Asthma und COPD: Exazerbationen an Veränderungen der Stimme früh erkennen

Veränderungen der Stimme, die sich mithilfe einer Smartphone-App aufzeichnen und messen lassen, können bei Menschen mit Asthma oder Chronisch-obstruktiver Lungenerkrankung (COPD) auf eine Verschlechterung der Symptome hinweisen. Das geht aus einer Studie hervor, die gerade in „ERJ Open Research“ veröffentlicht worden ist.

Den Forschenden zufolge könnte es künftig möglich sein, durch tägliche Stimmkontrollen früheste Anzeichen einer Verschlimmerung zu erkennen, sodass eine Behandlung so früh wie möglich eingeleitet werden kann.

Geleitet wurde die Studie von Dr. Sami Simons, er ist Assistenzprofessor an der Universität Maastricht und Facharzt für Pneumologie am Maastricht University Medical Center (Niederlande). Er unterstreicht, dass Exazerbationen nicht nur für die betroffenen Patienten beängstigend sind, sondern auch zu einer langfristigen Verschlechterung des Gesundheitszustandes führen und das Sterberisiko erhöhen.

„Wenn sich der Zustand verschlechtert, befinden sich die Betroffenen oft zu Hause oder bei der Arbeit“, erklärt Simons. „Für Untersuchungen müssen sie jedoch meist ein Krankenhaus oder eine Klinik aufsuchen. Dies führt zu Verzögerungen und verlängert das Leiden der Patienten. Schon früh in meiner Laufbahn habe ich gelernt, dass sich die Stimme während eines Krankheitsschubes verändert. Dank der Fortschritte in der künstlichen Intelligenz ist es heute möglich, komplexe Analysen durchzuführen und Muster in Audioaufnahmen zu erkennen. Die Stimmaufzeichnung per Mobiltelefon ist der nächste logische Schritt, um Verschlechterungen bei Asthma oder COPD frühzeitig und im häuslichen Umfeld zu erfassen.

Informationen aus täglichen Stimmaufnahmen ausgewertet

An der Studie nahmen 38 Personen mit COPD und 35 Personen mit Asthma teil, die am Maastricht University Medical Center oder im Laurentius-Krankenhaus in Roermond (Niederlande) behandelt wurden. Über einen Zeitraum von zwölf Wochen hinweg sollten die Teilnehmenden mithilfe einer eigens entwickelten App täglich ihre Stimme aufzeichnen und analysieren lassen. Dazu nahmen sie auf, wie sie einen langen „a“-Laut sprachen und anschließend entweder einen kurzen Text vorlasen oder eine Frage beantworteten. Zudem füllten sie täglich einen Fragebogen aus, um anzugeben, ob sich ihre Symptome verschlechterten.

Beim Vergleich der Stimmaufnahmen mit den Daten zu Exazerbationen stellten die Forschenden fest, dass sich die Stimme bereits zu Beginn einer Verschlechterung veränderte – etwa hinsichtlich des Klangs (der Tonhöhe), der Anzahl der Sprechpausen und der Stimmqualität. Ebenso beobachteten sie, dass sich diese Parameter wieder besserten, sobald der Krankheitsschub abklang.

Deutliche frühe Veränderung der Stimme und des Sprechens bei Exazerbationen

Simons erklärte: „Wir haben festgestellt, dass sich die Stimme während eines Schubs von Asthma oder COPD deutlich verändert – und zwar schon am ersten Tag, an dem sich die Symptome verschlechtern. Da sich die Atemwege während eines solchen Schubs verengen, strömt weniger Luft an den Stimmlippen vorbei. Dies schwächt die normale Schwingung der Stimmlippen ab, wodurch es schwieriger wird, die Stimme ruhig und gleichmäßig zu halten. Infolgedessen klingt die Stimme von Betroffenen während eines Schubs „behauchter“ und „rauer“.

„Mithilfe einer App auf ihren eigenen Smartphones konnten wir diese Veränderungen im häuslichen Umfeld von Asthma- und COPD-Patienten erfassen. Unsere Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass Menschen mit Asthma oder COPD künftig ihre Stimme nutzen könnten, um einen Schub frühzeitig zu erkennen und entsprechend zu reagieren.“

Entwicklung einer App

Die App TACTICAS (Telemonitoring for Asthma and COPD Through voICe AnalysiS) wurde gemeinsam mit Patienten und dem Start-up Zana Technologies entwickelt. Sie steht zwar derzeit nur zu Forschungszwecken zur Verfügung, doch Simons und sein Team haben eine Website eingerichtet, auf der die Funktionsweise der Sprachtechnologie erläutert wird und erklärt wird, wie Interessierte die Forschung durch das Bereitstellen von Stimmaufnahmen unterstützen können.

Aufbauend auf ihren Erkenntnissen haben die Forschenden nun Algorithmen des Maschinellen Lernens entwickelt, die Exazerbationen anhand von Stimmveränderungen bereits drei Tage vor dem Auftreten von Symptomen erkennen können. Sie erproben diese Technologie derzeit in zwei neuen Studien: der VOCAL-Studie in Brasilien und der SPEAK-Studie in den Niederlanden.

Dr. Marc Miravitlles, Vizepräsident der European Respiratory Society sowie leitender Forscher und Facharzt am Universitätskrankenhaus Vall d’Hebron in Barcelona (Spanien), der nicht an der Studie beteiligt war, sagt: „Wenn Symptome von Asthma oder COPD plötzlich aufflammen, ist es wichtig, dass die Patienten schnellstmöglich behandelt werden. Die Fähigkeit, einen solchen Schub zu erkennen oder sogar einige Tage im Voraus vorherzusagen, könnte von großem Nutzen sein: Sie könnte dazu beitragen, Symptome wie Atemnot oder Husten zu lindern sowie das Risiko für Lungenschäden, Krankenhausaufenthalte oder Todesfälle zu senken.

Miravitlles ergänzt: „Die Idee, das Mobiltelefon zur Aufzeichnung und Analyse der Patientenstimme auf Anzeichen eines Schubs hin zu nutzen, ist sehr vielversprechend. Sollten Folgestudien positive Ergebnisse liefern, könnte diese Technologie eine bessere Überwachung und Versorgung von Patienten mit Asthma oder COPD per Mobiltelefon ermöglichen – und das weltweit. Dies ist ein hervorragendes Beispiel dafür, wie neue Technologien und KI die Lebensqualität unserer Patienten mit chronischen Atemwegserkrankungen tatsächlich verbessern können.“