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Alex Romero Baluja PDF

64 Pages·2015·0.97 MB·Spanish
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Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas Facultad de Ingeniería Eléctrica Departamento Biomédica TRABAJO DE DIPLOMA “Análisis Computacional de la Voz para Identificar Deterioro Cognitivo Moderado” Autor: Alex Romero Baluja. Tutor: Dr.C. Eduardo Gonzalez Moreira. Santa Clara 2015 "Año 57 de la Revolución" i Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas Facultad de Ingeniería Eléctrica Departamento Biomédica TRABAJO DE DIPLOMA “Análisis Computacional de la Voz para Identificar Deterioro Cognitivo Moderado” Autor: Alex Romero Baluja. e-mail: [email protected] Tutor: Dr.C. Eduardo Gonzalez Moreira e-mail: [email protected] Santa Clara 2015 "Año 57 de la Revolución" i Hago constar que el presente proyecto de trabajo de diploma fue realizado en la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas como parte de la culminación de estudios de la especialidad de Ingeniería en Biomédica, autorizando a que el mismo sea utilizado por la Institución, para los fines que estime conveniente, tanto de forma parcial como total y que además no podrá ser presentado en eventos, ni publicados sin autorización de la Universidad. Firma del Autor Los abajo firmantes certificamos que el presente trabajo ha sido realizado según acuerdo de la dirección de nuestro centro y el mismo cumple con los requisitos que debe tener un trabajo de esta envergadura referido a la temática señalada. Firma del Autor Firma del Jefe de Departamento donde se defiende el trabajo Firma del Responsable de Información Científico-Técnica i I PENSAMIENTO “El lenguaje ha de ser matemático, geométrico, escultórico. La idea ha de encajar exactamente en la frase, tan exactamente que no pueda quitarse nada de la frase sin quitar eso mismo de la idea.” José Martí I II DEDICATORIA  A mi familia por ser el soporte y la guía en mi vida.  A mis amistades por su apoyo y mantenerse siempre a mi lado. . II III AGRADECIMIENTOS  A mis padres y familia por apoyarme en todos mis años de vida y formación como profesional.  A mi tutor Eduardo González Moreira por el tiempo que me dedicó, sus sabios consejos en mi investigación y mi formación como ingeniero.  A todos mis compañeros de aula incluyendo a los que por cuestiones de la vida no pueden estar con nosotros pero que influyeron en mi vida universitaria.  A aquellos profesores que participaron en mi formación como profesional.  A todas las amistades y personas que han influido en mi vida.  A mi novia por apoyarme y estar presente en el transcurso de mis estudios. III IV TAREA TÉCNICA  Realización de un análisis crítico del estado del arte acerca de estudios realizados sobre mediciones de deterioro cognitivo moderado mediante el procesamiento digital de voz.  Grabación mediante sistemas de medición a pacientes con deterioro cognitivo moderado y participantes sanos.  Diseño de una base de casos de pacientes con deterioro cognitivo moderado y participantes sanos.  Obtención de rasgos prosódicos en el dominio espectral para la clasificación de deterioro cognitivo moderado.  Evaluación de los resultados obtenidos para la identificación de deterioro cognitivo moderado y algoritmos clasificadores empleados en la clasificación binaria.  Redacción del informe. Firma del Autor Firma del Tutor IV V RESUMEN Estudios realizados en los últimos años indican la importancia de las características del habla para diferenciar las personas sanas de enfermas con demencia. El presente trabajo se ha centrado en el estudio de técnicas que permitan la detección temprana de la demencia moderada por medio de la extracción y el análisis de parámetros asociados a la prosodia de la voz. Para ello, se ha dispuesto de una base de datos consistente de dos grupos diferenciados: uno con sujetos diagnosticados con demencia y otro con sujetos sanos. El objetivo, pues, de este documento es describir los pasos, estudios y análisis realizados sobre esta base de datos mediante el empleo de parámetros prosódicos, así como las conclusiones extraídas a partir de los resultados. En primer lugar, se realiza una revisión del estado del arte relacionada con la detección de demencia mediante el procesamiento digital de la voz. Esta revisión permitió conocer las pruebas con mejores resultados. Posteriormente se procedió a la creación de la base de datos para luego realizar la extracción de los parámetros de cada grupo y una comparativa de la media resultante en cada uno de los mismos, con el objetivo de observar las posibles diferencias existentes. Por último, se estudió mediante métodos estadísticos la importancia de los parámetros prosódicos extraídos con anterioridad a la hora de emplearse como discriminativos entre sujetos sanos y enfermos, y se implementaron varias opciones de un clasificador para comprobar la eficiencia discriminativa de los rasgos. V VI TABLA DE CONTENIDO Contenido PENSAMIENTO................................................................................................................................ I DEDICATORIA................................................................................................................................ II AGRADECIMIENTOS .................................................................................................................... III RESUMEN ....................................................................................................................................... V INTRODUCCIÓN.......................................................................................................................... VIII CAPÍTULO 1. FUNDAMENTOS TEÓRICOS SOBRE LA DEMENCIA Y SU RELACIÓN CON EL HABLA .............................................................................................................................................1 1.1 Definición de demencia. ............................................................................................................1 1.2 Diagnóstico de deterioro cognitivo moderado..............................................................................3 1.3 Prevalencia e incidencia en las demencias ...................................................................................5 1.4 Análisis perceptivo del habla......................................................................................................7 1.5 Análisis instrumental del habla ...................................................................................................8 1.6 Estudios relacionados con la detección instrumental de la demencia moderada ..............................9 1.7 Consideraciones finales del capítulo 1....................................................................................... 13 CAPÍTULO 2. ANÁLISIS COMPUTACIONAL PARA LA MEDICIÓN DE DETERIORO COGNITIVO MODERADO ............................................................................................................. 15 2.1 Creación de la base de datos de Deterioro Cognitivo Moderado .................................................. 16 2.1.1 Pasos a seguir en el proceso de grabación ............................................................................... 16 2.1.2 Corpus de voz ...................................................................................................................... 22 2.1.3 Software DCGrab v3.0.......................................................................................................... 24 2.2 Extracción de rasgos de la base de datos de Deterioro Cognitivo Moderado ................................ 27 2.2.1Análisis prosódico de la voz ................................................................................................... 27 2.2.2 Herramientas Praat, Prosogram y Matlab................................................................................ 28 2.2.3 Base de Casos de DCM ......................................................................................................... 30 2.3 Rasgos Prosódicos para la Caracterización de la Demencia ........................................................ 31 2.4 Clasificación por Máquinas de Soportes Vectorial ..................................................................... 32 2.4.1 Máquinas de soporte vectorial para clasificación binaria.......................................................... 33 VI VII CAPÍTULO 3. RESULTADOS ......................................................................................................... 36 3.1 Descripción estadística de los rasgos extraídos..................................................................... 36 3.2 Obtención de rasgos significativos ...................................................................................... 38 3.2.1 Prueba de Wilcoxon.................................................................................................... 38 3.3 Clasificación de los pacientes ............................................................................................. 39 3.4 Clasificación de rasgos prosódicos empleando SVM ............................................................ 41 3.4.1 Clasificación de los rasgos prosódicos según su significancia ............................................... 41 3.4.2 Clasificación de los rasgos prosódicos según posibles combinaciones................................... 43 3.5 Conclusiones del capítulo ................................................................................................... 45 CONCLUSIONES............................................................................................................................ 46 RECOMENDACIONES ................................................................................................................... 47 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS................................................................................................ 48 VII

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