Test Covid: l’analisi della voce è più affidabile dei tamponi nasali

Il Covid può essere rilevato direttamente dalla voce sfruttando un cellulare e l’intelligenza artificiale. La conferma è suffragata dallo studio di un gruppo di ricercatori italiani, pubblicato a fine novembre dalla rivista scientifica Journal of Voice dopo la consueta revisione paritaria. Il tampone nasale antigenico – il rapido da farmacia insomma – ha un tasso di falsi negativi del 20-30%, come ha sottolineato pochi mesi fa Giovanni Maga, virologo, direttore del Cnr di Pavia.

“Una ricerca del MIT di Boston ha stimato che i tamponi nasali hanno un livello di accuratezza medio compreso tra il 40% e l’86% mentre il nostro sistema di analisi della voce arriva al 90% grazie all’apprendimento automatico dell’intelligenza artificiale”, il machine learning, spiega a Italian Tech Giovanni Saggio, docente di elettronica presso l’Università di Tor Vergata.

Nel mondo vi sono già almeno cinque o sei realtà che stanno puntando sulla voce come strumento di screening per diverse patologie.

La ricerca italiana Machine Learning-based Voice Assessment for the Detection of Positive and Recovered COVID-19 Patients si basa però su un brevetto e sul lavoro svolto da medici e specialisti di istituzioni accademiche come Tor Vergata e Pavia, e ospedaliere, fra cui l’IRCCS Policlinico San Matteo e l’Ospedale dei Castelli ASL Roma 6.

“Non mi piace usare il termine diagnostico”, sottolinea Saggio, “Quello che l’algoritmo sviluppato da me e i colleghi ingegneri evidenzia come screening, poi diviene diagnosi solo successivamente perché nel nostro gruppo ci sono anche diversi medici specialistici fra cui il professor Antonio Pisani, responsabile del Centro di Ricerca Disordini del Movimento di Fondazione Mondino IRCCS e ordinario di Neurologia presso l’Università di Pavia. Noi ci limitiamo a rilevare quelle anomalie nella voce che fanno comprendere se si è sani, contagiati da Covid oppure affetti da long Covid”.

In pratica registrando la voce di una persona è possibile analizzare tre domìni: le variazioni nel tempo, le variazioni delle frequenze e le quefrenze, ovvero quanto sono frequenti le frequenze.

L’analisi della voce consente di evidenziare certe caratteristiche

Rispetto alle altre, come ad esempio la frequenza fondamentale, le armoniche, il rapporto segnale/rumore fino a ben 6370 elementi. Ebbene, quelli che ci interessano e sono oggetto di variazioni in relazione al Covid o altre patologie sono al massimo una trentina”, spiega l’esperto.

Gli algoritmi di intelligenza artificiale di fatto estrapolano da una registrazione audio i parametri chiave e le loro relazioni. Dopodiché è possibile stabilire una percentuale attendibile di positività e negatività al Covid. “Non solo. Siamo riusciti anche a rilevare gli effetti collaterali che si hanno nei guariti.

Tanto più che all’ospedale di Padova a seguito di analisi ecografiche hanno identificato tre sotto-gruppi per i guariti: i soggetti con fibrosi e interessamento polmonare inferiore al 3%, al 20% e al 50%. Si parla di cicatrici che possono essere riassorbite in settimane, mesi o più tempo”.

Verrebbe da chiedersi come è possibile che la voce possa essere condizionata da una patologia; la risposta è negli elementi che concorrono all’emissione dei suoni. Si pensi all’intero apparato respiratorio e anche alle componenti muscolari coinvolte.

Un po’ come comprendere dalla tosse se il proprio figlio ha una bronchite oppure un banale raffreddore. “Nel 2009 ho iniziato a studiare il tema con dei colleghi indiani, concentrandomi sulla febbre gialla e tubercolosi. Mai poi ho proseguito con Parkinson, disfonia, disfagia e adesso Covid. Tutte patologie che si riflettono con segnali più o meno evidenti nella voce e nel peso gerarchico di quei trenta parametri chiave individuati. Ad esempio i soggetti afflitti da Parkinson non hanno evidenze nelle vie aeree ma indirettamente la parte muscolare condiziona il respiro con un pattern riconoscibile”.

Nella fase iniziale della ricerca

Il team di VoiceWise ha impiegato microfoni professionali e ambienti controllati per registrare con la massima qualità possibile. Questo approccio ha permesso di individuare circa trenta parametri vocali fondamentali, segnali nascosti che avrebbero potuto indicare lo stato di salute dei soggetti. Una volta compresa la rilevanza di questi parametri i ricercatori hanno iniziato a sperimentare anche con smartphone comuni, scoprendo con soddisfazione che la qualità dei dati raccolti risultava più che adeguata per l’analisi.

L’utente, comodamente a casa, viene guidato attraverso una procedura semplice ma strutturata: si siede e appoggia il telefono sul tavolo, legge due proverbi, pronuncia una serie di vocali sostenute, tossisce e infine invia il tutto alla piattaforma.

Un processo rapido, che permette di raccogliere dati standardizzati senza la necessità di attrezzature professionali o di spostamenti in ospedale.

Il sistema, come sottolineato dal professor Saggio, si rafforza con l’aumentare dei dati: dagli inizi con 210 casi, ora si è superato il quadruplo dei dati, e più il database cresce, più gli algoritmi di intelligenza artificiale diventano precisi.

La chiave del metodo sta nell’approccio multi-algoritmico: diversi tipi di algoritmi lavorano insieme, ciascuno con i propri punti di forza, mentre il machine learning corregge autonomamente eventuali errori, migliorando costantemente l’accuratezza del sistema.

Un tema cruciale è rappresentato dalle varianti del Covid-19, ma secondo gli esperti il sistema continua a funzionare: non cambia la capacità di rilevare segnali patologici, cambia solo il “peso” dei parametri vocali da considerare, leggermente diverso per ogni variante.

L’intera infrastruttura tecnologica è stata sviluppata all’interno di VoiceWise  per gestire i file audio, applicare l’intelligenza artificiale, effettuare lo screening e distribuire i risultati, tutto in modalità criptata e nel pieno rispetto della privacy.

Ogni file audio è identificato da un codice alfanumerico cifrato, senza alcun riferimento diretto all’identità dei pazienti.

Il progetto guarda al futuro

è in fase di sviluppo una app per smartphone per Android e iOS, in attesa della certificazione CE e del riconoscimento come presidio medico. Con questa soluzione, VoiceWise punta a rendere l’analisi vocale uno strumento accessibile, sicuro e affidabile, capace di combinare tecnologia all’avanguardia e rispetto delle normative sanitarie e di privacy.

Qui l’articolo in inglese