延髓功能障碍肌萎缩性脊髓侧索硬化症（ALS）的综合评估议定书

Summary

评估，支持语音的生理机制的客观需要，以监测疾病的发病和进展与ALS的人，并量化在临床试验中的治疗效果。在这段视频中，我们提出了量化，在临床人群的讲话电机性能全面，仪器仪表为基础的协议。

Abstract

改进评估延髓减值方法，为加快在ALS延髓功能障碍的诊断，预测病情恶化跨讲话子系统，并为解决敏感正在进行的实验治疗试验结果措施的迫切需要的必要。为了满足这一需要，我们是一个全面的仪器为基础的评估措施，产量目标为基础的100人获得延髓减值的纵剖面。使用工具的方法来量化语音相关的行为，在一个主要依靠主观的，感性的^听觉言语评估1形式的领域是非常重要的。我们的评估协议的措施，在所有讲话子系统，其中包括呼吸，发声（喉），resonatory（腭咽），和关节的性能。关节子系统分为面部组件（下巴和嘴唇），和舌头。此前的研究曾建议每个语音子系统神经系统疾病如ALS的反应不同。目前的协议的目的是尽可能独立地从其他子系统的每个语音子系统的性能进行测试。讲话子系统在讲话性能全球变化的背景下进行评估。这些语音系统级变量包括语速讲话和可懂度。

该协议需要专门的仪器仪表，商业和定制软件。呼吸，发声，resonatory子系统采用压力流（气动）和声学方法进行评估。关节子系统是使用三维运动跟踪技术进行评估。所使用的量化延髓减值的客观措施已确立在讲话中文学和敏感性延髓功能与疾病进展的变化。评估的结果是一个全面的，跨子系统，每个参与者性能配置。与健康对照组中获得了同样的措施相比，配置文件，是用于诊断目的。目前，我们正在测试为ALS的诊断和预测疾病进展率，这些措施的敏感性和特异性。从长远来看，预计这项工作的延髓的ALS更精致endophenotype加强今后的努力，以确定ALS的基因位点和提高作为​​一个整体的疾病的诊断和治疗特异性。客观的评估，在此视频中演示可用于评估的讲话电机损伤的范围很广，包括中风，颅脑损伤，多发性硬化症，帕金森病有关的。

Protocol

一，子系统分析

1。呼吸子系统/呼吸讲话

呼吸评估子系统使用的发声空气动力学系统（PAS）。该系统可以同时录音，口头压力，气流，和语音声学（见设备和制造商名单表1）。一次性口罩和一次性管压力传感录音是必要的。录音之前，流量和压力的渠道是根据制造商的规格校准。

1. 肺活量（VC），是呼出的最大吸入的空气最大音量。 VC是评估使用一次性口罩，是连接到pneumotachograph。
   1. 考绩制度的“肺活量”协议被选中的记录。
   2. 指示参与者吸入最大限度地尽可能最大限度呼气成面具;任务是重复三次。
   3. 最大呼气量推导出保安局首席助理局长软件。
2. 声门下压力（PS）生产的“压力”辅音在肺部的空气压力。 PS被评为间接测量生产过程中的一个音节的^列车 2,3口的压力峰值。
   1. 考绩制度的“清浊效率”协议被选中的记录。
   2. 要记录在/ PA /压力传感管内口在舌头上表面定位的口头压力。
   3. 鼻腔闭塞用鼻夹，以消除潜在的鼻腔空气流量逃生。
   4. 参与者被指示吸入约两倍的正常量，并说，PA / /进入面罩。音节/ PA /重复七次之一呼气，同时保持一贯的音调和响度。率维持在1.5％，第二个音节。
   5. 五（中）/ PA /重复测量山顶的口头压力。这五个生产的平均获得代表在讲话PS。
   6. 由于PS声压级^{（SPL），4,5} covaries，声压级也收集的每一个音节。它是用来作为协变量随后在分析。
3. 语音呼吸是在连接的讲话进行评估，与会者读一个标准的60字第（附录1），专门开发为准确， ^自动暂停边界检测6。
   1. 考绩制度“最大发声”的协议被选中的记录。
   2. 气流信号被收集使用一次性口罩，适合周围的脸。
   3. 参与者被指示阅读该段在其正常舒适的语速和音量。
   4. 空气流动的痕迹都导出到一个特制的语音暂停分析（SPA）在MATLAB ⁷软件程序。在这个程序中，连接语音停顿识别。该软件计算，除其他措施外，百分之暂停时间，这是一个衡量的时间花费在暂停过程中的一段话读。

2。发声子系统

发声子系统评估通过语音录音，采用高品质的声学的录音设备（见表1）。

1. 麦克风放在离口约15厘米。
2. 鼻夹是用来消除腭咽不足的发声质量的潜在影响。
3. 参与者被要求出示“最大发声”。他或她是指示吸入空气的最高金额，然后发声/ /在一个正常的音调和尽可能长时间的响度。这个任务是实行至少一次到录音前。强调提出尽最大的努力的重要性。
4. 最大发声时间是在使用秒的声波波形测量。
5. 数字化声波形加载到多维语音简介（MDVP）软件进行分析。集中趋势和变异的基本频率（F0），噪声谐波比（NHR）和百分之抖动的措施，等等，都取得了中间的发声间隔5秒。

3。 Resonatory子系统

resonatory子系统评估使用Nasometer。这种装置由一个耳机一个挡板，这是定位下鼻子和口腔和鼻腔分隔。两个麦克风，检测口腔和鼻腔的声波信号被连接到两侧的板块。

1. 每次录音前校准设备。
2. 耳机放置在头部，上唇以上的休息板与挡板和平行的grounD.
3. 参与者被要求重复一个“鼻”（例如，妈妈做了一些柠檬果酱）和一个“非鼻”（例如，购买一只小狗鲍比）在一个惯常的语速和音量的句子三次。
4. 表示部分的口腔和鼻腔的声波信号的测量强度转换成一个nasalance得分，这是定义为鼻腔/鼻+口腔声波能量的比例，以百分比表示。 nasalance得分，反映了在一次讲话中^流 8鼻腔到口腔的声波能量的相对比例。
5. Nasometer软件计算众多的描述性统计，从nasalance波形。
6. Nasalance距离，这是整个口腔的句子（BBP）的计算平均鼻句子^（MMJ）9 nasalance减去平均nasalance派生，也可用于腭咽减值指数。

4。关节子系统：脸部

面部运动（唇和下巴）是注册在3D使用了高分辨率，光学运动捕捉系统^10。红外数码摄像机捕捉15连接到每个参与者的头，面对特定的解剖标志的反光标记的位置。声学语音信号，同时记录讲话运动学。

1. 该系统校准录音前根据制造商的规格。
2. 四种标记物连接到前额使用头箍的参与者。标记也与左，右眉，桥梁和鼻尖，上下唇唇红，左，右弯道口，和下巴上的三个不同地点。这是典型的在本议定书中所使用的标记数组，但可以用本系统中使用的标记的数量不受限制。
3. 参与者被要求读句子和短语（见表2），在其惯常的语速和音量。
4. 获得一个“休息”的文件记录，并在处理后用于标记放置到符合需要的解剖学为基础的坐标系统之间的会话和重新表达数据的相对差异正常化。
5. 在处理后，面部标记的变动对跟踪误差进行检查和头部校正的基础上减去头部运动的平移和旋转部件。
6. SMASH，在我们的实验室开发的一个基于MATLAB软件程序装入数据。在粉碎，数据筛选和分析。山顶的移动速度是来自每个跟踪和使用的下巴和嘴唇发音功能的主要指标。 3D速度是每个发音器官的欧几里德距离SMASH时间历史的一阶导数计算。

5。关节子系统：舌

使用电磁跟踪装置（波），它记录的位置和旋转传感器连接到舌舌跟踪完成。不像是用来记录外部，面部结构的光学运动跟踪，电磁技术提供了一种方法，准确地跟踪在^讲话 11舌头的动作。该系统采用了组合5和6度自由（5DOF和6DOF ）传感器记录在校准量的关节运动（30 × 30 × 30厘米）。同时收购了移动数据和声学数据。

1. 两个传感器连接到使用牙科的胶（PeriAcryl牙周粘合剂）​​的发音器官。一个引用连接到鼻梁，记录头部动作。一个小5DOF的传感器（三维位置和角度测量2D）是附着在中线的舌头，舌尖后约2厘米。
2. 为了获得舌头的运动是独立于底层颚，每个参与者都配有一个前5毫米咬块。咬块是由无毒凝结腻子（亨利施恩）。
3. 咬块之间放置口一侧磨牙。咬块连接字符串是固定的参与者的脸上，以防止咬块吞咽。
4. 参与者被要求读句子和短语（见表2）。
5. 舌运动记录相头位置。
6. 收购后，数据转移到粉碎，它是低通滤波，垂直运动轨迹的基础上分析，并用于计算三维速度。运动的平均及最高速度在每个话语是这个发音器官疾病相关的变化的指数报告。

二。系统级评估

此外子系统级的变量，语音清晰度和语速进行测量。这些测量sures是必不可少的，因为它们是目前临床上的“目标标准”，延髓讲话性能。他们提供了一个讲话的生产系统作为一个整体的功能状态指示和量化的言语障碍的严重性。这些措施取得使用句子的清晰度测试^{（SIT），12。}

1. 录制之前，产生一个随机的10个句子长度增加（从5到15个字）清单是由薛软件。
2. 一个麦克风被放置在头，从口入约15厘米。
3. 参与者被要求在其惯常的语速和音量阅读列表。数字记录在使​​用一个16位分辨率的44.1K的句子。
4. 一些受过训练的法官来说是陌生的参与者抄写句子拼写和衡量句子工期。
5. 静坐的软件会自动计算语音可懂度，这是正确转录生产的单词总数的字％报告。语速为每分钟读字数目也有报道。

子系统	设备/软件	信号	采集设置
呼吸系统	发声空气动力学系统（PAS），KayPENTAX，林肯公园，美国新泽西州	声学，压力，流量	采样率= 200赫兹，低通滤波= 30HZ
发声	紧凑型闪存录像机（例如，PMD660） 专业品质麦克风， 华仪仪器仪表，声压级 软件：MDVP，KAYPentax	声	采样率= 44.01 kHz，16位线性PCM
Resonatory	Nasometer，型号6400，KAYPentax	声	采样率= 11025赫兹
关节：面	鹰数字系统，运动分析公司	运动学和声学	采样率= 120Hz的低通滤波= 10HZ
关节：母语	波，北数码公司，加拿大	运动学和声学	采样率= 100Hz的低通滤波= 20HZ

表1：亚系统的数据收集仪器和采集设置

等级	任务	测量	参考及规范
呼吸系统	VC + +	最大呼气时肺容积	13
/ PA / X 7	声门下压力	2，3
竹通过	％暂停时间	6，7，14
发声	最大发声/ A /	最大发声时间，平均基频，抖动，信噪比	15，16，17，3
Resonatory	妈妈做了一些柠檬果酱;购买鲍比的小狗	Nasalance	18，19
关节：面	购买鲍比一只小狗;说_（BAT，潮流，保持，工具），再	移动速度	20，21
关节：母语	/ TA / X 5，再次说桌巾
系统级	薛，句子	语音清晰度和语速	12

表2：各子系统和任务得到的测量

附录1：竹通道

竹墙壁变得非常受欢迎。他们强，易于使用，而且好看。他们提供了一个良好的背景和创造的日本庭园的情绪。竹子是一种草，是在世界上增长最迅速的的的草。许多品种的竹子生长在亚洲，虽然它也是在美国长大。去年，我们买了一个新的家，并已在花坛工作。再过几天，我们将在我们的花园之一的竹墙。我们很喜欢的项目。

Discussion

在这里，我们展示了一个全面的协议球的评估（讲话）在ALS功能障碍。从本议定书中所取得的数据是如何ALS的影响讲话的生产，从而获得更深入的了解。这些数据也被用来确定病情恶化的最敏感的措施。虽然这个协议是目前受聘为研究，这项研究的结果将被用来开发更具成本效益和临床上是可行的办法，量化延髓参与。

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