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Publicação
Identification of voice pathologies in an elderly population
| Nome: | Descrição: | Tamanho: | Formato: | |
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Autores
Orientador(es)
Resumo(s)
Ageing is associated with an increased risk of developing diseases, including a greater pre-
disposition to develop diseases such as Sepsis. Also, with ageing, human voices undergo a
natural degradation gauged by alterations in hoarseness, breathiness, articulatory ability,
and speaking rate. Nowadays, perceptual evaluation is widely used to assess speech and
voice impairments despite its high subjectivity.
This dissertation proposes a new method for detecting and identifying voice patholo-
gies by exploring acoustic parameters of continuous speech signals in the elderly popula-
tion. Additionally, a study of the influence of gender and age on voice pathology detection
systems’ performance is conducted.
The study included 44 subjects older than 60 years old, with the pathologies Dyspho-
nia, Functional Dysphonia, and Spasmodic Dysphonia. In the dataset originated with
these settings, two gender-dependent subsets were created, one with only female samples
and the other with only male samples. The system developed used three feature selection
methods and five Machine Learning algorithms to classify the voice signal according to
the presence of pathology.
The binary classification, which consisted of voice pathology detection, reached an
accuracy of 85,1%±5,1% for the dataset without gender division, 83,7%±7,0% for the
male dataset, and 87,4%±4,2% for the female dataset. As for the multiclass classifica-
tion, which consisted of the classification of different pathologies, reached an accuracy of
69,0%±5,1% for the dataset without gender division, 63,7%± 5,4% for the male dataset,
and 80,6%±8,1% for the female dataset.
The obtained results revealed that features that describe fluency are important and
discriminating in these types of systems. Also, Random Forest has shown to be the most
effective Machine Learning algorithm for both binary and multiclass classification.
The proposed model proves to be promising in detecting pathological voices and
identifying the underlying pathology in an elderly population, with an increase in its
performance when a gender division is performed.
O envelhecimento está associado a um maior risco de desenvolvimento de doenças, nome- adamente a uma maior predisposição para a evolução de doenças como a Sepsis. Inclusiva- mente, com o envelhecimento, a voz sofre uma degradação natural aferindo-se alterações na rouquidão, respiração, capacidade articulatória e no ritmo do discurso. Atualmente, a avaliação percetual é amplamente utilizada para avaliar as perturbações da fala e da voz, possuindo elevada subjetividade. Esta dissertação propõe um novo método de deteção e identificação de patologias da voz através da exploração de parâmetros acústicos de sinais de fala contínua na população idosa. Adicionalmente, é realizado um estudo da influência do género e da idade no desempenho dos sistemas de detecção de patologias da voz. A amostra deste estudo é composta por 44 indivíduos com idades superiores a 60 anos referentes às patologias Disfonia, Disfonia Funcional e Disfonia Espasmódica. No conjunto de dados originados com esta configuração, foram criados dois subconjuntos de- pendentes do género: um com apenas amostras femininas e o outro com apenas amostras masculinas. O sistema desenvolvido utilizou três métodos de seleção de atributos e cinco algoritmos de Aprendizagem Automática de modo a classificar o sinal de voz de acordo com a presença de patologias da voz. A deteção de patologia de voz alcançou uma exatidão de 85,1%±5,1% para os da- dos sem divisão de género, 83,7%±7,0% para os dados masculinos, e 87,4%±4,2% para os dados femininos. A classificação de diferentes patologias alcançou uma exatidão de 69,0%±5,1% para os dados sem divisão de género, 63,7%±5,4% para os dados masculinos, e 80,6%±8,1% para os dados femininos. Os resultados obtidos revelaram que os atributos que caracterizam a fluência são importantes e discriminatórios nestes tipos de sistemas. Ademais, o classificador Random Forest demonstrou ser o algoritmo mais eficaz na deteção e identificação de patologias da voz. O modelo proposto revelou-se promissor na deteção de vozes patológicas e identifi- cação da patologia subjacente numa população idosa, aumentando o seu desempenho quando ocorre uma divisão de género.
O envelhecimento está associado a um maior risco de desenvolvimento de doenças, nome- adamente a uma maior predisposição para a evolução de doenças como a Sepsis. Inclusiva- mente, com o envelhecimento, a voz sofre uma degradação natural aferindo-se alterações na rouquidão, respiração, capacidade articulatória e no ritmo do discurso. Atualmente, a avaliação percetual é amplamente utilizada para avaliar as perturbações da fala e da voz, possuindo elevada subjetividade. Esta dissertação propõe um novo método de deteção e identificação de patologias da voz através da exploração de parâmetros acústicos de sinais de fala contínua na população idosa. Adicionalmente, é realizado um estudo da influência do género e da idade no desempenho dos sistemas de detecção de patologias da voz. A amostra deste estudo é composta por 44 indivíduos com idades superiores a 60 anos referentes às patologias Disfonia, Disfonia Funcional e Disfonia Espasmódica. No conjunto de dados originados com esta configuração, foram criados dois subconjuntos de- pendentes do género: um com apenas amostras femininas e o outro com apenas amostras masculinas. O sistema desenvolvido utilizou três métodos de seleção de atributos e cinco algoritmos de Aprendizagem Automática de modo a classificar o sinal de voz de acordo com a presença de patologias da voz. A deteção de patologia de voz alcançou uma exatidão de 85,1%±5,1% para os da- dos sem divisão de género, 83,7%±7,0% para os dados masculinos, e 87,4%±4,2% para os dados femininos. A classificação de diferentes patologias alcançou uma exatidão de 69,0%±5,1% para os dados sem divisão de género, 63,7%±5,4% para os dados masculinos, e 80,6%±8,1% para os dados femininos. Os resultados obtidos revelaram que os atributos que caracterizam a fluência são importantes e discriminatórios nestes tipos de sistemas. Ademais, o classificador Random Forest demonstrou ser o algoritmo mais eficaz na deteção e identificação de patologias da voz. O modelo proposto revelou-se promissor na deteção de vozes patológicas e identifi- cação da patologia subjacente numa população idosa, aumentando o seu desempenho quando ocorre uma divisão de género.
Descrição
Palavras-chave
Voice Pathology Detection Acoustic Parameters Machine Learning Elderly Population