ERS 2024: Identifizierung von COPD-Exazerbationen mittels Sprachaufnahmen möglich

Forschende berichten aus einer Pilotstudie mit Smartphone-Tonaufnahmen, dass Veränderungen in der Stimme von Patienten mit Chronisch-obstruktiver Lungenerkrankung (COPD) ein Signal für eine akute Verschlechterung der Erkrankung sein können.

Loes van Bemmel aus der Abteilung für Pneumologie am Universitätsklinikum Maastricht (Niederlande), eine der Studienautoren, berichtete anlässlich des diesjährigen internationalen Kongresses der European Respiratory Society (ERS) in Wien (Österreich): „Nach einer Exazerbation berichten Patienten von einer geringeren Lebensqualität, ihre Lungenfunktion kann nachlassen, und die Patienten besitzen ein erhöhtes und anhaltendes Risiko für kardiovaskuläre Ereignisse wie Herzinfarkt und Schlaganfall. Es ist wichtig, Exazerbationen so früh wie möglich zu erkennen, damit eine angemessene Behandlung erfolgen kann. Leider hat es sich als schwierig erwiesen, Exazerbationen gleich zu Beginn zu erkennen, da die Symptome normalerweise dann auftreten, wenn sich die Patienten zu Hause befinden“. Van Bemmel fuhr fort: „Patienten und deren Familien haben uns mitgeteilt, dass es vor und während Exazerbationen zu Stimmveränderungen kommt. Wir wollten überprüfen, ob wir die Stimmen von Patienten zu Hause aufzeichnen und diese Aufnahmen auf frühe Anzeichen einer Exazerbation analysieren können.“

An der Studie nahmen 28 Menschen mit COPD teil. Die Forscher baten sie, zwölf Wochen lang täglich ihre Stimme mit einer Smartphone-App aufzuzeichnen. Die Betroffenen produzierten zunächst so lang einen einzelnen Ton, wie sie es mit einem Atemzug schafften, und lasen dann entweder einen kurzen Absatz einer Geschichte vor oder beantworteten eine Frage. Außerdem füllten die Probanden täglich einen Fragebogen aus, bei dem sie eine Selbsteinschätzung ihrer COPD-Symptome abgaben. Im Verlauf der Studie kam es zu 16 Exazerbationen.

Höhere Stimmlage und „Jitter“ bei bevorstehender Exazerbation

Die Forscher analysierten die Sprachaufzeichnungen und suchten nach Veränderungen, die mit dem Aufflammen der Symptome einhergingen. Sie fanden heraus, dass die Patienten eine höhere Stimmlage hatten als normal, wenn eine Exazerbation unmittelbar bevorstand. Die Wissenschaftler stellten auch fest, dass die Stimmen der Patienten zu Beginn einer Exazerbation höhere Werte für den Parameter „Jitter“ aufwiesen. Als Jitter bezeichnet man Grundton-Unregelmäßigkeiten zwischen akustischen Welle. Sprachliche Äußerungen klangen bei den Betroffenen eher gehaucht oder heiser. „Es gab deutliche Unterschiede zwischen den Aufzeichnungen der Patienten an einem normalen Tag und am ersten Tag einer Exazerbation“, erläuterte van Bemmel. „Dies bestätigte unsere Hypothese, dass sich die Sprache bereits zu Beginn einer Exazerbation deutlich verändert.“

Die Medizinerin ergänzte: „Es handelt sich um vorläufige Ergebnisse, daher müssen unsere Erkenntnisse an einer größeren Anzahl von COPD-Patienten validiert werden. Wenn uns dies gelingt, würde dies den Weg für eine frühzeitige Erkennung und Diagnose von Exazerbationen im häuslichen Umfeld ebnen. Dies würde es den Patienten ermöglichen, solche Ereignisse zu Hause selbst zu bewältigen. Zwar ist jede Erkrankung anders, doch die Sprachanalyse könnte möglicherweise auch bei anderen Atemwegserkrankungen helfen. Wir vermuten, dass es für viele Atemwegserkrankungen Sprach-Biomarker gibt.“

Entwicklung einer App gemeinsam mit Betroffenen

Van Bemmel und ihre Kollegen planen nun Forschungsarbeiten, die auf den beim ERS-Kongress vorgestellten Erkenntnissen aufbauen. In Zusammenarbeit mit Forschenden vom Radboud University Medical Centre (Niederlande) wird das Team gemeinsam mit Menschen mit COPD eine mobile App entwickeln. Die SPEAK-App kann dann von Patienten dazu verwendet werden, Exazerbationen über Sprachsignale zu erkennen und Unterstützung bei der Behandlung von Symptomen in der eigenen Lebensumgebung zu bieten. Gleichzeitig suchen die Forscher nach Möglichkeiten, Sprachdaten unter Berücksichtigung des Datenschutzes zu sammeln, zu speichern und zu analysieren.

Prof. Frits Franssen, Leiter der Pneumologie am Universitätsklinikum Maastricht (Niederlande) und Sekretär der ERS-Assembly für klinische Atemwegsversorgung und -physiologie, erklärte: „COPD ist eine häufige und ernste Erkrankung. Wenn es zu einer Exazerbation kommt, kann dies zu einer langfristigen Verschlechterung des Gesundheitszustandes führen und sogar tödlich enden. Wenn wir diese Verschlimmerungen frühzeitig erkennen und behandeln, wissen wir, dass sich schwerwiegende Komplikationen oft vermeiden lassen. Im Moment bedeutet dies, dass der Patient oder seine Familie entscheidet, dass etwas nicht stimmt, und dann ein Arzt zur Untersuchung und für Tests aufgesucht wird.“ Franssen fügte hinzu: „Diese Studie ist deshalb interessant, weil sie nahelegt, dass die frühen Anzeichen einer COPD-Verschlechterung durch Veränderungen in der mittels eines Smartphones aufgezeichneten Stimme eines Patienten erkannt werden können. Dieses Ergebnis muss in einer größeren Studie überprüft werden. Wenn es bestätigt werden kann, könnte dies zu einem schnellen und effizienten System führen, das dem Patienten und seinem Arzt signalisiert, dass eine Behandlung erforderlich ist. Da die Sprachanalyse über ein Smartphone funktioniert, kann sie von jedem jederzeit und überall genutzt werden. Dies könnte letztlich Geld und Zeit sparen und Patientenleben retten.“