Summary
הערכות המטרה של המנגנונים הפיזיולוגיים תמיכה בנאום יש צורך לעקוב אחר התקדמות המחלה אצל אנשים עם ALS ו לכמת את השפעות הטיפול בניסויים קליניים. בסרטון הזה, אנו מציגים מקיף, מכשור מבוססי פרוטוקול לכימות מנוע הביצועים דיבור בקרב אוכלוסיות קליניות.
Abstract
שיטות משופרות להערכת פגיעה ממחלת נחוצים האצת האבחון של חוסר תפקוד ממחלת ב-ALS, לחיזוי התקדמות המחלה ברחבי תת הדיבור, להתמודדות עם צורך קריטי עבור מדדי התוצאה רגיש מתמשך ניסויים טיפול ניסיוני. כדי לענות על צורך זה, אנו להשיג פרופילי האורך של פגיעה ממחלת ב 100 אנשים המבוססת על הערכת מכשור מבוסס מקיף אשר מודד אובייקטיבי תשואה. באמצעות גישות אינסטרומנטלי לכמת נאום הקשורות התנהגויות חשוב מאוד בתחום זה מסתמך בעיקר על הסובייקטיביות, שמיעתי-תפיסתי צורות דיבור הערכה 1. פרוטוקול הערכה שלנו מודד את הביצועים על פני כל המערכות הנאום, הכוללים הנשימה, phonatory (בגרון), resonatory (velopharyngeal), ו articulatory. המשנה articulatory מחולק מרכיבי הפנים (הלסת השפה), וכן את הלשון. מחקר קודם הציע כי כל נאום המשנה מגיב אחרת מחלות נוירולוגיות כמו ALS. הפרוטוקול הנוכחי נועד לבדוק את הביצועים של מערכת המשנה כל דיבור כמו עצמאי תת אחרים ככל האפשר. תת הנאום מוערכים בהקשר של שינויים גלובליים יותר ביצועים הדיבור. אלה מערכת הדיבור משתנים ברמה כוללים קצב דיבור מובנות הדיבור.
הפרוטוקול מחייב מכשור מיוחד, ותוכנות מסחריות אישית. תת הנשימה, phonatory ו resonatory מוערכים באמצעות לחץ זרימה (אווירודינמי) ושיטות אקוסטי. המשנה articulatory היא הוערכה באמצעות 3D מעקב טכניקות תנועה. מטרת הצעדים המשמשים לכמת פגיעה ממחלת הוקמו גם בספרות דיבור להראות רגישות לשינויים בתפקוד ממחלת עם התקדמות המחלה. התוצאה של ההערכה היא מקיפה, ביצועים, על פני המשנה פרופיל לכל משתתף. הפרופיל, בהשוואה האמצעים אותו המתקבל שולטת בריא, משמש למטרות אבחון. כרגע, אנחנו בודקים את רגישות וספציפיות של אמצעים אלה לצורך אבחון של ALS ו לניבוי קצב התקדמות המחלה. בטווח הארוך, endophenotype מעודן יותר ממחלת ה-ALS שמקורם בעבודה זו צפויה לחזק את המאמצים בעתיד לזהות את לוקוסים הגנטי של ALS ולשפר סגוליות אבחון וטיפול של המחלה כולה. ההערכה היא כי מטרת הפגינו וידאו זה ניתן להשתמש כדי להעריך מגוון רחב של לקויות מוטוריות הדיבור, כולל אלה הקשורים לפגיעה, שבץ מוח טראומטית, טרשת נפוצה, מחלת פרקינסון.
Protocol
I. ניתוח Subsystem
1. המשנה נשימה הנשימה / לדיבור
המשנה הנשימה מתבצעת הערכה באמצעות מערכת אווירודינמי Phonatory (PAS). המערכת מאפשרת הקלטה בו זמנית של הלחץ אוראלי, זרימת אוויר, ואקוסטיקה הדיבור (ראה לוח 1 עבור רשימה של ציוד יצרני). מסכת פנים חד פעמיות צינור חד פעמי לחץ חישה נחוצים הקלטות. לפני ההקלטה, ערוצי הזרימה והלחץ מכוילים על פי מפרט של היצרן.
- קיבולת ויטל (VC) הוא בנפח מרבי של אוויר כי הוא נשף הבאים שאיפה מקסימלית. VC מוערך באמצעות מסיכת פנים הפנויה המצורפת pneumotachograph.
- PAS פרוטוקול "ויטל קיבולת" נבחרה ההקלטה.
- המשתתף הוא הורה לשאוף כמו מרבית ככל האפשר, לנשוף לתוך מקסימאלי המסכה; את המשימה הוא חזר שלוש פעמים.
- נפח הנשיפה מרבי נגזר באמצעות תוכנת PAS.
- לחץ Subglottal (תהלים) הוא לחץ האוויר בתוך הריאות זמין לייצור של עיצורים "לחץ". תהלים מוערך בעקיפין על ידי מדידת לחץ שיא בפה במהלך הייצור של הרכבת הברה 2,3.
- PAS "הקוליות יעילות" פרוטוקול נבחרה ההקלטה.
- כדי להקליט את הלחץ במהלך אוראלי / הרשות /, הלחץ חישה הצינור ממוקם בתוך הפה על פני הלשון.
- מעברי האף הם occluded עם קליפ האף כדי למנוע זרימת פוטנציאל האף לברוח אוויר.
- המשתתף הוא הורה לשאוף בערך פי שניים מהסכום הרגיל שלהם ולומר / הרשות / לתוך מסכת הפנים. הברה / הרשות / הוא חזר שבע פעמים על נשיפה אחת, תוך שמירה על המגרש קולניות עקבית. שיעור נשמר 1.5 הברות בשנייה.
- לחץ פה שיא נמדדת במשך חמש (באמצע) חזרות / הרשות /. הממוצע של חמשת הפקות מתקבל לייצג תהלים במהלך נאום.
- מכיוון covaries תהלים עם רמת לחץ קול (SPL) 4,5, SPL נאסף גם כל הברה. הוא משמש לאחר מכן במהלך ניתוחים כמו covariate.
- נשימה דיבור מוערך במהלך נאום מחובר בעוד המשתתפים לקרוא פסקה תקן 60 מילים (נספח 1) שפותחו במיוחד עבור זיהוי מדויק, להשהות גבולות אוטומטי 6.
- PAS פרוטוקול "מקסימום Phonation" נבחרה ההקלטה.
- האות זרימת האוויר נאסף באמצעות מסכה חד פעמי כי הוא בכושר סביב הפנים.
- המשתתף הוא הורה לקרוא את הפסקה בקצב בנוח לדבר נורמלי שלהם קולניות.
- עקבות זרימת האוויר מיוצאים תוך ניתוח דיבור השהה מחוייט (SPA) 7 תוכנה ב-Matlab. בתוכנית זו, הפסקות בדיבור מחובר מזוהים. התוכנה מחשבת, בין אמצעים אחרים, להשהות זמן אחוזים, הוא מדד הזמן המוקדש השהייה בזמן קריאת הקטע.
2. Phonatory המשנה
המשנה phonatory מוערך באמצעות הקלטות קול באיכות גבוהה באמצעות הקלטה ציוד אקוסטי (טבלה 1).
- המיקרופון ממוקם כ -15 ס"מ מן הפה.
- סרטון האף משמש כדי למנוע את האפקט הפוטנציאלי של אי התאמה velopharyngeal על איכות phonation.
- משתתף מתבקש לייצר "Phonation מרבי". הוא או היא הורה לשאוף את הסכום המקסימלי של אוויר ואז phonate / a / על המגרש קולניות נורמליים ככל האפשר. משימה זו היא לתרגל לפחות פעם אחת לפני ההקלטה. חשיבותה של מתאמצות המרבי הוא הדגיש.
- משך phonation מרבי נמדד בשניות באמצעות waveform אקוסטי.
- Waveform אקוסטי דיגיטציה הוא נטען לתוך התוכנה פרופיל רב מימדי (MDVP) קול לניתוח. מדדי נטייה השתנות המרכזי של תדר היסוד (F0), רעש ל-יחס הרמוני (NHR) ו להתעצבן אחוזים, בין השאר, מתקבלים במשך חמש שניות באמצע ההפסקה phonation.
3. Resonatory המשנה
המשנה resonatory מוערך באמצעות Nasometer. מכשיר זה מורכב אוזניות עם צלחת לבלבל, אשר ממוקם תחת אפו ואת המפריד בין חללים הפה האף. שני מיקרופונים כי לזהות את אותות אקוסטיים הפה האף מחוברים משני צדי הצלחת.
- המכשיר הוא מכויל לפני כל הקלטה.
- אוזניות ממוקם על הראש עם הצלחת לבלבל נחים מעל השפה העליונה ממוקם במקביל grounד
- משתתף מתבקש לחזור על אחד "האף" (למשל, אמא עשה כמה ריבת לימון) ואחד "אי - האף" (למשל, קנה בובי גור) משפט שלוש פעמים בקצב דיבור קולניות הרגילה.
- מדדו את עוצמות של החלק הביע של אותות אקוסטיים הפה האף מומרים ציון nasalance, אשר מוגדר כיחס בין האנרגיה האף + / אקוסטי האף הפה, והוא מבוטא באחוזים. הציון nasalance משקף את חלקם היחסי של האנרגיה האף אל הפה אקוסטי בזרם הדיבור 8.
- התוכנה מחשבת Nasometer סטטיסטיקה תיאורית רבים מן צורת הגל nasalance.
- המרחק Nasalance, אשר נגזר על ידי הפחתת nasalance אומר מחושב על פני משפטים אוראלי (BBP) nasalance מן הממוצע עבור משפטים האף (MMJ) 9, יכול לשמש גם כמדד לפגיעה velopharyngeal.
4. המשנה Articulatory: Face
הפנים (שפתיים ולסת) תנועות רשומים 3D באמצעות ברזולוציה גבוהה, תנועה אופטי ללכוד מערכת 10. מצלמות אינפרא אדום וידאו דיגיטלי ללכוד את עמדותיהם של 15 סמנים רעיוני המצורפים הראש של כל משתתף והפנים בבית ציוני דרך אנטומיים ספציפיים. אות הדיבור אקוסטי מוקלט בו זמנית עם קינמטיקה הדיבור.
- המערכת מכויל לפני הקלטות על פי מפרט של היצרן.
- ארבעה סמנים מחוברים המצח של המשתתף באמצעות ראש הלהקה. סמנים מחוברים גם הגבה על ימין ועל שמאל, את הגשר קצה האף, ששר את הגבול של השפה העליונה והתחתונה, פינות על ימין ועל שמאל של הפה, וגם בשלושה מקומות שונים על הסנטר. זהו מערך סמן אופייני בשימוש בפרוטוקול זה, אך מספר בלתי מוגבל של סמנים ניתן להשתמש במערכת זו.
- משתתף מתבקש לקרוא משפטים וביטויים (ראה טבלה 2) בקצב דיבור הרגיל שלהם קולניות.
- "מנוחה" הקלטה קובץ מתקבל בשימוש שלאחר עיבוד לנרמל את ההבדלים בין מיקום הסמן הפעלות לביטוי מחדש של יחסי הנתונים על עקביות מבחינה אנטומית מבוססי מערכת קואורדינטות לפי הצורך.
- במהלך שלאחר עיבוד, תנועות של סמנים הפנים נבדקים שגיאות מעקב ראש מתוקן המבוסס על חיבור וחיסור של שני הרכיבים וקווית של תנועת הראש.
- הנתונים נטענים לתוך לרסק, תוכנה מבוססת Matlab שפותחו במעבדה שלנו. בתוך לרסק, הנתונים מסוננים ו מנותח. שיא מהירות התנועה נגזר זכר כל לשמש אינדיקטור העיקרי של פונקציה articulatory עבור הלסת והשפתיים. מהירות 3D מחושב כנגזרת מסדר ראשון של אויקלידס ההיסטוריה של כל מפרק מרחק הזמן לנפץ.
5. המשנה Articulatory: לשון
מעקב לשון מושגת באמצעות מכשיר מעקב אלקטרומגנטית (גל), אשר מתעדת את המיקום ואת הרוטציה של חיישנים המחוברים הלשון. בניגוד למעקב אחר תנועה אופטי המשמש שיא חיצוני, מבנים פנים, הטכנולוגיה האלקטרומגנטית מספק דרך מעקב מדויק אחר תנועות הלשון במהלך נאום 11. המערכת עושה שימוש בשילוב של 5 ו -6 מעלות-of-חופש (5DOF ו 6DOF) חיישנים כדי להקליט תנועות articulatory בנפח מכויל (30 x 30 x 30 ס"מ). נתוני התנועה ונתונים אקוסטי נרכשות בו זמנית.
- שני חיישנים המחוברים articulators באמצעות דבק שיניים (דבק חניכיים PeriAcryl). התייחסות אחת מחוברת לגשר האף על מנת להקליט תנועות הראש. אחת 5DOF חיישן קטן (מיקום 3D מדידות זוויתי 2D) מצורף הלשון על קו האמצע, כ 2 ס"מ האחורי עד קצה הלשון.
- כדי להשיג את תנועות הלשון שאינן תלויות הלסת הבסיסית, כל משתתף מצויד בלוק מוכנות לנשוך 5 מ"מ. הבלוק לנשוך עשוי מרק רעיל עיבוי (הנרי שיין).
- הבלוק לנשוך ממוקם בין הטוחנות בצד של הפה. מחרוזת המצורף כדי לחסום את לנשוך מאובטח על פניו של המשתתף כדי למנוע בליעה של גוש לנשוך.
- משתתף מתבקש לקרוא משפטים וביטויים (ראה טבלה 2).
- תנועות הלשון נרשמות יחסית למצב ראש.
- לאחר הרכישה, הנתונים מועברים לתוך לרסק, שם הוא נמוך לעבור סינון, מנותח על בסיס להתחקות אחר תנועה אנכית, ומשמשת כדי לחשב מהירות 3D. המהירות הממוצעת המקסימלית של התנועה במהלך כל אמירה היא דיווחה כמדד השינוי הקשורים למחלות של מפרק זה.
השנייה. ברמת המערכת הערכה
בנוסף המשנה ברמת המשתנים, הדיבור וקצב דיבור נמדדים. אלה מאהsures חיוניים מכיוון שהם הנוכחית קליני "סטנדרטים המטרה" אפיון ביצועים נאום ממחלת. הם מספקים אינדיקציה של מצב פונקציונלי של מערכת הפקת הדיבור כולה ולכמת את חומרת ליקוי בדיבור. אמצעים אלה מתקבלים באמצעות מובנות משפט מבחן (SIT) 12.
- לפני ההקלטה, רשימה אקראית של 10 משפטים של הגדלת אורך (5-15 מילים) מופק על ידי התוכנה SIT.
- המיקרופון ממוקם על הראש, כ -15 ס"מ מן הפה.
- משתתף מתבקש לקרוא את הרשימה בקצב דיבור הרגיל שלהם קולניות. משפטים נרשמות דיגיטלית ב 44.1k באמצעות רזולוציה של 16 סיביות.
- כמה שופטים מיומנים שאינם מכירים למשתתף לתמלל את המשפטים orthographically ולמדוד את משך המשפט.
- התוכנה מחשבת באופן אוטומטי SIT הדיבור, אשר דיווחו על כאחוז מילים עיבד נכונה מתוך המספר הכולל של מילים מיוצר. קצב דיבור הוא דיווח גם מספר המילים לקרוא לדקה.
| המשנה | ציוד / תוכנה | אות | רכישת הגדרות |
| הנשימה | מערכת אווירודינמי Phonatory (PAS), KayPENTAX, לינקולן פארק, ניו ג'רזי, ארה"ב | , לחץ אקוסטיות, וזרימה | קצב הדגימה = 200 הרץ, נמוך לעבור סינון = 30Hz |
| Phonatory | Compact Flash מקליט (למשל, PMD660), איכות מיקרופון מקצועי, SPL מטר, Extech מכשירים תוכנה: MDVP, KAYPentax | אקוסטי | קצב הדגימה = 44.01 kHz, 16 ביט Linear PCM |
| Resonatory | Nasometer, דגם 6400, KAYPentax | אקוסטי | קצב דגימה = 11,025 Hz |
| Articulatory: Face | הנשר דיגיטלית מערכת, Motion Analysis קורפ | Kinematic ואקוסטי | קצב הדגימה = 120Hz, נמוך לעבור סינון = 10Hz |
| Articulatory: לשון | גל, צפון Digital Inc, קנדה | Kinematic ואקוסטי | קצב הדגימה = לעבור 100Hz, נמוכה מסונן = 20Hz |
טבלה 1: רכישת מכשור הגדרות עבור איסוף נתונים מערכת משנה
| רמה | משימה | מדידות | הפניות & נורמות |
| הנשימה | VC | מרבית נפח הריאות הנשיפה | 13 |
| / הרשות / x 7 | Subglottal הלחץ | 2, 3 | |
| מעבר במבוק | השהה% זמן | 6, 7, 14 | |
| Phonatory | Phonation מרבי / a / | משך phonation מרבי, אומר להתעצבן F0, SNR | 15, 16, 17, 3 |
| Resonatory | אמא עשה כמה ריבת לימון, קנה בובי גור | Nasalance | 18, 19 |
| Articulatory: Face | קנה בובי כלבלב: תגיד _ שוב (עטלף, הגאות, לשמור, הכלי) | מהירות התנועה | 20, 21 |
| Articulatory: לשון | / ת"א / x 5, תגיד שוב מפית | ||
| ברמת המערכת | SIT, משפטים | מובנות דיבור וקצב דיבור | 12 |
טבלה 2: מדידות שהתקבלו המשנה כל משימה
נספח 1: מעבר במבוק
קירות במבוק מקבלים להיות מאוד פופולרי. הם חזקים, קל לשימוש, והוא נראה טוב. הם מספקים רקע טוב וליצור את האווירה בגנים היפניים. במבוק הוא עשב, הוא אחד העשבים ביותר הגדלה במהירות בעולם. סוגים רבים של במבוק גדלים באסיה, למרות שהוא גדל גם באמריקה. בשנה שעברה קנינו בית חדש כבר עובדים על גינות. ב עוד כמה ימים, נוכל לעשות עם הקיר במבוק באחד הגנים שלנו. נהנינו מאוד את הפרויקט.
Discussion
כאן אנו הפגינו פרוטוקול מקיף להערכת ממחלת (דיבור) תפקוד ב-ALS. הנתונים המתקבלים פרוטוקול זה משמשים כדי להשיג הבנה עמוקה יותר של איך מחא משפיע הפקת הדיבור. נתונים אלה משמשים גם כדי לזהות את האמצעים הרגישים ביותר של התקדמות המחלה. אמנם זה פרוטוקול בימים אלה המועסקים למחקר, הממצאים ממחקר זה ישמשו לפתח גישות יותר וחסכוניים ריאלי קלינית לכמת ממחלת מעורבות.
Disclosures
אין ניגודי אינטרסים הכריז.
Acknowledgments
עבודה זו נתמכה על ידי המכון הלאומי לבריאות בארה"ב, המכון הלאומי לחירשות והפרעות תקשורת אחרות, גרנט R01DCO09890-02, קרן קנדה עבור חדשנות (CFI-LOF # 15704), ו 'קונוט קרן, אוניברסיטת טורונטו. המחברים מבקשים להודות סינתיה דידיון, מילי Kuruvilla, קריסטה רודי, ולורי Synhorst לסיוע באיסוף הנתונים וניתוח; ואת קארה אולמן ליצירת סרטוני וידאו.
אנימציות נעשו על ידי הוצאת עץ כחול ( http://www.bluetreepublishing.com/ )
ספא ותוכנה לרסק הוא Matlab מבוסס ניתן לקבל באמצעות פנייה ירדן הירוק jgreen4@unl.edu.
ביקור במעבדות שלנו:
- ממחלת פונקציה מעבדה (Sunnybrook למדעי הבריאות מרכז בטורונטו, קנדה):
- הפקת דיבור מעבדה (אוניברסיטת נברסקה לינקולן):
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Phonatory Aerodynamic System (PAS) | KayPENTAX | ||
| Compact flash recorder | PMD660 | ||
| Professional quality microphone | |||
| SPL meter | Extech Instruments | ||
| MDVP | KayPENTAX | ||
| Nasometer | KayPENTAX | Model 6400 | |
| Eagle Digital System | Motion Analysis Corp. | ||
| WAVE | Northern Digital Inc, Canada |
References
- Ball, L. J., Willis, A., Beukelman, D. R., Pattee, G. L. A protocol for identification of early bulbar signs in amyotrophic lateral sclerosis. J. Neurol. Sci. 191, 43-53 (2001).
- Smitheran, J. R., Hixon, T. J. A clinical method for estimating laryngeal airway resistance during vowel production. J. Speech Hear. Disord. 46, 138-146 (1981).
- Baken, R. J., Orlikoff, R. F. Clinical Measurement of Speech and Voice. , Singular Publishing Group. San Diego. (2000).
- Stathopoulos, E. T. Relationship between intraoral air pressure and vocal intensity in children and adults. J. Speech Hear. Res. 29, 71-74 (1986).
- Gauster, A., Yunusova, Y., Zajac, D. Effect of speaking rate on measures of velopharyngeal function in healthy speakers. Clin. Linguist. Phon. 24, 576-588 (2010).
- Green, J. R., Beukelman, D. R., Ball, L. J. Algorithmic estimation of pauses in extended speech samples of dysarthric and typical speech. J. Med. Speech Lang. Pathol. 12, 149-154 (2004).
- Wang, Y., Green, J. R., Nip, I. S. B., Kent, R. D., Kent, J. F., Ullman, C. Accuracy of perceptually-based and acoustically-based inspiratory loci in reading. Behavior Research Methods. , Forthcoming Forthcoming.
- Fletcher, S. G. "Nasalance" vs. listener judgments of nasality. Cleft Palate J. 13, 31-44 (1976).
- Bressmann, T. Nasalance distance and ratio: Two new measures. Cleft Palate Craniofac. J.. 37, 248-256 (2000).
- Green, J. R., Wilson, E. M. Spontaneous facial motility in infancy: A 3D kinematic analysis. Dev. Psychobiol. 48, 16-28 (2006).
- Yunusova, Y., Green, J., Mefferd, A. Accuracy Assessment for AG500, Electromagnetic. Articulograph. J. Speech Lang. Hear.Res. 52, 556-570 (2009).
- Beukelman, D., Yorkston, K., Hakel, M., Dorsey, M. Speech Intelligibility Test. , Madonna Rehabilitation Hospital. Lincoln. (2007).
- Lyall, R. A., Donaldson, N., Polkey, M. I., Leigh, P. N., Moxham, J. Respiratory muscle strength and ventilatory failure in amyotrophic lateral sclerosis. Brain. 124, 2000-2013 (2001).
- Sapienza, C. M., Stathopoulos, E. T., Brown, S. Speech breathing during reading in women with vocal nodules. J. Voice. 11, 195-201 (1997).
- Hakkesteegt, M. M., Brocaar, M. P., Wieringa, M. H., Feenstra, L. Influence of age and gender on the dysphonia severity index. A study of normative values. Folia Phoniatr. Logop. 58, 264-273 (2006).
- Hakkesteegt, M. M., Brocaar, M. P., Wieringa, M. H., Feenstra, L. The relationship between perceptual evaluation and objective multiparametric evaluation of dysphonia severity. J. Voice. 4, 529-542 (2007).
- Robert, D., Pouget, J., Giovanni, A., Azulay, J. P., Triglia, J. M. Quantitative voice analysis in the assessment of bulbar involvement in amyotrophic lateral sclerosis. Acta Otolaryngol. 119, 724-731 (1999).
- Hardin, M. A., Demark, D. R. V. an, Morris, H. L., Payne, M. M. Correspondence between nasalance scores and listener judgments of hypernasality and hyponasality. Cleft Palate Craniofac J. 29, 346-351 (1992).
- Delorey, R., Leeper, H. A., Hudson, A. J. Measures of velopharyngeal functioning in subgroups of individuals with amyotrophic lateral sclerosis. J. Med. Speech Lang. Pathol. 7, 19-31 (1999).
- Tasko, S. M., Westbury, J. R. Speed-curvature relations for speech-related articulatory movement. J. Phon. 32, 65-80 Forthcoming.
- Yunusova, Y., Green, J. R., Lindstrom, M. J., Bal, L. J., Pattee, G. L., aZinman, L. Kinematics of disease progression in bulbar ALS. J Commun. Disord. 43, 6-20 (2010).
