Электромагнитная артикулография - Electromagnetic articulography

Мидсагиттальный вид человеческого рта. Катушки преобразователя (сенсора) обычно размещаются на языке и губах.

Электромагнитная артикулография (EMA) - это метод измерения положения частей рот. EMA использует сенсорные катушки помещают на язык и другие части рта, чтобы измерить их положение и движения во время речи и глотания. Индукционные катушки вокруг головки производят электромагнитное поле который создает или индуцирует ток в датчиках во рту. Поскольку индуцированный ток обратно пропорционален кубу расстояния, компьютер может анализировать произведенный ток и определять положение катушки датчика в пространстве.

EMA используется в лингвистика и речевая патология учиться артикуляция и в медицине учиться ротоглоточная дисфагия. Другие методы использовались для изучения артикуляции и проглатывания с компромиссами в виде и количестве доступных данных. Палатография позволяет изучать суставы, которые контактируют с небом, например, некоторые языковые согласные, но в отличие от EMA, палатографы не могут предоставить данные о звуках, которые не вступают в контакт, например, о гласных. Рентгеноскопия и рентгеновский микролучок позволяют исследовать бесконтактные движения рта, такие как EMA, но подвергают субъектов воздействию ионизирующее излучение что ограничивает объем данных, которые могут быть получены от данного участника.

Принцип работы

Умение наблюдать за движениями артикуляторов имеет большое значение для изучения фонетика чтобы понять, как производятся звуки.[1]

Электромагнитная артикулография использует принцип электромагнитная индукция для измерения положения и движения различных точек во рту и вокруг него. Шлем, содержащий электромагнитные передатчики, создает переменное магнитное поле, пропуская через передатчики токи на разных частотах. Катушки датчика размещены мидсагиттально во рту производят ток, когда они движутся через магнитное поле, обратно пропорциональное кубу расстояния от передатчиков.[2] Наведенный током чередуется с той же частотой, что и катушка передатчика, и составной сигнал может быть выделен для определения расстояния от каждой отдельной катушки, тем самым определяя положение датчика в пространстве.[3][4]

В двумерной артикулографии катушки передатчика размещаются в равностороннем треугольнике вдоль среднесагиттальной плоскости на лбу, подбородке и шее.[2] Из-за геометрической ориентации катушек передатчика точные показания могут быть сняты, если катушки датчика, помещенные на язычок, остаются в пределах примерно сантиметра от срединно-сагиттальной плоскости и не наклонены под углом более 30 градусов.[4]

Артикулографы, способные выполнять измерения в трех измерениях, используют шесть передающих катушек, организованных в сферическую конфигурацию. Датчики расположены так, что ось сенсорной катушки никогда не бывает перпендикулярна более чем трем датчикам. Благодаря конфигурации передатчика и возможности измерения в нескольких измерениях трехмерные артикулографы могут выполнять измерения за пределами срединно-сагиттальной плоскости. Для 2D-артикулографов требуются ограничительные подголовники, чтобы голова испытуемого не смещалась с плоскости измерения. Поскольку 3D-артикулографы могут выполнять измерения за пределами срединно-сагиттальной плоскости, можно использовать менее ограниченную подголовник.[5]

Разработка двух и трехмерных датчиков

Томас Хиксон был первым, кто описал использование электромагнитных принципов для измерения артикуляции. В своем письме в редакцию, опубликованном в Журнал акустического общества Америки, он описал установку, в которой используются две сенсорные катушки и одна катушка генератора. Катушки датчика, прикрепленные ко лбу и задней части шеи, будут оставаться неподвижными, в то время как катушка генератора, прикрепленная к челюсти, будет перемещаться, создавая переменные токи в катушках датчика. Затем эти токи можно использовать для определения расстояния в двух измерениях.[6]

Ранние системы EMA, такие как система Hixon, имели проблемы с учетом наклона язычка во время использования, поскольку наклон сенсорных катушек вызывает изменения наведенного тока, которые могут искажать данные.[1] В 1987 году Пауль Шёнле и др. опубликовал улучшенную систему, в которой использовались три катушки передатчика (аналогичные катушке генератора Хиксона) и компьютерное программное обеспечение для триангуляции положения катушек датчиков и учета наклона.[1] Однако современные двухмерные системы по-прежнему не могут компенсировать наклон датчиков более чем на 30 градусов, и измерения искажаются, если катушки датчиков смещаются от средней линии рта.[2][4] В 1993 году Андреас Зердт опубликовал описание артикулографа, который мог бы измерять движение в трех измерениях, хотя трехмерные артикулографы были коммерчески доступны только с 2009 года.[5] Согласно концепции Зердта, шесть катушек передатчика располагались на одинаковом расстоянии друг от друга. Поскольку сенсорные катушки диполи, когда они перпендикулярны катушке передатчика, индуцируемый ток равен нулю, поэтому Зердт наклонил катушки передатчика таким образом, чтобы при любом заданном вращении катушки датчика он не был перпендикулярен более чем трем катушкам передатчика, позволяя, по крайней мере, три катушки передатчика триангулируйте положение датчика.[5][7]

Визуализация движений языка трубачей

Влияние на предметы

Поскольку сенсорные катушки размещаются на языке пациента, артикуляция может быть затронута в зависимости от размещения катушек, но сравнительный анализ не показал, изменяется ли артикуляция из-за катушек. Катушки имеют размер около 3 мм и не считаются серьезным источником ошибок при измерениях. Некоторые исследователи обнаружили, что испытуемых раздражают сенсорные катушки, размещенные на кончике языка, что может привести к нарушению артикуляции. Точно так же провода, прикрепленные к сенсорным катушкам, могут препятствовать артикуляции, если не выходят за пределы рта.[8]

Не было доказано, что длительное воздействие электромагнитных полей вредно для здоровья человека, но рекомендуется избегать беременных или лиц, использующих кардиостимуляторы. Руководящие принципы устанавливают предел безопасного непрерывного воздействия между 100мкТл и 200 мкТл.[9] Поле и частоты, выдаваемые электромагнитными артикулографами, сопоставимы с таковыми, выдаваемыми компьютерными терминалами, с максимальным измеренным значением около 10 мкТл.

Альтернативные методы

Электромагнитной артикулографии предшествовали различные диагностические методы.

Палатография и электропалатография

Основные статьи: Палатография и электропалатография

Палатография и электропалатография оба измеряют контакт языка с нёбо и поэтому не могут измерить суставы, которые не соприкасаются с нёбом, такие как гласные.[10]

Палатография включает нанесение на язык окрашенного вещества, которое затем переносится на нёбо во время артикуляции. Затем делается снимок неба, чтобы зафиксировать место контакта, и, если нужно сделать еще одну палатограмму, промывают рот и перекрашивают язык. Особенно дешевый метод, который часто используется в полевых исследованиях, может быть трудным для сбора больших объемов данных.[10][11]

Электропалатография включает использование специально подобранного искусственного неба с электродами, измеряющими контакт. Хотя искусственное небо способно регистрировать несколько контактов, оно может препятствовать артикуляции или мешать артикуляции, и для каждого объекта требуется индивидуально подобранное небо.[12]

Видео рентгеноскопия

Основная статья: Рентгеноскопия

Видеофлюороскопия использует рентгеновское излучение для создания движущихся изображений рта во время артикуляции или глотания. Считается золотым стандартом в исследованиях дисфагия из-за его способности снимать видео всего пищеварительного тракта во время глотания.[13] Его часто используют для изучения и лечения стремление еды, какие части пищеварительного тракта не работают во время глотания и положения, в которых глотание легче всего.[14] Можно собрать только ограниченные данные, поскольку сеансы обычно ограничиваются тремя минутами из-за опасности радиационного воздействия.[4][15] и он не позволяет детально анализировать движения языка.

Рентгеновский микропучок

Как и в случае с видеофлюороскопией, в исследованиях с использованием микропучков рентгеновского излучения для изучения движений артикуляторов используется излучение. Золотые гранулы размером от 2 до 3 мм помещаются во рту и вокруг нее так же, как катушки, используемые в EMA. Радиационное облучение ограничивается с помощью компьютерного программного обеспечения для узкой фокусировки Рентгеновский балки, около 6 мм2, на гранулах и отслеживайте их движение.[16] Как и EMA, исследования с помощью микропучка рентгеновского излучения ограничены размещением гранул. Несмотря на то, что система способна минимизировать радиационное облучение, она в значительной степени недоступна, поскольку она уникальна Университет Висконсина.[4][16][17]

использованная литература

  1. ^ а б c Шенле, Пауль; Клаузе Гребе; Питер Вениг; Йорг Хёне; Йорг Шрадер, и Бастиан Конрад. 1987. Электромагнитная артикулография: использование переменных магнитных полей для отслеживания движений множества точек внутри и вне речевого тракта. Мозг и язык 31. 26–35.
  2. ^ а б c Чжан, Цзе; Ян Мэддисон; Тэхонг Чо, и Марко Барони. 1999. Электромагнитный анализатор артикуляции Articulograph AG100 Самодельное руководство Лаборатория фонетики UCLA. Веб: UCLA.
  3. ^ Маассен, Бен, и Паскаль ван Лисхаут. 2010. Управление речевой моторикой: новые достижения в фундаментальных и прикладных исследованиях, 325. Оксфорд: Издательство Оксфордского университета.
  4. ^ а б c d е Стил, Катриона. 2004. Использование электромагнитной среднесагиттальной артикулографии в исследовании глотания. Журнал исследований речи, языка и слуха 47. 342–352.
  5. ^ а б c Юнусова Яна; Джордан Грин, и Антье Мефферд. 2009. Оценка точности для AG500, электромагнитный артикулограф. Журнал исследований речи, языка и слуха 52. 547–555.
  6. ^ Хиксон, Томас. 1971. Электромагнитный метод передачи движений челюсти во время речи. Акустическое общество Америки 49. 603–606.
  7. ^ Зердт, Андреас. 1993. Проблемы электромагнитного преобразования положения для трехмерной артикулографической измерительной системы. Institut für Phonetik und sprachliche Kommunikation der Universitat Munchen - Forschungsberichte 31. 137–141.
  8. ^ Хардкасл, Уильям, и Найджел Хьюлетт. 2006. Коартикуляция: теория, данные и методы. (Кембриджские исследования в области науки о речи и коммуникации). Издательство Кембриджского университета.
  9. ^ Бернхардт, Дж.. 1988. Установление частотно-зависимых пределов для электрических и магнитных полей и оценка косвенных эффектов. Радиационная и экологическая биофизика 27. 1–27.
  10. ^ а б Андерсон, Виктория; Патрик Барджам; Роберт Боуэн, и Катя Перцова. 2003. Практические моменты. (Статическая палатография). Веб: Калифорнийский университет лингвистики в Лос-Анджелесе.
  11. ^ Андерсон, Виктория; Патрик Барджам; Роберт Боуэн, и Катя Перцова. 2003. Палатограммы. (Статическая палатография). Веб: Университет Калифорнии, Лос-Анджелес, лингвистика.
  12. ^ Тутиос, Астериос, и Константинос Маргаритис. 2005. Об акустико-электропалатографическом картировании. Нелинейный анализ и алгоритмы обработки речи изд. Маркос Фаундес-Зануй, Леонард Жанер, Анна Эспозито, Антонио Сату-Вильяр, Хосеп Рур и Вирджиния Эспиноса-Дуро, 186–195. Барселона, Испания: Международная конференция по обработке нелинейной речи.
  13. ^ Олтофф, Арно; Шуо Чжан; Ренате Швейцер, и Йенс Фрам. 2014. О физиологии нормального глотания, выявленной с помощью магнитно-резонансной томографии в реальном времени. Гастроэнтерологические исследования и практика 2014. н.п. ..
  14. ^ Американская ассоциация речи, языка и слуха. нет данных Видеоофлюороскопическое исследование глотания (VFSS). Интернет: Американская ассоциация речи, языка и слуха.
  15. ^ Граминья, Гэри. 2006. Как проводить видеофлюороскопические исследования глотания.GI Motility онлайн изд. Радж Гойал и Реза Шейкер, н.п. .. Часть 1; (GI Motility онлайн). Веб: Природа.
  16. ^ а б Вестбери, Джон. 1991. Значение и измерение положения головы во время экспериментов по производству речи с использованием системы микролучей рентгеновского излучения. Журнал Акустического общества Америки 89. 1782 – 1793.
  17. ^ Вестбери, Джон. Июнь 1994 г. История XRMB. Справочник пользователя базы данных по производству речи с помощью рентгеновских микролучей, 4–7. Университет Висконсина.

внешние ссылки