno hospitalario y disponer de datos objetivos del uso y características de la voz con fines diagnósticos y terapéuticos por parte de los profesionales sanitarios y pacientes. Material y método: Para el desarrollo de este dispositivo los componentes principales han sido el acelerómetro (BU-27135-0000 de Knowles Electronics, EE.UU.) posicionado sobre la piel en la base de la laringe y el microcontrolador (MSP430FR5994 de Texas Instruments, EE.UU). El acelerómetro mide las vibraciones de la piel generadas por la fonación y el microcontrolador las registra y procesa. La frecuencia de muestreo es de 2048 Hz y el número de muestras por intervalo es de 512 muestras. Esto hace intervalos de 250 ms que son procesados usando la técnica de ping-pong buffering. Para el cálculo de la intensidad relativa, se calcula el a partir de la señal directa del acelerómetro usando root mean square en subintervalos de 31,25 ms. El cálculo de la frecuencia fundamental se realiza usando un algoritmo que combina los resultados de la magnitud de la transformada de Fourier y de la correlación de estos resultados. El cálculo de tiempo de fonación se obtiene a partir de los subintervalos de intensidad relativa identificados con fonación. Para la validación del algoritmo se generaron 5 señales sintéticas que fueron procesadas tanto en el microcontrolado como en Matlab. Tres sujetos realizaron escalas tonales, escalas de intensidad y un monólogo de 2 minutos. Estos datos se registraron usando el equipo del laboratorio de voz de la Clínica Universidad de Navarra y con el dispositivo propuesto. Por último, dos sujetos llevaron el dispositivo durante 14 y 11 días respectivamente de los cuales 1 de esos días realizaron un patrón hiperfuncional. Resultados: El tiempo de procesado es de 30-50 ms y el consumo del dispositivo es de 2,44 mA. Los resultados obtenidos por el algoritmo calculados en el dispositivo y en Matlab son los mismos. La correlación de frecuencias en escalas tonales es de R=0.9998 y de las intensidades relativas es de R=0.86. El error en el cálculo del tiempo de fonación de vocales es del 3%. Conclusiones: - Es posible desarrollar un dispositivo vestible que permita la monitorización durante largos periodos de tiempo de los principales parámetros de la voz. - La combinación del análisis de la magnitud de la FFT y la autocorrelación del filtrado de la magnitud de la FFT es un método válido para el cálculo de la frecuencia fundamental de la fonación registrada a través de acelerometría. - Los registros realizados con el dispositivo presentado permiten diferenciar patrones de frecuencia fundamental e intensidad relativa en distintos días de registro y en diferentes horas de un día de registro. - El dispositivo permitirá la detección de patrones fonatorios ineficientes o con riesgo de desarrollo de lesiones orgánicas a la vez que permitirá el seguimiento de la modificación de conductas fonatorias después de haber seguido tratamientos logopédicos, farmacológicos o quirúrgicos.