Summary
음성을 지원하는 생리적 메커니즘의 목적 평가는 ALS와 사람에서 질병 발병과 진행을 모니터하고 임상 실험에서 치료 효과를 계량이 필요합니다. 이 비디오에서는, 우리는 임상 인구의 음성 모터 성능을 quantifying에 대한 포괄적인, 계측 기반 프로토콜을 제시한다.
Abstract
안구 손상을 평가하기위한 개선된 방법은 음성 서브 시스템에 걸쳐 질병의 진행을 예측, ALS의 안구 장애의 진단을 신속하게, 그리고 지속적인 실험 치료 실험에 대한 민감한 결과 조치에 대한 중요한 필요성을 해결하기위한 필요합니다. 이 요구를 충족하기 위해, 우리는 포괄적인 장비 기반 평가되는 항복 객관적인 조치에 따라 100 개인의 안구 손상의 길이 프로필을 취득하고 있습니다. 음성 관련 비헤이 비어를 수치 수단 방법을 사용하면 주로 음성 평가 1 주관적, 청각 - 지각 양식에 의존 가진 분야에서 매우 중요합니다. 우리의 평가 프로토콜은 음성 (후두) phonatory, 호흡기 포함 서브 시스템, resonatory (velopharyngeal) 및 articulatory의 전체 성능을 측정합니다. articulatory 서브 시스템은 얼굴 구성 요소 (턱과 입술), 그리고 혀가으로 나누어져 있습니다. 이전 연구는 각 음성 서브 시스템이 같은 ALS와 같은 신경학적인 질환 다르게 반응 것을 제안했다. 현재 프로토콜은 가능한 한 다른 서브 시스템에서 독립적으로 각각의 음성 서브 시스템의 성능을 테스트하도록 설계되었습니다. 음성 서브 시스템은 음성 성능에 더 많은 세계 변화의 맥락에서 평가하고 있습니다. 이러한 음성 시스템 수준 변수는 연설의 말하기 속도와 명료를 포함합니다.
프로토콜은 전문 계측, 상업 및 사용자 정의 소프트웨어를 필요로합니다. , 호흡기 phonatory 및 resonatory 서브 시스템은 압력 - 유량 (공기 역학적) 및 음향 방법을 사용하여 평가하고 있습니다. articulatory 시스템은 3D 모션 추적 기술을 사용하여 평가됩니다. 안구 손상을 계량하는 데 사용되는 객관적인 대책이 아니라 음성 문학 설립과 질병의 진행과 함께 안구 기능의 변화에 감도를 보여왔다. 평가의 결과는 각 참가자에 대한 포괄적인, 전체 - 서브 시스템 성능 프로필입니다. 건강 관리에서 얻은 같은 조치에 비해 프로필, 진단 목적으로 사용됩니다. 현재, 우리는 ALS의 진단 및 질병 진행의 속도를 예측 이러한 조치의 감도와 특이성을 테스트하고 있습니다. 장기적으로,이 작품에서 파생된 안구 ALS의보다 세련된 endophenotype는 ALS의 유전자 loci를 식별하고 전반적으로 질병의 진단 및 치료 특이성을 향상시키기 위해 미래의 노력을 강화 것으로 예상된다. 이 동영상에서 보여주는 객관적인 평가는 뇌졸중, 외상성 뇌 손상, 다중 경화증 및 파킨슨 질환과 관련된 포함 음성 모터 장애인의 넓은 범위를 평가하는 데 사용할 수 있습니다.
Protocol
I. 하위 시스템 분석
1. 연설을위한 서브 시스템 호흡기 / 호흡
호흡 시스템은 Phonatory 공력 시스템 (PAS)를 사용하여 평가됩니다. 이 시스템은 동시 구두의 압력 기록, 공기, 그리고 음성 음향 (장비와 제조 업체의 목록을 보려면 표 1 참조) 있습니다. 일회용 얼굴 마스크와 일회용 압력 감지 튜브가 레코딩을 위해 필요합니다. 이전 녹음하는 흐름과 압력 채널은 제조 업체의 사양에 따라 조정됩니다.
- 바이탈 용량 (VC)은 최대 흡입 다음 exhaled는 공기의 최대 볼륨입니다. VC는 pneumotachograph에 연결된 일회용 얼굴 마스크를 사용하여 평가됩니다.
- PAS "바이탈 능력"프로토콜은 녹음 선택됩니다.
- 참가자들은 같은 maximally 가능한 흡입 지시와 마스크로 maximally 배출되며 작업은 세 번 반복됩니다.
- 최대 날숨 볼륨은 PAS 소프트웨어를 사용하여 파생됩니다.
- Subglottal 압력 (PS)는 "압력"자음 생산에 대한 폐에서 사용할 수있는 공기 압력입니다. PS는 음절 열차 2,3 생산하는 동안 입 안에 정상 압력을 측정하여 간접적으로 평가됩니다.
- PAS "표명 효율성"프로토콜은 녹음 선택됩니다.
- 구두 압력 / 중 PA /이, 압력 감지 튜브가 혀 표면에 입 안으로 위치입니다 기록.
- 비강 통로는 잠재적인 비강 공기 흐름 탈출을 제거하기 위해 코 클립과 함께 occluded 있습니다.
- 참가자는 대략 두 번 자신의 정상적인 양을 흡입하고 얼굴 마스크로 / PA / 인사를 지시합니다. 일관성 피치와 음의 크기를 유지하면서 음절 / 파 /은 하나의 증발기에 일곱 번 반복됩니다. 속도는 초당 1.5 음절에서 관리하고 있습니다.
- 피크 구두 압력은 PA / / 다섯 (중간)에 대해 반복 측정됩니다. 이 다섯 제작의 평균은 연설에서 PS를 대표 얻을 수 있습니다.
- 음압 레벨 (SPL) 4,5와 PS의 covaries는, SPL은 각 음절에 대한 수집 때문입니다. 그것은 분석하는 동안 covariate로 연속적으로 사용됩니다.
- 참가자들이 정확하고, 자동 정지 - 경계 검출 6 특별히 개발된 표준 60 단어 단락 (부록 1) 읽는 동안 음성 호흡이 연결 연설 중에 평가됩니다.
- PAS "최대 Phonation"프로토콜은 녹음 선택됩니다.
- 공기 신호가 얼굴 주변에 맞지 않는 일회용 마스크를 사용하여 수집됩니다.
- 참가자들은 정상 편안한 말하기 속도와 음의 크기의 단락을 읽고 지시합니다.
- 공기 흐름 추적은 Matlab의 사용자 정의 - 만든 음성 - 일시 정지 분석 (SPA) 7 소프트웨어 프로그램으로 내보낼 수 있습니다. 이 프로그램에서 연결된 연설에서 일시 중지가 식별됩니다. 소프트웨어는 시간의 측정 통로를 읽는 동안 일시 중지 소비되는 다른 조치 퍼센트의 일시 중지 시간, 중, 계산합니다.
2. Phonatory 서브 시스템
phonatory 시스템은 고품질의 음향 녹음 장비 (표 1)를 사용하여 음성 녹음을 통해 평가됩니다.
- 마이크는 입으로부터 약 15cm 거리에 위치합니다.
- 비강 클립은 phonation의 품질에 velopharyngeal 무능력의 잠재력 효과를 제거하는 데 사용됩니다.
- 참가자는 "최대 Phonation"를 생산하도록 요청합니다. 그 또는 그녀는 phonate / / 최대한 오랫동안을위한 일반적인 피치와 음의 크기에에 다음 공기의 최대 양을 흡입하고 지시합니다. 이 작업은 이전 기록을 적어도 한 번 이상 연습입니다. 최대의 노력을 앞뒤 퍼팅의 중요성이 강조됩니다.
- 최대 phonation 기간은 음향 파형을 사용하는 초 단위로 측정됩니다.
- 디지털 음향 파형은 분석을위한 다차원 음성 프로필 (MDVP) 소프트웨어에로드됩니다. 중앙 경향과 다양성을 기본 주파수 (F0), 소음 - 투 - 고조파 비율 (NHR)와 %의 지터의 측정은 다른 사람들과 phonation 간격의 중간 초 동안 얻을 수 있습니다.
3. Resonatory 서브 시스템
resonatory 시스템은 Nasometer를 사용하여 평가됩니다. 이 장치는 코 아래에 위치하고 구강과 비강 충치를 분리하는 배플 플레이트와 헤드셋으로 구성되어 있습니다. 구강과 비강 음향 신호를 감지 두 마이크는 접시의 반대편에 첨부됩니다.
- 장치가 사전에 각 기록하도록 조정됩니다.
- 헤드셋은 윗입술 위에 쉬고있는 배플 판과 함께 머리에 위치하고 groun에 평행하게 위치합니다D.
- 참가자는 하나 '비강'(예, 엄마가 어떤 레몬 잼을 만들었) 한 "비 비강"(예, 바비 강아지를 구입) 습관적인 말하기 속도와 음의 크기로 문장을 세 번 반복하도록 요청합니다.
- 구강과 비강 음향 신호의 표명 부분의 측정 농도는 비강 / 비강 + 구두 음향 에너지의 비율로 정의됩니다 nasalance 점수로 변환하며, 백분율로 표시됩니다. nasalance 점수는 음성 스트림 8 비강 - 투 - 경구 음향 에너지의 상대적 비중을 반영합니다.
- Nasometer 소프트웨어는 nasalance 파형에서 많은 설명이 통계를 계산합니다.
- 비강 문장 (MMJ) 9 의미 nasalance에서 구두 문장 (BBP)를 통해 계산 의미 nasalance을 빼서에서 파생된 것입니다 Nasalance 거리는 또한 velopharyngeal 장해의 인덱스로 사용할 수 있습니다.
4. Articulatory 서브 시스템 : 페이스
얼굴 (입술과 턱) 동작은 3D가, 광학 모션 캡처 시스템은 10 고해상도를 사용하여 등록되어 있습니다. 적외선 디지털 비디오 카메라는 특정 해부 랜드마크 각 참가자의 머리와 얼굴에 연결된 15 반사 마커의 위치를 캡처합니다. 음향 음성 신호는 음성 운동학 동시에 기록됩니다.
- 시스템은 제조 업체의 사양에 따라 사전에 녹음을 교정합니다.
- 네 마커는 머리 밴드를 사용하여 참가자의 이마에 첨부됩니다. 마커는 또한 다리와 코 끝, 위턱과 아래턱 입술의 주홍색 테두리, 입의 왼쪽과 오른쪽 구석, 그리고 턱에 세 가지 다른 위치로, 왼쪽과 오른쪽 눈썹에 붙어 있습니다. 이것은이 프로토콜에서 사용되는 전형적인 마커 배열이지만, 마커의 무제한이 시스템을 사용할 수 있습니다.
- 참가자들은 습관적인 말하기 속도와 음의 크기에 문장 및 구문 (표 2 참조) 읽기 요청합니다.
- "나머지"파일 녹음 취득하고 필요에 따라 해부학적인 몸의 구조 기반 좌표계 일관성에 세션 사이의 데이터 상대의 다시 표현 마커 배치의 차이에 대한 정상화 후처리에 사용됩니다.
- 후처리 동안 얼굴 마커의 움직임을 추적 오류를 확인하고 머리 - 수정 머리 운동의 translational 및 회전 부품 모두의 뺄셈에 따라.
- 데이터는 부수고, 우리가 실험실에서 개발한 Matlab 기반 소프트웨어 프로그램으로로드됩니다. 스매쉬 내에서 데이터 필터링 및 해석된다. 피크 이동 속도는 각각의 추적에서 파생과 턱과 입술 articulatory 함수의 기본 지표로 사용됩니다. 3D 속도는 스매시 각 articulator의 Euclidian 거리 시간 역사의 첫 번째 주문을 유도체로 계산됩니다.
5. Articulatory 서브 시스템 : 텅
텅 추적 혀에 연결된 센서의 위치와 회전을 기록 전자 추적 장치 (WAVE)를 사용하여 수행됩니다. 외부, 얼굴 구조를 기록하는 데 사용되는 광학 모션 추적 달리 전자기 기술은 정확하게 음성 11 중 혀 움직임을 추적하는 방법을 제공한다. 시스템이 5 조합과 6 정도 수준의 자유를 (5DOF 및 6DOF)을 사용 보정 볼륨 articulatory의 움직임을 기록하는 센서 (30 X 30 X 30cm). 운동 데이터 및 음향 데이터를 동시에 획득하고 있습니다.
- 두 센서는 치과 접착제 (PeriAcryl 치주 접착제)를 사용하여 articulators에 붙어 있습니다. 한 참조가 머리 움직임을 기록 코의 다리에 첨부되어 있습니다. 작은 5DOF 센서 (3D 위치와 2D 각도 측정)은 혀 끝을 약 2cm가 사후, 정중선에서 혀가에 첨부되어 있습니다.
- 기본 턱에서 독립 혀 움직임을 얻으려면, 각 참가자는 미리 만들어진 5mm 물린 블록과 함께 장착되어있다. 물린 블록은 무독성 응축 퍼티 (헨리 Schein)의 이루어집니다.
- 물린 블록은 입의 측면에 어금니 사이에 위치합니다. 물린 블록에 연결된 문자열을 물린 블록의 삼키는 것을 방지하기 위해 참가자의 얼굴에 안전합니다.
- 참가자는 문장 및 구문 (표 2 참조) 읽기 요청합니다.
- 텅 움직임은 머리의 위치에 상대적으로 기록됩니다.
- 포스트 - 수집, 데이터는 낮은 통과 필터링 스매시로 전송, 수직 운동 추적을 기반으로 구문 분석하고, 3D 속도를 계산하는 데 사용됩니다. 각 유포하는 동안 운동의 평균 및 최대 속도이 articulator의 질병 관련 변화의 인덱스로보고됩니다.
II. 시스템 수준 평가
서브 시스템 수준의 변수 이외에 음성 명료와 말하기 속도가 측정됩니다. 이 마련해그들은 안구 음성 성능을 특성화 현재 임상 "목표 표준"이기 때문에 sures이 필수적입니다. 그들은 전체적으로 음성 생산 시스템의 기능 상태 표시를 제공하며 음성 장애의 심각도를 계량. 이러한 조치는 문장 명료 시험 (SIT) 12를 사용하여 얻을 수 있습니다.
- 이전 녹화로 증가 길이 (5-15 단어에서) 10 문장의 임의의 목록은 SIT 소프트웨어에 의해 생성됩니다.
- 마이크는 약 15cm 입으로, 머리에 배치됩니다.
- 참가자들은 습관적인 말하기 속도와 음의 크기에서 목록을 읽어달라고합니다. 문장은 디지털 16 비트 해상도를 사용 44.1k에 기록됩니다.
- 참가자에게 익숙하지 않은 몇 가지 훈련 심사 위원은 orthographically 문장을 녹음하고 문장 기간이 측정합니다.
- SIT 소프트웨어는 자동으로 올바르게 생산 단어의 총 수를 밖으로 베꼈는데 단어의 퍼센트로보고되는 음성 명료을 계산합니다. 말하기 속도도 분당 읽은 단어의 숫자로보고됩니다.
| 서브 시스템 | 장비 / 소프트웨어 | 신호 | 취득 설정 |
| 호흡의 | Phonatory 공기 역학적 시스템 (PAS), KayPENTAX, 링컨 파크, 뉴저지, 미국 | 음향, 압력, 유량 | 샘플링 속도 = 200 Hz에서, 낮은 통과 필터 = 30Hz |
| Phonatory | 컴팩트 플래시 레코더 (예, PMD660) 전문 품질의 마이크, SPL 미터, Extech 인 스트 루먼트 소프트웨어 : MDVP, KAYPentax | 어쿠스틱 | 샘플링 속도는 = 44.01 kHz에서, 16 비트 리니어 PCM |
| Resonatory | Nasometer, 모델 6400, KAYPentax | 어쿠스틱 | 샘플링 속도 = 11025 Hz에서 |
| Articulatory : 페이스 | 이글 디지털 시스템, 모션 분석 주식 회사 | 동점 및 음향 | 샘플링 속도 = 120Hz, 낮은 통과 = 10Hz를 필터링 |
| Articulatory : 텅 | WAVE, 북부 디지털 부동산, 캐나다 | 동점 및 음향 | 샘플링 속도 = 100Hz, 저역 통과 = 20Hz를 필터링 |
표 1 : 서브 시스템의 데이터 수집에 대한 계측 및 인수 설정
| 레벨 | 태스크 | 측정 | 참조 & 놈스 |
| 호흡의 | VC | 최대 날숨 폐 볼륨 | 13 |
| / PA / X 7 | Subglottal 압력 | 2, 3 | |
| 대나무 통로 | %의 일시 정지 시간 | 6, 7, 14 | |
| Phonatory | 최대 phonation / / | 최대 phonation 기간은, F0, 지터, SNR을 의미 | 15, 16, 17, 3 |
| Resonatory | 엄마는 어떤 레몬 잼을 만들었, 바비 강아지 구입 | Nasalance | 18, 19 |
| Articulatory : 페이스 | 바비 강아지를 구매, 인사 _ 다시 (박쥐, 조류, 계속, 도구) | 운동 속도 | 20, 21 |
| Articulatory : 텅 | / 타 / X 5, 탁상용 작은 그릇을 받치는 깔개 다시 말해봐 | ||
| 시스템 수준 | , 문장 SIT | 음성 명료, 말하기 속도 | 12 |
표 2 : 각 서브 시스템 및 작업에 대한 취득 측정
부록 1 : 대나무 통로
대나무 벽은 매우 인기를 받고있다. 그들은 사용하기 강하고, 쉽게, 그리고 미남입니다. 그들은 좋은 배경을 제공하고 일본 정원의 분위기를 만들 수 있습니다. 대나무는 잔디이며, 세계에서 가장 빠르게 성장하는 목초 중 하나입니다. 그것도 미국에서 재배 있지만 대나무 대부분의 품종은 아시아에서 재배됩니다. 작년에 우리는 새 집을 구입하고 꽃 정원에서 일하고있다. 몇 일 동안, 우리는 우리의 정원 중 하나에 대나무 벽과 함께 할 것입니다. 우리는 정말 프로젝트를 즐기고있다.
Discussion
여기 우리는 ALS에 안구의 평가 (언어) 장애에 대한 포괄적인 프로토콜을 보여주었다. 이 프로토콜에서 얻은 데이터는 ALS 음성 생산에 영향을 미치는 방법에 대한 깊은 이해를 얻을하는 데 사용됩니다. 이러한 데이터는 또한 질병 진행의 가장 민감한 조치를 식별하는 데 사용됩니다. 이 프로토콜은 현재 연구에 고용되고 있지만, 본 연구의 결과는 안구 참여를 수치보다 비용 효율적이고 임상적으로 가능한 방법을 개발하기 위해 활용됩니다.
Disclosures
관심 없음 충돌 선언하지 않습니다.
Acknowledgments
이 작품은 보건 국립 연구소, 난청 및 기타 커뮤니케이션 장애에 국립 연구소, 그랜트 R01DCO09890 - 02, 혁신에 대한 캐나다 재단 (CFI - LOF # 15704), 그리고 코넛 재단, 토론토 대학에 의해 지원되었습니다. 비디오 클립을 생성 및 카라 울맨, 저자는 데이터 수집 및 분석 지원 신시아 Didion, 밀리 Kuruvilla, 크리스타 루디, 그리고 로리 Synhorst 감사하고 싶습니다.
애니메이션 블루 트리 출판사 (가되었다 http://www.bluetreepublishing.com/ )
스파와 스매시 소프트웨어는 Matlab을 기반으로하고 jgreen4@unl.edu에서 요르단 그린 연락하여 얻을 수 있습니다.
우리 연구소를 방문 :
- 안구 기능 연구실 (토론토, 캐나다에 서니 보건 과학 센터) :
- 음성 생산 연구실 (네브라스카 링컨 대학교) :
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
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