舌部超声成像：言语发音错误评估与矫治的教程

摘要

超声成像可用于实时显示言语过程中舌头的形态和运动。这些图像可用于确定言语声音错误的性质。在临床人群中，利用舌头的视觉反馈可促进言语声音产生的改善。

摘要

诊断性超声成像在医学实践中已有数十年的广泛应用。它为观察人体内部结构提供了一种安全且有效的成像方法。近年来，超声技术在可视化言语过程中舌部形态与运动方面的应用日益增多，无论是在正常言语者还是临床人群中均得到广泛应用。言语超声成像极大地拓展了我们对舌部发音（即舌音）产生机制的理解。这类信息对言语语言病理学家尤为宝贵。除其他优势外，超声图像可在言语治疗过程中用于提供（1）典型发音的示范模型即 正确"）发音时的舌位构型，以及（2）了解异常发音的言语构音特征的途径。这些图像还可作为临床人群学习区分正确发音与错误发音的额外反馈来源，有助于建立更有效的构音习惯。

随着用户专业水平的提高以及设备成本的降低，超声反馈正越来越多地被科研人员和临床医生所采用。本教程介绍了在临床环境中采集舌部超声图像的操作方法。我们以美国英语中一个常见的错误发音/r/为例，详细说明这些操作流程。通过正确与错误的/r/音超声图像，演示以下四个方面：（1）如何解读超声图像；（2）如何评估发音过程中舌头的形态；（3）如何对舌头形态错误进行分类；（4）如何提供视觉反馈以引导产生更准确且具有功能性的舌形。本文还提供了一个使用实时舌部超声图像进行视觉反馈以矫正语音错误的示例方案。此外，展示了示例数据，以说明该方法的应用效果。

引言

在临床和科研领域，超声成像越来越多地被用于为言语障碍个体提供可视化生物反馈干预。对于言语-语言病理学家而言，超声成像的一个重要用途是在对言语障碍个体进行干预时作为可视化生物反馈工具。在言语-语言病理学家的指导下，学习者可以观察自己舌头形态和运动的实时视频，并讨论这些图像与正确发音所需的舌部运动之间的差异。为了有效开展此类干预，使用者必须具备实时解读舌头运动过程中超声图像的能力。了解典型说话者所使用的正常发音模式范围，是识别错误舌形的基础。

本文所述方法涉及：（a）采集舌部的超声图像，（b）解读与正确和错误发音相关的超声图像，以及（c）利用实时超声成像作为视觉生物反馈来源，以促进存在语音错误的个体改善言语发音。尽管超声可用于可视化多种舌部音素，但本文示例将重点聚焦于/r/音（如red car中的发音）的舌部超声图像，该音素被描述为美国英语学习儿童中最常见的残余错误发音¹。此外，这也是迄今为止在超声临床应用中研究最为广泛的语音^2-14。

言语（重）建治疗的一个重要目标是通过教授产生听觉上恰当的目标音或音节序列的发音动作模式，来促进更清晰可懂的言语。因此，了解正常言语过程中以及言语错误产生时的舌部动作至关重要。舌部的实时可视化在鼓励说话者调整发音动作方面可发挥重要作用，因为它为临床医生和患者提供了言语过程中实际发生情况的共同参照。若缺乏舌部的实时可视化，就只能依赖静态图片或对目标舌位构型的口头描述，来帮助理解期望的发音行为。在基于图式的运动学习模型中，关于言语过程中舌部运动的视觉信息被视为一种形式 "操作知识" 反馈即 它提供了有关所发生运动的具体定性信息）¹⁵先前的研究表明，详细的绩效反馈信息有助于习得新的运动程序。¹⁶.

与其他用于观察言语的成像技术相比，超声具有多项优势。利用超声，可快速显示从舌尖到舌根的完整舌面轮廓。超声成像的准备工作通常耗时不到一分钟。

相比之下，电子腭位图（EPG）需要制作牙模并定制个性化的假腭（可能需要数周时间），且说话者需要一段时间来适应佩戴假腭后的发音¹⁷。此外，EPG仅能显示假腭覆盖区域内的舌-腭接触情况，无法呈现舌根部位或舌头的整体形态，这限制了EPG在言语构音特征分析中的应用范围。

另一种替代方法是电磁发音描记术（EMA），该技术可提供有关舌形和舌部运动的一般信息¹⁸。然而，EMA 需要将传感器粘附于舌头及其他结构上，因此此类舌部成像的准备工作可能需要 20 - 30 分钟 ，并不适合作为频繁使用的可行方法。因此，超声成像可能被视为更为实用的选择。

在针对/r/发音错误评估与治疗的临床研究特定背景下，已有若干研究报道了超声技术在以下人群中的应用：特发性言语音素障碍个体^{2,10,11,13,19}、听力障碍个体²⁰、儿童期言语失用症患者^12,21，以及脑血管意外后获得性言语失用症患者²²。此外，也有研究报道使用超声治疗其他舌位音素（如/s k g l ʃ ʧ/）的发音错误^23,24。其他可能适用该技术的人群包括腭裂相关言语障碍个体，以及正在学习非母语语音发音的个体²⁵。

超声成像在临床上也可能具有诊断价值，例如，用于描述舌部形态的异常^26,27，或识别言语障碍中难以察觉或隐匿的发音差异^28,29。如果需要获取并比较精确的发音运动测量数据，则必须稳定超声探头，以确保测量所用的坐标空间保持相对恒定。然而，普遍认为，未加稳定的探头所获得的信息已足以满足临床诊断和治疗应用的需求，而本文的重点正是此类临床应用。

方案

伦理声明。在研究中使用时，采集超声图像前必须始终获得儿童的知情同意和/或知情同意书。在临床使用时，应告知患者超声成像的目的。尽管诊断性超声成像被认为是"最小风险"³⁰，但操作者在使用超声时应始终遵循 ALARA 原则，即超声暴露应尽可能保持在"合理可行的最低水平"³¹。这包括在成像过程中限制声学功率以及缩短暴露时间。例如，若超声用于提供视觉反馈，但受试者并未关注该视觉反馈时，则应谨慎停止成像。

1. 采集舌部超声图像

注意：技术考虑。诊断用超声探头可用于舌部成像。建议用于舌部临床成像的频率范围约为 3 - 8 MHz，帧率约为每秒 30 帧³²。
注意：以下说明适用于配备 C6-2 探头的诊断超声系统（参见材料表），该探头是基于对该系统可用的多个探头所采集超声图像的视觉比较后选定的。这些说明改编自该设备的诊断超声系统参考手册，旨在为一种超声设备提供示例性说明。目前存在多种其他超声系统，用户应参考其特定设备的操作手册。

1. 打开机器。开机后，观察屏幕上自动显示的二维成像模式。
   1. 等待系统完成自诊断和校准测试。
      注意：可通过调整仪器设置来优化临床医生的视野，从而调节自动显示的图像。由于超声在言语治疗中的应用较新，通常设备中并未预装适用于言语过程中舌面成像的设置，这些设置必须由制造商代表（推荐方式）或临床医生自行安装。为确保言语治疗过程中对舌头进行安全且准确的成像，使用正确的设置至关重要。
      注意：用户应熟悉所用超声设备的基本操作，确保理解如何调节所有控制参数，包括深度、强度和对比度，以获得最佳图像。出于安全考虑，功率应设置在合理可行的最低水平，并通过增益调节来补偿低功率设置。
   2. 如需使用系统预设功能，请按下键盘上的“PRESETS”键。
   3. 观察预设界面，查看屏幕左侧的菜单项和右侧的选项。
   4. 使用轨迹球将光标移至屏幕左侧的菜单项，然后按下控制面板上的“SET”键，查看所选菜单项的更多选项。
   5. 如需保存更改并退出系统预设，请点击屏幕底部的“SAVE”按钮。
      注意：表1列出了视频中图像所使用的设置。请注意，深度取决于换能器。这些设置是在与西门子公司协商后确定的。
2. 在超声换能器上涂抹少量超声耦合剂。
3. 让受试者舒适地坐在椅子上，双脚平放于地面，背部挺直，下巴略微前伸。
4. 为获取矢状面图像并从舌尖到舌根完整观察舌头，应将换能器垂直放置，紧贴下颌下方皮肤，并施加适度但不引起不适的压力。将换能器对准下颌骨颏棘与舌骨之间的中线位置。
5. 开始使用超声进行扫描。
6. 观察屏幕，确认换能器方向是否正确。在这些矢状面图像中，舌头前端显示在屏幕右侧，后端显示在左侧。根据需要观察的舌部区域，可将超声换能器略微向前或向后倾斜。
   注意：某些设备的默认设置会显示倒置的超声图像。用户应检查设备的默认设置，并根据需要进行调整。
7. 指导受试者吞咽，以帮助确定舌头相对于腭部的位置。
8. 获取冠状面图像，以从左到右观察舌头。采集冠状面图像时，将超声换能器旋转90度。指导受试者持续发出需要舌面中线沟化的音素，例如 /r, s, z, ʃ/。为观察不同发音时的舌沟形态，可能需要轻微调整换能器的前后位置。
9. 成像完成后，擦去多余的耦合剂，并使用经超声认证的消毒湿巾或清洁喷雾清洁换能器。

2. 舌头超声图像的解读

1. 矢状面图像的基本解读
   1. 在矢状面视图中，观察位于两块对超声不透的骨性结构所形成的声影之间的舌体：下颌骨（前方）的声影和舌骨（后方）的声影。在舌部成像过程中，至少应看到其中一个解剖标志，最好两者均可见。
      注意：如果舌尖下方有空气存在（舌尖伸出时通常会出现这种情况），超声图像上将无法看到舌尖的最末端。
   2. 指导参与者发出齿龈音和软腭音，例如 /t d n/，然后发出 /k g/。这有助于参与者和临床医生识别图像中哪一侧为前部（舌尖）以及哪一侧为后部（舌背）。
2. 正确发出/r/音
   1. 指导参与者发出并持续发出/r/音。在正确发出/r/音的矢状面图像中，舌尖前部会上抬。舌背的后部向后倾斜，这是正确发出/r/音的特征。注意，如果探头偏离中线或发生旋转，图像将发生变化，可能无法解读。
      注意：如果制备过程是一个 "反折" /r/时，舌尖会抬向硬腭，此时舌尖的影像可能会消失，或表现为伪影例如，舌尖似乎通过上腭抬起）。在经典情况下 "成束的" /r/ 发音时，舌尖和/或舌叶呈水平状或向下倾斜指向口腔底部，但舌背前部会抬高。在这两种情况下，舌头抬高的部分都会缩小舌面与硬腭之间的空气通道，即形成声道的狭窄部位。这一狭窄的位置决定了英语 /r/ 主要的腭部发音部位。
   2. 当受试者持续发出/r/音时，观察舌根部。
      注意：根据所使用的超声探头类型，可能需要将探头向舌骨方向后倾。感知上准确的英语/r/音需要舌根向后咽壁回缩，在声道中形成次级狭窄。后咽壁通常无法通过超声成像直接观察，但可通过间接征象推断舌根回缩：若舌根回缩，前部狭窄后方的舌面坡度将较为平缓。
   3. 将探头旋转90度以获得冠状面图像。将探头置于舌体最高点附近的大致位置——即矢状面上下颌与咽喉之间约三分之一处。
      注意：当受试者持续发出/r/音时，通常可见舌侧缘有所抬高。尽管牙齿不可见，但发出卷舌型/r/音的个体常会感觉到舌后部与后方磨牙存在一定程度的接触。
3. 使用超声评估/r/音的发音畸变
   1. 指导受试者模仿并持续发出/r/音。
      注意：在 /r/ 音扭曲发音的矢状面图像中，舌尖部分通常较低，舌背通常高而靠后。舌根回缩常缺失，这通常表现为前部狭窄区域后方的舌形具有陡峭或近乎垂直的斜率。
   2. 指导参与者模仿多个音节中的 /r/ 音，例如 /ɝ, ɑr, ɪr, rɑ, ri, ru/。记录听觉上发音正确的语境，并识别与正确和错误发音相关的舌形特征。
      注意：方言差异会影响发音，这些示例适用于美式英语。
   3. 将探头旋转90度以获得冠状面图像，观察舌的侧缘。重复发出如 /ɝ, ɑr, ɪr, rɑ, ri, ru/ 等音节。当受试者持续发出变形的 /r/ 音时，舌的侧缘常在一侧或双侧保持低位。

3. 使用实时超声图像提供反馈以纠正言语发音错误

1. 指导受试者正确放置超声探头。若受试者能够自行操作，可由其手持超声探头；否则，由临床研究人员手持探头，或将探头固定于麦克风支架上以保持稳定，随后让受试者前倾，将下颌置于支架上并保持稳定压力。
   注意：探头可能会发生滑动。临床医生应警惕探头偏离正中矢状面，向两侧移动，因为图像会变得不一致且更难解读。
2. 通过讲解舌头的各个部位，指导参与者识别矢状面超声图像。参与者应能够在矢状面超声图像上描画示例性的舌轮廓。指导参与者了解，发音 /r/ 需要在口腔前部形成狭窄区，同时在咽部后方形成咽狭窄。
   注意：通常建议指导受试者分别识别舌尖、舌叶、舌背和舌根，因为这些部位对应舌部可独立活动的区域。
3. 要求受试者指出实时超声图像中代表前侧和后侧的一侧， "舌前部" 和 "舌根部"
4. 使用图示、超声图像或磁共振图像向受试者介绍/r/音的不同舌形³³明确标出口腔和咽部收缩的位置，同时指出每种舌形都略有不同。
   注意：有关正确/r/发音图像的解读，请参见2.2.1和2.2.2
5. 要求受试者描述在矢状切面上可见的 /r/ 音产生的两个主要狭窄部位。如果受试者无法识别前述的口腔和咽部狭窄，则继续给予指导。
   注意：参与者应能够描述3.4中所述内容，表明舌前部有一定抬升，且舌根向后移动（如2.2.1和2.2.2所述）。
6. 将受试者引导至冠状面超声图像。指导受试者从左至右描述期望的舌体形态。要求受试者勾画舌体形状，标出左侧和右侧边缘以及中线沟。请受试者说明所期望的形态。
7. 通过提供语音提示，模仿不同的舌尖形状，尝试在单独发音或音节中发出正确的/r/音。
   注意：提供以下内容可能会有所帮助 "靶点" 在屏幕上显示目标图像，供参与者在发出/r/音时进行匹配。目标图像可通过光标生成，或通过在屏幕上方的透明片上绘制来生成。提供明确的指导说明，例如 "如果舌位线与红色目标线不匹配，尝试调整发音方式。改变发音时的舌位，重点注意使舌背下降。" 等等。 详见补充材料1中的发音器官位置提示示例。
8. 让参与者在几次尝试后，说明自己哪些操作正确或错误。
9. 如有必要，在观察视觉反馈的同时，可采用/l/到/r/或/ɑ/到/r/等标准构音训练策略。
10. 正确成像后，按下暂停按钮以冻结图像。讨论正确图像与之前错误成像之间的差异。
11. 在整个训练过程中，安排不使用超声波的练习环节，以提供休息时间，并在无法获得视觉反馈的情况下促进言语的泛化应用。
    注意：随着参与者发音准确性的提高，应逐步增加语言复杂性，从音节过渡到单词、短语和句子，并逐步减少反馈量，以促进泛化。
    注意：应定期监测言语目标的准确性。可通过个体（最好是不知晓治疗状态的个体）对超声训练中发音的录音进行听觉感知评估来实现。

结果

图1展示了9岁女性被试发出正确/r/音时的矢状面超声图像。这些超声图像与同一位被试的磁共振图像配对呈现，以显示两种技术所观察到的相似舌形。

图 1：一名参与者正确发出美式英语 /r/ 音时的磁共振成像矢状位图像，以及同一参与者的舌部超声图像（右下角）。 所有图像中，图像右侧代表前部，左侧代表后部。请注意舌前部的抬高（右箭头）和舌背部的下降（左箭头）。

讨论

方案中的关键步骤

必须获得如步骤1.3和1.6所述的清晰、可解读的图像。图像质量差会使整个操作失去意义。此外，参与者必须充分了解屏幕上所显示的内容。因此，在提供视觉反馈训练之前，应特别强调如步骤3.2所述对参与者进行图像定向说明。此外，步骤3.10要求清晰描述参与者在感知准确与感知不准确时舌形之间的差异，这是提高特定说话者对目标舌形意识的关键步骤。

修改与故障排除

图像质量至关重要。当图像质量下降时，可能需要重新涂抹凝胶和/或检查探头是否与皮肤保持稳定接触。

此外，重要的是要识别图像是否未能反映用户预期的内容。例如，在采集矢状面图像时，如果探头置于正中矢状面（即， 沿头部中线向下），图像将显示舌体中线上的纵沟。若探头置于侧面，图像则会更多显示舌体的侧缘。超声图像的整体形态 "明亮的白色线条" 如果图像显示了更多的沟槽部分或更多的舌侧部分，图像会有所不同，但不会完全相同。因此，使用者应定期检查探头...

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
配备 C6-2 探头的 ACUSON X300  超声设备	Siemens	Acuson X300
Trasceptic 喷雾剂	Parker labs	PLI 09-25
Acquasonic 100 超声耦合凝胶	Parker labs	01-08