Alex Romero Baluja

64 Pages·2015·0.97 MB·Spanish

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