Přeskočit na obsah

Český úspěch. Nové diagnostické metody u Parkinsonovy choroby

24-DIGI 2 CVUT Novotny_Tykalova_Rusz_01
Vědecký tým ČVUT FEL (zleva): Ing. Michal Novotný, Ph.D., Ing. Tereza Tykalová, Ph.D., doc. Ing. Jan Rusz, Ph.D. Foto Petr Neugebauer, FEL ČVUT

Hypomimie, tedy ztráta spontánních pohybů obličeje a ztížená artikulace, patří k charakteristickým projevům Parkinsonovy choroby. Pro zachycení narušení spontánních i záměrných pohybů obličeje ovšem dosud chyběly objektivní a snadno interpretovatelné nástroje. Čeští vědci z Fakulty elektrotechnické ČVUT však ve spolupráci s neurology z 1. LF UK vyvinuli nové metody hodnocení obličejové bradykineze, které umožňují detekovat Parkinsonovu chorobu již v počátečních fázích onemocnění.

Mezi nejčasnější motorické projevy Parkinsonovy choroby, které se mohou objevit již deset let před klinickou diagnózou, patří bradykineze obličeje, známá též jako hypomimie. Ta je definována jako ztráta či omezení spontánních i záměrných pohybů obličeje a emoční mimiky, snížená frekvence mrkání a bradykineze čelistí. Odborníci odhadují, že hypomimie postihne až 92 procent všech pacientů trpících Parkinsonovou chorobou, což z ní činí nejčastější orofaciální projev této nemoci. Další orofaciální příznaky, vedoucí k poruše řeči, dysfagii či slinění, se objevují až v pozdějších fázích tohoto závažného neurodegenerativního onemocnění. Hypomimie předchází také nástupu dalších motorických projevů Parkinsonovy choroby, mezi které patří například bradykineze končetin, poruchy chůze či klidový třes.

Hledání správného nástroje

Přestože je ztráta expresivity obličeje dobře známým a rozpoznaným projevem Parkinsonovy choroby a hodnocení mimiky patří mezi standardní neurologická vyšetření, lékaři se dnes musejí spoléhat především na své vlastní pozorovací schopnosti. Hodnocení orofaciálních příznaků je dnes dle autorů studie založeno na jednoduchém, hrubém a rutinním hodnocení změn v obličeji pomocí subjektivní čtyřbodové škály. Motivem týmu českých vědců pro tuto studii tak bylo nalezení účinného diagnostického nástroje, který by dokázal poskytnout snadno interpretovatelná data pro objektivní zhodnocení ztráty expresivity obličeje v časných fázích Parkinsonovy choroby. Výsledkem snažení vědeckého týmu tvořeného odborníky z katedry teorie obvodů FEL ČVUT – doc. Janem Ruszem, Dr. Michalem Novotným a Dr. Terezou Tykalovou – a neurology z Neurologické kliniky 1. LF UK – doc. Petrem Duškem, prof. Evženem Růžičkou a Dr. Hanou Růžičkovou – byl vývoj metody automatické videoanalýzy pohybů obličeje při běžné promluvě, která dokáže zachytit Parkinsonovu chorobu u nově diagnostikovaných pacientů. Tedy již v časném stadiu onemocnění. „Na základě navrženého přístupu se snažíme odhadnout prevalenci a určit kvantitativní charakteristiky hypomimie u velké kohorty nově diagnostikovaných, lékově naivních pacientů s Parkinsonovou chorobou. Naším dalším cílem bylo prozkoumat potenciální vztahy mezi obličejovými markery a klinickými neurozobrazovacími údaji, abychom mohli lépe nahlédnout do patofyziologie hypomimie u Parkinsonovy choroby,“ vysvětlují autoři studie.

Velmi citlivá videoanalýza

Do studie bylo zařazeno 91 nově diagnostikovaných pacientů s Parkinsonovou chorobou, z toho 54 mužů a 37 žen v průměrném věku 61 let (rozmezí 34–81 let) s motorickými příznaky trvajícími v průměru dva roky a průměrným skóre na škále MDS‑UPDRS III 29,8. Pro zdravou kontrolní skupinu bylo vybráno 75 bělochů odpovídajících věkem i pohlavím. Všichni účastníci studie byli běloši a čeští rodilí mluvčí. Skutečnost, že metoda nebyla testována na pacientech s odlišným etnickým původem, představuje sice podle autorů studie jisté omezení, ale vzhledem k tomu, že samotný model trénoval na databázi obsahující tváře zástupců různých etnik, mělo by sledování obličejů přinášet podobné výsledky bez ohledu na etnický původ.

Nová metoda českých vědců využívá plně automatický přístup založený na nejmodernějších technikách počítačového vidění. Zkoumá dvanáct biometrických markerů popisujících pohyby čela, kořene nosu, obočí, očí, tváří, úst a čelistí. Podle hlavního autora studie Michala Novotného algoritmus popisuje změny tvaru obličeje měřením změn vzdálenosti mezi detekovanými významnými obličejovými body a také změny ve vráskách pomocí hodnocení změn textury definovaných oblastí. „Automatická videoanalýza zachytí rozdíly ve všech předem definovaných oblastech obličeje. Nejčastějším projevem je snížená variabilita pohybů úst a čelisti související se ztrátou hybnosti spodní části obličeje. Dalším signálem je snížený výskyt vrásek na čele a u kořene nosu, jenž provází pokles emoční mimiky během mluvení,“ vysvětluje Novotný, který je již desátým rokem na katedře teorie obvodů FEL ČVUT součástí výzkumné skupiny vedené docentem Janem Ruszem.

Automatické hodnocení hypomimie založené na videozáznamu je tedy podle vědců schopno spolehlivě zachycovat zkreslení různých pohybových vzorců obličeje, a může tak doplnit další metody, které se již v současnosti využívají. „Naše metoda umožňuje dostatečně citlivé a klinicky relevantní měření pohybů obličeje a otevírá dveře intenzivnějšímu výzkumu dlouhodobého vývoje hypomimie a jejího vztahu k dalším příznakům onemocnění, jakož i reakce na léčbu,“ uvádějí autoři studie s tím, že nová metoda by měla umožnit lépe pochopit základní mechanismus narušené expresivity obličeje u pacientů s Parkinsonovou chorobou, a vést tak i k účinnější a personalizované léčbě hypomimie i lepšímu určování prognózy onemocnění.

Akustická analýza řeči

Na vývoji nástrojů, které slouží k hodnocení změn mimiky a řeči u pacientů s Parkinsonovou chorobou, spolupracuje vědecký tým z FEL ČVUT dlouhodobě s lékaři z Neurologické kliniky 1. LF UK a Všeobecné fakultní nemocnice v Praze. Vedle videoanalýzy obličejových markerů se tým vědců z obou pracovišť zabývá také akustickou analýzou řeči. Ta představuje další slibný způsob diagnostiky Parkinsonovy choroby v počátečních stadiích. „U Parkinsonovy choroby je typickým projevem rigidita, tedy ztuhnutí svalstva, které se časem začne projevovat v řeči, která je monotónní, hůře artikulovaná a v pozdních stadiích se může stát zcela nesrozumitelnou,“ vysvětlil doc. Petr Dušek z 1. LF UK.

Sběr dat pomocí mobilních telefonů

Jak se tedy prakticky provádí akustická analýza řeči? Vše začíná sběrem dat. Pacient je vybaven mikrofonem a logoped ho následně instruuje k provádění různých řečových úloh, přičemž se zaznamenává jeho hlas, způsob řeči i výraz obličeje. Následuje klinické vyšetření pacienta neurologem a magnetická rezonance.

Součástí výzkumu se však stal také projekt SmartSpeech, který využívá ke sběru dat speciální mobilní aplikaci. Projekt byl spuštěn v loňském roce a již se pomalu blíží čas na jeho vyhodnocení. Výzkumníci z FEL ČVUT chtějí po dvouletém intervalu sledování vyhodnotit, zda došlo u pacientů k významnému zhoršení řeči. Snížená schopnost intonace či nepřesná artikulace by mohla podle vědců poukázat na rozvoj Parkinsonovy choroby. „Pětasedmdesát účastníků studie má dva roky k dispozici mobil se speciální aplikací a z něj vyřizují své běžné telefonní hovory,“ vysvětluje Jan Rusz, podle něhož by projekt mohl být pro diagnostiku Parkinsonovy choroby průlomový. „Pokud se potvrdí naše hypotéza, bude projekt SmartSpeech znamenat průlom v možnostech časné diagnózy a zlepšení náboru vhodných pacientů pro klinické studie zabývající se vývojem neuroprotektivní léčby,“ doufá v úspěch metody Jan Rusz.

Tým českých vědců z FEL ČVUT spolupracoval na vývoji akustických metod i s dalšími evropskými a americkými špičkovými klinickými centry a také s nadací pravděpodobně nejznámějšího pacienta s Parkinsonovou chorobou Michaela J. Foxe. Cílem spolupráce bylo podle FEL ČVUT rozšíření testování na větší vzorky pacientů v dalších indoevropských jazycích. Využití akustických metod by se ale v budoucnu nemuselo omezovat pouze na Parkinsonovu chorobu. „Kromě aplikace v různých jazycích se naše akustické metody dají využít i u dalších neurodegenerativních onemocnění, jako je například roztroušená skleróza nebo Huntingtonova nemoc,“ uzavřel Jan Rusz.

Sdílejte článek

Doporučené

Český startup Carebot získal certifikaci

10. 4. 2024

V Evropě sílí trend využití umělé inteligence při čtení snímků ze zobrazovacích metod. Mezi prvními se ho chápe i česká společnost Carebot. Během…