Электромагнитная артикулография

Электромагнитная артикулография (ЭМА) — метод измерения положения частей рта . EMA использует сенсорные катушки, размещаемые на языке и других частях рта, для измерения их положения и движения во времени во время речи и глотания. Индукционные катушки вокруг головы создают электромагнитное поле , которое создает или индуцирует ток в датчиках во рту. Поскольку индуцируемый ток обратно пропорционален кубу расстояния, компьютер может анализировать производимый ток и определять местоположение сенсорной катушки в пространстве.

ЭМА используется в лингвистике и патологии речи для изучения артикуляции и в медицине для изучения орофарингеальной дисфагии . Другие методы использовались для изучения артикуляции и проглатывания с компромиссом в виде и объеме доступных данных. Палатография позволяет изучать артикуляции, которые соприкасаются с нёбом, например, некоторые языковые согласные , но в отличие от EMA, палатографы не могут предоставить данные о звуках, которые не контактируют с нёбом, например гласных. Рентгеноскопия и рентгеновский микролуч позволяют исследовать бесконтактные движения рта, такие как ЭМА, но подвергают субъектов ионизирующему излучению , что ограничивает объем данных, которые можно получить от конкретного участника.

Принципы работы

Способность наблюдать за движениями артикуляторов имела большое значение для изучения фонетики , чтобы понять, как производятся звуки. ^{[ 1 ]}

Электромагнитная артикулография использует принцип электромагнитной индукции для измерения положения и движения различных точек во рту и вокруг него. Шлем, содержащий электромагнитные передатчики, создает переменное магнитное поле, пропуская через передатчики токи различной частоты. Сенсорные катушки, расположенные посередине сагиттально во рту, производят ток, когда они движутся через магнитное поле, обратно пропорциональное кубу расстояния от передатчиков. ^{[ 2 ]} Наведенный ток меняется на той же частоте, что и катушка передатчика, и составной сигнал можно разделить, чтобы определить расстояние от каждой отдельной катушки, тем самым определяя положение датчика в пространстве. ^{[ 3 ]}^{[ 4 ]}

При двумерной артикулографии передающие катушки располагаются равносторонним треугольником вдоль среднесагиттальной плоскости на лбу, подбородке и шее. ^{[ 2 ]} Благодаря геометрической ориентации катушек передатчика точные показания могут быть получены до тех пор, пока катушки датчика, расположенные на языке, остаются в пределах примерно сантиметра от срединной сагиттальной плоскости и не наклонены более чем на 30 градусов. ^{[ 4 ]}

В артикулографах, способных проводить измерения в трех измерениях, используются шесть передающих катушек, имеющих сферическую форму. Датчики устроены таким образом, что ось сенсорной катушки никогда не бывает перпендикулярна более чем трем датчикам. Благодаря конфигурации передатчика и способности проводить измерения в нескольких измерениях трехмерные артикулографы могут выполнять измерения за пределами среднесагиттальной плоскости. Для 2D-артикулографов требуются ограничительные крепления на голову, чтобы голова субъекта не смещалась с плоскости измерения. Поскольку 3D-артикулографы могут проводить измерения за пределами среднесагиттальной плоскости, можно использовать менее ограничительное крепление на голову. ^{[ 5 ]}

Разработка двухмерных и трехмерных датчиков

Томас Хиксон был первым, кто описал использование электромагнитных принципов для измерения артикуляции. В своем письме редактору 1971 года, опубликованном в Журнале Акустического общества Америки , он описал установку, использующую две сенсорные катушки и одну генераторную катушку. Сенсорные катушки, прикрепленные ко лбу и задней части шеи, останутся неподвижными, в то время как катушка генератора, прикрепленная к челюсти, будет двигаться, создавая переменные токи в сенсорных катушках. Эти токи затем можно было бы 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 катушек датчика вызывает изменения индуцированного тока, которые могут искажать данные. ^{[ 1 ]} В 1987 году Пол Шенле и др. опубликовал улучшенную систему, в которой использовались три передающие катушки (аналог генераторной катушки Хиксона) и компьютерное программное обеспечение для триангуляции положения сенсорных катушек и учета наклона. ^{[ 1 ]} Однако современные двумерные системы по-прежнему не могут компенсировать наклон датчиков более 30 градусов, и измерения искажаются, если катушки датчика смещаются от центральной линии рта. ^{[ 2 ]}^{[ 4 ]} В 1993 году Андреас Зирдт опубликовал описание артикулографа, который сможет измерять движение в трех измерениях, хотя трехмерные артикулографы стали коммерчески доступны только примерно с 2009 года. ^{[ 5 ]} В концепции Зирдта шесть передающих катушек располагались на равном расстоянии друг от друга. Поскольку сенсорные катушки являются диполями , когда они перпендикулярны передающей катушке, индуцируемый ток равен нулю, поэтому Зирдт расположил передающие катушки под углом так, чтобы при любом заданном вращении сенсорной катушки оно не было перпендикулярно более чем трем передающим катушкам, что позволяет не менее трех катушек передатчика для триангуляции положения датчика. ^{[ 5 ]}^{[ 7 ]}

Влияние на субъектов

Поскольку сенсорные катушки размещаются на языке субъекта, артикуляция может быть нарушена в зависимости от расположения катушек, но сравнительный анализ не показал, изменяется ли артикуляция из-за катушек. Катушки имеют размер около 3 мм и не считаются особенно большим источником погрешностей измерений. Некоторые исследователи обнаружили, что сенсорные катушки, расположенные на кончике языка, раздражают испытуемых, что может привести к нарушению артикуляции. Аналогичным образом, 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. В руководящих принципах предел безопасного непрерывного воздействия составляет от 100 до 200 мкТл. ^{[ 9 ]} Поле и частоты, выдаваемые электромагнитными артикулографами, сравнимы с теми, которые выдают компьютерные терминалы, при этом максимальное измеренное значение составляет около 10 мкТл.

Альтернативные методы

Электромагнитной артикулографии предшествовали различные диагностические методы.

Палатография и электропалатография

И палатография , и электропалатография измеряют контакт языка с небом и, таким образом, не могут измерить артикуляции, которые не соприкасаются с небом, например гласные . ^{[ 10 ]}

Палатография предполагает нанесение на язык цветного вещества, которое затем переносится на небо во время артикуляции. Затем делается снимок неба, чтобы зафиксировать место контакта, и, если необходимо сделать еще одну палатограмму, рот промывают и язык перекрашивают. Это особенно недорогой метод, который часто используется в полевых работах, поэтому сбор больших объемов данных может оказаться затруднительным. ^{[ 10 ]}^{[ 11 ]}

Электропалатография предполагает использование специально подобранного искусственного неба с электродами, измеряющими контакт. Несмотря на возможность записи нескольких контактов, искусственное небо может препятствовать или мешать артикуляции, и для каждого пациента требуется индивидуально подобранное небо. ^{[ 12 ]}

Видеофлюороскопия

Видеофлюороскопия использует рентгеновское излучение для создания движущихся изображений рта во время артикуляции или глотания. Он считается золотым стандартом в исследованиях дисфагии из-за его способности снимать видео всего пищеварительного тракта во время глотания. ^{[ 13 ]} Его часто используют для изучения и лечения аспирации пищи, определения того, какие части пищеварительного тракта работают со сбоями во время глотания и положений, в которых глотание легче всего. ^{[ 14 ]} Собрать можно лишь ограниченные данные, поскольку сеансы обычно ограничиваются тремя минутами из-за опасности радиационного воздействия. ^{[ 4 ]}^{[ 15 ]} и это не позволяет провести детальный анализ движений языка.

Рентгеновский микролуч

Подобно видеофлюороскопии, рентгеновские микролучевые исследования используют излучение для изучения движений артикуляторов. Золотые гранулы размером от 2 до 3 мм помещаются в рот и вокруг него, подобно спиралям, используемым в ЭМА. Воздействие радиации ограничивается использованием компьютерного программного обеспечения для фокусировки узких рентгеновских лучей, около 6 мм. ², на гранулах и отслеживать их движение. ^{[ 16 ]} Как и ЭМА, рентгеновские микролучевые исследования ограничены размещением гранул. Несмотря на то, что система способна минимизировать радиационное воздействие, она в значительной степени недоступна, поскольку она уникальна для Университета Висконсина . ^{[ 4 ]}^{[ 16 ]}^{[ 17 ]}

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б ^с Шенле, Пауль; Гребе, Клаузе; Вениг, Питер; Хёне, Йорг; Шредер, Йорг; Конрад, Бастиан (1987), «Электромагнитная артикулография: использование переменных магнитных полей для отслеживания движений нескольких точек внутри и снаружи голосового тракта», Brain and Language , 31 (1): 26–35, doi : 10.1016/0093-934X (87)90058-7 , PMID 3580838
^ Jump up to: ^а ^б ^с Чжан, Цзе; Мэддисон, Ян; Чо, Тэхонг; Барони, Марко (1999), Артикулограф AG100, электромагнитный анализатор артикуляции, самодельное руководство Лаборатория фонетики Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе , Интернет: Калифорнийский университет в Лос-Анджелесе , получено 9 июля 2015 г.
^ Маассен, Бен; ван Лисхаут, Паскаль (2010), Управление речевой моторикой: новые разработки в фундаментальных и прикладных исследованиях , Оксфорд: Oxford University Press, стр. 325, ISBN 978-0-19-923579-7 , получено 16 ноября 2015 г.
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и Стил, Катриона (2004), «Использование электромагнитной среднесагиттальной артикулографии в изучении глотания», Журнал исследований речи, языка и слуха , 47 (2): 342–352, doi : 10.1044/1092-4388 (2004/027) ) , HDL : 1807/17676 , PMID 15157134
^ Jump up to: ^а ^б ^с Юнусова Яна; Грин, Джордан; Мефферд, Антье (2009), «Оценка точности электромагнитного артикулографа AG500», Журнал исследований речи, языка и слуха , 52 (2): 547–555, номер документа : 10.1044/1092-4388 (2008/07-0218) , ПМК 2866108 , ПМИД 18723596
^ Хиксон, Томас (1971), «Электромагнитный метод преобразования движений челюсти во время речи», Акустическое общество Америки , 49 (2B): 603–606, Бибкод : 1971ASAJ...49..603H , doi : 10.1121/1.1912395
^ Зирдт, Андреас (1993), «Проблемы преобразования электромагнитного положения для трехмерной артикулографической системы измерения», Институт фонетики и лингвистической коммуникации Мюнхенского университета - отчеты об исследованиях , 31 : 137–141
^ Хардкасл, Уильям; Хьюлетт, Найджел (2006), Коартикуляция: теория, данные и методы , Кембриджские исследования в области речи и коммуникации, Издательство Кембриджского университета
^ Бернхардт, Дж. Х. (1988), «Установление частотно-зависимых пределов для электрических и магнитных полей и оценка косвенных эффектов», Радиационная и биофизика окружающей среды , 27 (1): 1–27, Бибкод : 1988REBio..27.... 1B , doi : 10.1007/BF01211106 , PMID 3281184
^ Jump up to: ^а ^б Андерсон, Виктория; Барджам, Патрик; Боуэн, Роберт; Перцова, Катя (2003), Практические вопросы , Статическая палатография, Интернет: Лингвистика Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе , дата обращения 7 июля 2015 г.
^ Андерсон, Виктория; Барджам, Патрик; Боуэн, Роберт; Перцова, Катя (2003), Палатограммы , Статическая палатография, Интернет: Лингвистика Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе , получено 7 июля 2015 г.
^ Тутиос, Астериос; Маргаритис, Константинос (2005), «Об акусто-электропалатографическом картировании», Фаундез-Зануй, Маркос; Джанер, Леонар; Эспозито, Анна; Сатуэ-Вильяр, Антонио; Рур, Жозеп; Эспиноза-Дуро, Вирджиния (ред.), Нелинейный анализ и алгоритмы обработки речи , Барселона, Испания: Международная конференция по нелинейной обработке речи, стр. 186–195.
^ Ольтхофф, Арно; Чжан, Шуо; Швейцер, Рената; Фрам, Йенс (2014), «О физиологии нормального глотания, выявленной с помощью магнитно-резонансной томографии в реальном времени», Gastroenterology Research and Practice , 2014 : 1–10, doi : 10.1155/2014/493174 , PMC 3944779 , PMID 24693283
^ Видеофлюороскопическое исследование глотания (VFSS) , Интернет: Американская ассоциация речи, языка и слуха , данные получены 24 июля 2015 г. {{citation}}: CS1 maint: год ( ссылка )
^ Граминья, Гэри Д. (16 мая 2006 г.). «Как проводить видеофлюороскопические исследования глотания» . Моторика желудочно-кишечного тракта онлайн . Издательская группа «Природа». doi : 10.1038/gimo95 (неактивен 16 июля 2024 г.). {{cite journal}}: CS1 maint: DOI неактивен по состоянию на июль 2024 г. ( ссылка )
^ Jump up to: ^а ^б Вестбери, Джон (1991), «Значение и измерение положения головы во время экспериментов по воспроизведению речи с использованием рентгеновской микролучевой системы» , Журнал Акустического общества Америки , 89 (4): 1782–1793, Бибкод : 1991ASAJ.. .89.1782W , doi : 10.1121/1.401012 , PMID 2045587 , получено 24 июля 2015 г.
^ Вестбери, Джон (июнь 1994 г.), «История XRMB», Справочник пользователя базы данных по производству речи с использованием рентгеновских микролучей , Университет Висконсина, стр. 4–7.

Внешние ссылки

Электромагнитный артикулограф (EMA) в Центре исследований мозга, языка и музыки на YouTube

[Schoenle1987-1] Jump up to: ^а ^б ^с Шенле, Пауль; Гребе, Клаузе; Вениг, Питер; Хёне, Йорг; Шредер, Йорг; Конрад, Бастиан (1987), «Электромагнитная артикулография: использование переменных магнитных полей для отслеживания движений нескольких точек внутри и снаружи голосового тракта», Brain and Language , 31 (1): 26–35, doi : 10.1016/0093-934X (87)90058-7 , PMID 3580838

[ManualUCLA-2] Jump up to: ^а ^б ^с Чжан, Цзе; Мэддисон, Ян; Чо, Тэхонг; Барони, Марко (1999), Артикулограф AG100, электромагнитный анализатор артикуляции, самодельное руководство Лаборатория фонетики Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе , Интернет: Калифорнийский университет в Лос-Анджелесе , получено 9 июля 2015 г.

[3] Маассен, Бен; ван Лисхаут, Паскаль (2010), Управление речевой моторикой: новые разработки в фундаментальных и прикладных исследованиях , Оксфорд: Oxford University Press, стр. 325, ISBN 978-0-19-923579-7 , получено 16 ноября 2015 г.

[Steele2004-4] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и Стил, Катриона (2004), «Использование электромагнитной среднесагиттальной артикулографии в изучении глотания», Журнал исследований речи, языка и слуха , 47 (2): 342–352, doi : 10.1044/1092-4388 (2004/027) ) , HDL : 1807/17676 , PMID 15157134

[Yunusova2009-5] Jump up to: ^а ^б ^с Юнусова Яна; Грин, Джордан; Мефферд, Антье (2009), «Оценка точности электромагнитного артикулографа AG500», Журнал исследований речи, языка и слуха , 52 (2): 547–555, номер документа : 10.1044/1092-4388 (2008/07-0218) , ПМК 2866108 , ПМИД 18723596

[Hixon1971-6] Хиксон, Томас (1971), «Электромагнитный метод преобразования движений челюсти во время речи», Акустическое общество Америки , 49 (2B): 603–606, Бибкод : 1971ASAJ...49..603H , doi : 10.1121/1.1912395

[Zierdt1993-7] Зирдт, Андреас (1993), «Проблемы преобразования электромагнитного положения для трехмерной артикулографической системы измерения», Институт фонетики и лингвистической коммуникации Мюнхенского университета - отчеты об исследованиях , 31 : 137–141

[Hardcastle2006-8] Хардкасл, Уильям; Хьюлетт, Найджел (2006), Коартикуляция: теория, данные и методы , Кембриджские исследования в области речи и коммуникации, Издательство Кембриджского университета

[9] Бернхардт, Дж. Х. (1988), «Установление частотно-зависимых пределов для электрических и магнитных полей и оценка косвенных эффектов», Радиационная и биофизика окружающей среды , 27 (1): 1–27, Бибкод : 1988REBio..27.... 1B , doi : 10.1007/BF01211106 , PMID 3281184

[Anderson2003b-10] Jump up to: ^а ^б Андерсон, Виктория; Барджам, Патрик; Боуэн, Роберт; Перцова, Катя (2003), Практические вопросы , Статическая палатография, Интернет: Лингвистика Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе , дата обращения 7 июля 2015 г.

[11] Андерсон, Виктория; Барджам, Патрик; Боуэн, Роберт; Перцова, Катя (2003), Палатограммы , Статическая палатография, Интернет: Лингвистика Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе , получено 7 июля 2015 г.

[12] Тутиос, Астериос; Маргаритис, Константинос (2005), «Об акусто-электропалатографическом картировании», Фаундез-Зануй, Маркос; Джанер, Леонар; Эспозито, Анна; Сатуэ-Вильяр, Антонио; Рур, Жозеп; Эспиноза-Дуро, Вирджиния (ред.), Нелинейный анализ и алгоритмы обработки речи , Барселона, Испания: Международная конференция по нелинейной обработке речи, стр. 186–195.

[Olthoff2014-13] Ольтхофф, Арно; Чжан, Шуо; Швейцер, Рената; Фрам, Йенс (2014), «О физиологии нормального глотания, выявленной с помощью магнитно-резонансной томографии в реальном времени», Gastroenterology Research and Practice , 2014 : 1–10, doi : 10.1155/2014/493174 , PMC 3944779 , PMID 24693283

[14] Видеофлюороскопическое исследование глотания (VFSS) , Интернет: Американская ассоциация речи, языка и слуха , данные получены 24 июля 2015 г. {{citation}}: CS1 maint: год ( ссылка )

[15] Граминья, Гэри Д. (16 мая 2006 г.). «Как проводить видеофлюороскопические исследования глотания» . Моторика желудочно-кишечного тракта онлайн . Издательская группа «Природа». doi : 10.1038/gimo95 (неактивен 16 июля 2024 г.). {{cite journal}}: CS1 maint: DOI неактивен по состоянию на июль 2024 г. ( ссылка )

[Westbury1991-16] Jump up to: ^а ^б Вестбери, Джон (1991), «Значение и измерение положения головы во время экспериментов по воспроизведению речи с использованием рентгеновской микролучевой системы» , Журнал Акустического общества Америки , 89 (4): 1782–1793, Бибкод : 1991ASAJ.. .89.1782W , doi : 10.1121/1.401012 , PMID 2045587 , получено 24 июля 2015 г.

[17] Вестбери, Джон (июнь 1994 г.), «История XRMB», Справочник пользователя базы данных по производству речи с использованием рентгеновских микролучей , Университет Висконсина, стр. 4–7.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]

[ 16 ]

[ 17 ]