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Pathologies de la voix :

outils d’évaluation, interventions thérapeutiques

Etienne SICARD

Directeur de Recherches ERU 15 – LURCO etienne.sicard@insa-toulouse.fr

Séminaire du LURCO 3 Juillet 2015 - Paris

Toulouse

Cassoulet

Rugby

Airbus A380

Celte, Romain, International

Toulouse pour étudier N 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

Paris

Séminaire

Unadreo

2. Constat et Projet scientifique

Marseille

AFROP

Tests

Mémoires d’orthos

!

Validations

Etude de cas

Confs

Publis GLOSSA

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

07/07/2014 Etude 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 Shimmer fortement 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 (Orlikoff 2009, 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. Implémentation Zone 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

0.82 0.30

6.18 1.34

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

AS005 5. 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 fortement l’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 STRUCTUREL 2000 INFLAMMATION DU LARYNX 3000 TRAUMATISME OU BLESSURE DU LARYNX 4000 CONDITIONS SYSTEMIQUES INFLUENCANT LA VOIX 5000 TROUBLES AERODIGESTIFS AFFECTANT LA VOIX 6000 TROUBLES PSYCHIATRIQUES ET PSYCHOLOGIQUES 7000 TROUBLES NEUROLOGIQUES AFFECTANT LA VOIX 8000 AUTRE TROUBLES AFFECTANT LA VOIX 9000 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

Corrélations Les informations se ressemblent-t-elles?

Moyennes Dégager des valeurs

repère

Nuages Impression 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.

40 JITTER 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 - Avant 8. 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 expiratoire Diminuer 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 - Oedème de 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 - Après 8. 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

50 Cette 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 norme

Bruit/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 peu variables: • 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 formations effectuées 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