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Pathologies de la voix :
outils d’évaluation, interventions
thérapeutiques
Etienne SICARD
Directeur de Recherches ERU 15 – LURCO
Séminaire du LURCO
3 Juillet 2015 - Paris
Toulouse
Cassoulet
Rugby
Airbus A380
Celte, Romain, International
Toulouse pour étudierN°1 au classement étudiant
700 Km
Toulouse
Paris
Sommaire
1. Le LURCO et l’ERU 15
2. Constat et projet scientifique
3. Etude bibliographique
4. Sélection des indicateurs
5. Implémentation
6. Base de données
7. Comparaisons
8. Validations
9. Limites
10. Perspectives
1. Le LURCO et l’ERU 15
� LURCO (2015) : 8 équipes de recherche (ERU), réparties en 3 axes :� Axe 1 : évaluations
� Axe 2 : thérapeutiques
� Axe 3 : efficience
� ERU 15: « Nouveaux outils d’analyse de la qualité de la voix » (Axes 1 & 2)� Etienne SICARD, Directeur de recherches (animation scientifique)
� Anne MENIN-SICARD, Orthophoniste
� Stéphanie PERRIERE, Orthophoniste
� Marie DAUMET, étudiante Orthophonie
� Jean-Claude FARENC, Orthophoniste
� Marina ROBERT, Orthophoniste
� Stéphanie BOREL , Orthophoniste
� Peggy GATIGNOL , Orthophoniste
• 1991 Maître de conférences INSA• 1992 Simulateur implants cochléaires• 1999 HDR Université de Toulouse• 2001 Vocalab évaluation/rééducation voix• 2002 Professeur INSA• 2004 Université Carleton, Canada• 2005 Ouvrage rééducation voix• 2006 Vocalab version 2• 2007 ERU15 « 1.0 »• 2009 Vocalab version 3• 2010 Diadolab rééducation articulation• 2013 ERU15 « 2.0 » au LURCO• 2013 Indicateurs pathologie de la voix• 2014 Vocalab4• 2015 Coopération IRIT/Institut du Cancer• 2016 Ouvrage voix De Boeck Solal• 2016 ERU 15 « 3.0 »
1. Le LURCO et l’ERU 15
� « Moi, Directeur »
� Électronique & informatique
www.etienne-sicard.fr
2. Constat et Projet scientifique
Constat : Limitation des méthodes d'évaluation perceptives de la qualité de la voix• Variabilité• Manque de fiabilité• Manque de crédibilité vis-à-vis du patient
Projet scientifique: • Mettre au point un nombre limité d’outils cliniques simples,
fiables et normalisés• Donner des indications chiffrées sur la qualité de la voix
o En bilan pour guider l’orthophoniste dans ses choix thérapeutiques, o En rééducation pour donner des repères objectifs sur les progrès
accomplis.
6
2. Constat et Projet scientifique
� Plateforme support:• Logiciel VOCALAB, disposant déjà de certains outils de mesure
2. Constat et Projet scientifique
� Méthode :
• Etude bibliographique étendue sur les indicateurs de pathologie de la voix
• Sélection des indicateurs les plus pertinents
• Développement de prototypes dans VOCALAB
• Construction d’une base de données de cas de voix pathologiques
• Comparaison des résultats avec PRAAT
• Validation avec la base de données
• Etude des limites des indicateurs!
����
Oct 2012 Oct 2013
Etude
biblio
Sélection
Base
données
Limites
Oct 2014 Oct 2015
Compar.
outils
Toulouse(Sept/oct)
Paris 13ème
journées Unadreo
ParisSéminaireUnadreo
2. Constat et Projet scientifique
MarseilleAFROP
����
Tests
Mémoires d’orthos
!
Validations
Etude de cas
Confs
PublisGLOSSA
Indicateurs
3. Etude Bibliographique
� 50 articles ou ouvrages récents traitant des marqueurs de pathologie étudiés
� Mesures faisant consensus
• Fondamental Usuel Moyen (FUM)
• Etendue vocale
• Temps Phonatoire Maximum (TPM)
� 5 grandes classes d’indicateur
o Hauteur | Jitter
o Amplitude | Shimmer
o Bruit | Noise
o Harmoniques | Harmonics
o Transitoires | Transients
07/07/2014Etude bibliographique - http://hal.archives-ouvertes.fr/hal-00836900
temps
Fréquence
temps
Amplitude
3. Etude Bibliographique
� L’instabilité de la hauteur de la voix. Jitter, Lyapounov, etc.. Grande variabilité entre logiciels pour voix soufflées, éraillées, familles fortement corrélées (Maryn 2009, Werth 2010).
� L’instabilité de l’amplitude de la voix. Shimmer Les algorithmes influent considérablement sur les valeurs obtenues (Maryn, 2009). Familles de Shimmerfortement corrélés entre elles, sensibles au bruit (Werth, 2010)
3. Etude Bibliographique
� L’évaluation du bruit. HNR, NNE, Sr… Doutes sur la pertinence de HNR (Werth 2010)
� L’évaluation des phénomènes transitoires parasites. DUV (Degree of Voiceless) DVB (Degree of Voice Breaks)
� Qualité de l’attaque. Importance des informations qu’elles contiennent (Orlikoff2009, Revis 1999). Pas de marqueur disponible.
13
temps
Fréquence
temps
Amplitude
temps
4. Sélection des indicateurs
5 indicateurs retenus:
� altération de l'attaque du son
� instabilité en amplitude
� instabilité en hauteur associé au portrait de phase
� bruit par rapport au signal
� pauvreté harmonique
4. Sélection des indicateurs
Seuil de normalité: 1.0
� Indicateur en dessous: normal
� Indicateur au dessus:
� pathologie
� Zone de transition: 0.8-1.2
Choix d’indicateurs - http://hal.archives-ouvertes.fr/hal-00836912
5. ImplémentationZone de 300 ms
considérée comme attaque
AS004
Altération de l'attaque.
� 300 ms qui succèdent à l'attaque du son.
� Analyse de l'instabilité en hauteur (1/3 de la note)
� Iinstabilité en amplitude par rapport à une rampe idéale (1/3)
� Bruit par rapport aux harmoniques (1/3)
5. Implémentation
Avant
rééducation
� Instabilité en hauteur
� Attaque dure
� Bruit significatif
AS013-avant
Après
rééducation • Très stable en
hauteur • Attaque
moins dure• Encore des
traces de bruit
AS013-après
5. Implémentation
Instabilité en Hauteur
� Caractérise la variation de la fréquence fondamentale au cours du temps
� Liée à l’intégrité des structures anatomiques et fonctionnelles du larynx.
� L’instabilité en hauteur est corrélée au Jitter
moyen et long terme
Variation du fondamental de la voix (F0)…
.. Particulièrement visible sur les harmoniques
élevées
0.820.30
6.181.34
5. Implémentation
Portait de phase.� Bobine de F0� Ecart itératif de F0 par
rapport à sa valeur précédente, en tournant.
� 3 zones: • Au centre, le signal stable
en hauteur)• Un peu éloigné, un signal
moins stable
• Encore plus éloigné, un signal instable
Sélection d’une
portion de signal
instable
L'instabilité en hauteur est au dessus du seuil
de pathologie
Sélection d’une
portion de signal
stable
L'instabilité en hauteur passe sous le
seuil de pathologie
AS0055. Implémentation
Instabilité en
amplitude.
• Changements de couleurs au cours du temps
• Changement du niveau de puissance court, moyen et long terme
• Indicateur proche du Shimmer moyen et long terme.
AS014
5. Implémentation
SP014
Indicateur
Bruit/Signal
• Ici majoritairement présence d’éraillures
• L’éraillure sanctionne fortementl’indicateur
• Le niveau de bruit élevé correspond à l’indicateur au
dessus de 1.0.
5. Implémentation
SP029
Indicateur
Bruit/Signal
• Ici majoritairement du bruit
• Quelques traces d’éraillures entre F0 et 2F0
• Le bruit sanctionne l’indicateur si il est d’une amplitude significative par rapport aux harmoniques
5. Implémentation
6. Base de données
• 200 cas de voix /a/ et sirènes
• Mise en ligne à accès libre sur www.vocalab.org
• Nomenclature inspirée de K. Verdolini, en lien avec l'American Speech-Language-Hearing Association (ASHA)
• Utilisé pour tester les indicateurs sur un grand nombre de cas de voix
24
CONSENTEMENT ECRIT POUR DROITS DE
RECHERCHE
Je soussigné _________________, patient, représentant légal du patient (rayer la mention inutile) de l’orthophoniste ____________________donne mon accord à l’utilisation de l’enregistrements de ma voix, uniquement des voyelles et des sirènes à des fins de recherches, et autorise la mise en ligne de des échantillons extraits de ces enregistrements sans altération sur le site Internet de l’INSA de Toulouse, sans limitation durée, à l’expresse condition que toutes les précautions soient prises pour garantir la confidentialité de mon identité.Fait à ….Le ….
6. Base de données
� Définition d’un protocole d’enregistrement
1. /a/ impliqué
2. Sirène
3. infos patients (sexe, âge,
pathologie)
4. Avant, après
� Consentement écrit négocié avec la CNIL
6. Base de données
� Nomenclature: structure à 4 niveaux traduite de Verdolini "Classification Manual For Voice Disorders", Psychology Press, 2006, from ASHA
American Speech-Language-Hearing Association
� Quelques items ajoutés
� Niveau 1:1000 MALADIES DU LARYNX STRUCTUREL2000 INFLAMMATION DU LARYNX3000 TRAUMATISME OU BLESSURE DU LARYNX4000 CONDITIONS SYSTEMIQUES INFLUENCANT LA VOIX5000 TROUBLES AERODIGESTIFS AFFECTANT LA VOIX6000 TROUBLES PSYCHIATRIQUES ET PSYCHOLOGIQUES 7000 TROUBLES NEUROLOGIQUES AFFECTANT LA VOIX8000 AUTRE TROUBLES AFFECTANT LA VOIX9000 AUTRES TROUBLES VOCAUX
6. Base de données
Codage des fichiers:« AS001-a-avant-7120F44.WAV »� AS001 : Orthophoniste Anne
Sicard, patient 001, � -a- : son /a/� -avant- : avant rééducation� 7120 : Paralysie unilatérale du
nerf laryngé� F = femme � 44 = 44 ans
Le décodage du nom du fichier facilite l’identification du contenu, sa provenance, et l’affichage dans VOCALAB
27
AS001
6. Base de données
Modérateur (E. Sicard) « bon père de famille »
6. Base de données
Avant � « J_at2-P10_9.WAV »� Deux essais� 1er échantillon de niveau faible� Coupure des basses fréquences (iPhone)� Problèmes de détection de F0� Indicateurs invalides
6. Base de données
Après� MD036-a-150119-0000H22.wav� Un seul /a/� Niveau remonté� Basses fréquences amplifiées� Détection F0 correcte� Indicateurs valides
MD036
31
Pathologie
Nomenclature
Orthophoniste
Commentaires
Avant/après
Accès fiches
6. Base de données
ERU 15
• Différents âges, sexe
• Pathologies variées• Quelques
pathologies rares (Wilson)
• Rédaction de fiches patient, axes thérapeutiques, commentaires sur la pertinence des indicateurs
6. Base de données
AS013 SP046
Axes thérapeutiques
Indicateurs commentés
Indicateurs avant/après
6. Base de données
MP001 EC001
Cas rares Etude statistique de mémoire étudiant
6. Base de données
� Création dans VOCALAB d’un outil de statistiques
� Vérification de l’intégrité des fichiers
� Calculs de moyenne, de corrélation, de nuages
CorrélationsLes informations se
ressemblent-t-elles?
MoyennesDégager des valeurs
repère
NuagesImpression visuelle de
tendances
0.99
6. Base de données
• Sur 25 cas de voix normales (10 H, 15 F), les calculs donnent des résultats convergents et conformes
• Les indicateurs sur le son entier sont assez fortement corrélés au son sur 1 seconde après l’attaque
• Les familles de Jitter (et shimmer) sont redondantes(idem Werth 2010, Dr. Speech)
6. Base de données
36
Voix
normales
en ligne
Attaque
Hauteur
Instabilité en amplitude
6. Base de données
37
Voix
normales
en ligne
Bruit/Signal
Pauvreté harmonique
6. Base de données
07/07/2014
Voix pathologiques en ligne :
distinction homme/femme beaucoup
moins nette
7. Comparaisons
• Le HNR et Shimmer PRAAT sont fortement corrélés
• VOCALAB analyse l’instabilité de F0, faiblement corrélé au bruit/signal. Les marqueurs sont bien dissociés.
• VOCALAB et PRAAT ne sont pas corrélés sur la variation de la hauteur pour les voix pathologiques.
• VOCALAB se focalise sur les variations moyen et long terme, PRAAT sur les variations instantanées
����
7. Comparaisons
� Comparaisons VOCALAB/PRAAT – Peu de corrélation Instabilité hauteur et Jitter.
40JITTER PPQ5 PRAAT
Instabilité en Hauteur VOCALAB
����
7. Comparaisons
� Comparaisons VOCALAB/PRAAT
� Cas AS009 « extrême » : considéré très instable par VOCALAB, normal par PRAAT.
� L’instabilité court terme (Jitter) a peu d’intérêt, l’instabilité long terme est beaucoup plus pénalisante
41
7. Comparaisons
� Comparaisons
VOCALAB/PRAAT
� Cas SP012 « extrême » : considéré comme normal par VOCALAB, très instable par PRAAT
� Décrochage de PRAAT obeservé par (Maryn 2009)
42
8. Validations
� 1500 cas de voix analysés� 10 orthophonistes
contributrices à la base de données sollicitées
� Analyse de• l’autoévaluation du patient• la perception du thérapeute• des indicateurs
� Ajustement des algorithmes en cas d’écart récurrent
� Statistiques globales et vérification de robustesse
� Au total, plus de 18 mois de tests
AS009 - Avant8. Validations
� AS009 – Femme, 64
ans
� Dysphonie � Avant rééducation
• Bruit et instabilité lors de l’attaque
• Instabilité en hauteur importante
• Peu d’harmoniques
• Enrichir le timbre
Axes thérapeutiques:Ajuster la Pression expiratoireDiminuer les mouvements compensatoires Gérer l’accolement glottique et la stabilité à l’attaque
AS009 - Après
8. Validations
� Après
rééducation:• Attaque mieux
maîtrisée avec encore une trace d’éraillure et une augmentation de la hauteur
• Moins d’instabilité en hauteur
• Augmentation de la richesse harmonique
8. Validations
� Evolution avant/après rééducation des indicateurs de pathologie
8. Validations
� AS013 –Femme, 44 ans - Oedèmede Reinke
� Bilan:• Attaque
dure et instable
• Instabilité en hauteur
• Transitoires • Perte
harmonique
Axes thérapeutiques:• Améliorer la pression expiratoire• Améliorer le rendement laryngé• Travailler la qualité de fermeture glottique • Améliorer l’attaque et la durée de
phonation• Améliorer la richesse harmonique
AS013 - Avant
AS013 - Après8. Validations
Après rééducation
• Attaque un peu bruitée mais stable
• Progrès en stabilité en hauteur
• Richesse harmonique encore insuffisante
8. Validations
� Evolution avant/après rééducation des indicateurs de pathologie
AS013 avant/après
8. Validations
50Cette valeur élève la moyenne
Tous les indicateurs
un peu au-dessus de
la norme
Mémoire de Marie Daumet, école
d’orthophonie de Nice, 2015
� Statistiques sur les voix à Nodules
51
Altération de
l’attaque un peu au-
dessus de la norme
Bruit/Signal
au-dessus de la
norme
8. Validations� Statistiques sur les voix à Nodules
Mémoire de Marie Daumet, école
d’orthophonie de Nice, 2015
8. Validations
52
Instabilité
hauteur et
amplitude,
attaque proche
de la norme
Pauvreté et
Bruit/Signal au-
dessus de la
norme
Fichiers sons transmis par Michaela Pernon,
Orthophoniste CNR Wilson coordonné par le Dr Woimant
Service de Neurologie du Pr Chabriat
� Statistiques sur la maladie de Wilson
53
Instabilité en hauteur
proche de la normeBruit/Signal très au-
dessus de la norme
8. Validations� Statistiques sur la maladie de Wilson
8. Validations
54
• 10 essais de /a/, patient atteint de maladie de Parkinson avant LSVT
Presque normal
Fortement pathologique
Pathologique
Presque normal
Forte éraillure
Mémoire de Isabelle Clément Belem,
mémoire d’orthophonie Paris 2015
8. Validations
55
• Après LSVT: améliorations sensibles de 3 indicateurs• Dégradation bruit/signal (éraillures)
Aggravation
9. Limites
� Répertoire des « sons difficiles »
� Environ 40 cas posant des soucis variés (sur 1500)
� Développement d’outils de traitement de signal pour tenter de traiter ces signaux
!
9. Limites
� Qualité des d’enregistrements
• Smartphones coupant les basses fréquences
• F0 parfois détecté à 2.F0
• Indicateur de hauteur et de bruit invalides
• Solution: amplifier les basses fréquences
07/07/2014
!
Mémoire de Marie Daumet, école
d’orthophonie de Nice, 2015
9. Limites
!� Enregistrements très
faibles: amplification
� Enregistrements saturés: abandon
� Enregistrements trop bruités: abandon
� Encouragements de l’orthophoniste pendant l’enregistrement: abandon
� Pathologies trop sévères
Signal trop faible
Signal saturé
Signal trop pathologique
9. Limites
!� Variabilité des
indicateurs
• M. Daumet s’est enregistrée une fois par semaine pendant plusieurs mois
• Même mode opératoire
• Même système d’enregistrement
• 30 fichiers exploitables
• F0 moyen autour de 242 Hz• Ecart type de 17 Hz (1/2 ton)• F0 globalement très stable
sur l’ensemble des échantillons
Mémoire de Marie Daumet, école
d’orthophonie de Nice, 2015
9. Limites
� Indicateurs peuvariables:• Pauvreté
harmonique
• Bruit/signal
• Instabilité en amplitude
� Indicateurs assez variables• Instabilité en
hauteur
• Altération de l’attaque
!
10. Bilan et Prospective
� 4 personnes très actives dans l’ERU 15
� Bonne dynamique d’équipe, incluant des étudiants
� Partage de connaissances, de méthodes
� Progression rapide dans l’évaluation des pathologies de la voix
� Plusieurs mémoires réalisés, en cours
� Contributeurs extérieurs à la base de données
� Plusieurs publications dans GLOSSA, Rééducation orthophoniques, Entretiens de Bichat, Afrop
� Tous les documents en libre accès sur HAL
10. Bilan et Prospective
� Une dizaine de formationseffectuées ou programmées
� Les indicateurs facilitent la compréhension des différents mécanismes de pathologie
� Les valeurs donnent une métrique simple, objective
� Accompagnement du Master d’Orthophonie
� Contenus pédagogiques en ligne
10. Bilan et Prospective
� Rédaction d’ouvrage sur l’évaluation et la rééducation de la voix
� Cible du tome 1: formation Master 1: bases, méthodes, outils
� Cible du tome 2: formation Master 2: approfondissements, étude de cas, statistiques
10. Bilan et Prospective
Avis personnel forces/faiblesses
� Forces de la recherche orthophonique
• Publications de qualité
• Motivation des orthophonistes
• Dynamique du Master
• Pluridisciplinarité
� Faiblesses
• Manque de temps
• Triple peine financière: temps, missions, absence
• Isolement
• Manque de moyens
• Manque de titres
10. Bilan et Prospectives
� De nouveaux objectifs en discussion dans l’ERU 15
• Internationalisation
• Extension du nombre de cas traités
• Statistiques et tendances
• Axes thérapeutiques approfondis
� Identification de sources possibles de financement
� Dépôt de demandes de soutien en 2016
10. Bilan et Prospectives
� Participants possibles à l’ERU 15 « 3.0 »• Etienne SICARD, Professeur INSA, FR (Toulouse)
• Anne MENIN-SICARD, Orthophoniste, FR (Toulouse)
• Claire PILLOT, Orthophoniste, FR (Paris)
• Aurélie RAVERA LASSALE, Orthophoniste, FR (Aix-en-Provence)
• Stéphanie PERRIERE, Orthophoniste, FR (Nice)
• Logopédiste Suisse
• Logopédiste Belge
• Logopédiste Espagnol
• Logopédiste Libanais
Conclusion
• Les travaux de l’ERU 15 ont duré 3 ans et se terminent en Octobre 2015
• Etude bibliographique étendue sur les indicateurs de pathologie de la voix
• Sélection de 5 indicateurs pertinents pour la rééducation orthophonique
• Développement des prototypes d’indicateurs dans VOCALAB4
• Construction d’une base de données de plus de 200 voix pathologiques
• Diffusion des résultats, formations, contenus pédagogiques
• Prospective : extension et internationalisation
Merci pour votre attention