Summary
Цель оценки физиологических механизмов, которые поддерживают речи необходимы для мониторинга началом заболевания и прогрессирования у пациентов с БАС и количественно эффект лечения в клинических испытаниях. В этом видео мы представляем комплексный, приборов протокол на основе количественной производительности речи двигателя в клинических популяциях.
Protocol
I. Подсистема анализа
1. Респираторные подсистемы / Дыхание для речи
Дыхательной подсистемы оценивается с помощью голосовой Аэродинамические System (PAS). Система допускает одновременную запись устных давление, поток воздуха, и речь акустики (см. таблицу 1 на список оборудования и производителей). Одноразовые маски и одноразовые давление зондирования трубки необходимые для записи. Перед записью, расхода и давления каналов откалиброваны в соответствии со спецификациями завода-изготовителя.
- Жизненная емкость легких (ЖЕЛ) является максимальный объем воздуха, который выдыхается следующие максимальные ингаляции. VC оценивается с помощью одноразовой маски, который прилагается к пневмотахографа.
- PAS "жизненный объем" протокол выбран для записи.
- Участник получает указание, чтобы вдохнуть в качестве максимально возможной степени и выдохе максимально в маске; задача повторяется три раза.
- Максимальный объем выдоха производится с использованием программного обеспечения PAS.
- Находящийся ниже складок голосовой щели давления (Ps) является давление воздуха доступна в легкие для производства «давление» согласных. Ps оценивается косвенно путем измерения пикового давления в полости рта при производстве слог поезде 2,3.
- PAS "Выражая эффективности» протокол выбран для записи.
- Для записи устного давления во время / год /, давление зондирования трубка находится внутри рта на поверхности языка.
- Носовые проходы окклюзии с зажим для носа для устранения потенциальных носовой избежать потока воздуха.
- Участник получает указание, чтобы вдохнуть примерно в два раза их нормальное количество и говорят / год / на лицо маску. Слог / PA / повторяется семь раз на одном выдохе, сохраняя при этом последовательным шагом и громкости. Ставка сохраняется на уровне 1,5 слогов в секунду.
- Пик устное давление измеряется в течение пяти (в центре) повторений / год /. Среднее значение этих пяти постановок получается представлять Ps во время речи.
- Потому что Ps covaries с уровня звукового давления (SPL) 4,5, SPL также собрали для каждого слога. Он используется в дальнейшем в качестве коварианты во время анализов.
- Речь дыхания оценивается в связной речи в то время как участники читать стандартный 60-словом пункта (Приложение 1), разработанный специально для точной, автоматическая пауза-граница обнаружения 6.
- PAS "Максимальная Фонация" протокол выбран для записи.
- Сигнал воздушный поток собраны, используя одноразовые маски, которые подходят по всему лицу.
- Участник поручено читать пунктом в их нормальной удобной скорости речи и громкости.
- Следы Воздушный поток идет на экспорт в заказных речи паузы анализа (СПА) 7 программного обеспечения в Matlab. В этой программе пауз в связной речи выявлены. Программа вычисляет, среди других мер, времени процентов пауза, которая является мерой времени, потраченного паузу во время чтения проход.
2. Голосовой подсистема
Голосовой подсистемы оценивается с помощью голосовых записей с использованием высококачественных акустических записывающей аппаратуры (табл. 1).
- Микрофон расположен примерно в 15 см от рта.
- Клип носовой используется для устранения потенциального эффекта небно-глоточный неадекватность на качество звучания.
- Участник попросили предъявить "Максимальная Фонация". Он или она должен вдыхать максимальное количество воздуха, а потом произносить звук / / при нормальной тональности и громкости до тех пор, как это возможно. Эта задача практикуется по крайней мере один раз до записи. Важность выдвигая максимум усилий, подчеркивается.
- Максимальная длительность фонации измеряется в секундах, используя акустические волны.
- Оцифрованный сигнал акустической загружается в многомерных Голос профиля (MDVP) программное обеспечение для анализа. Меры центральной тенденции и изменчивости основной частоты (F0), шум-к-гармоническое отношение (НПЧ) и процентов джиттера, в частности, получены для средних пяти секунд звучания интервала.
3. Resonatory подсистема
Resonatory подсистемы оценивается с помощью Nasometer. Это устройство состоит из гарнитура с дефлектор, который позиционируется под нос и отделяет устный и носовой полостей. Два микрофона, которые обнаруживают полости рта и носовых акустические сигналы, которые прикреплены к противоположным сторонам пластины.
- Устройство калибруется перед каждой записи.
- Гарнитуры находится на голове перегородка отдыха над верхней губой и расположены параллельно ground.
- Участников просят повторять одно "носовой" (например, мама сделал немного лимонного джема) и один "не-носовой" (например, купить Бобби щенка) предложение три раза в привычной скорости речи и громкости.
- Измеренных интенсивностей озвучил часть устных и носовые акустические сигналы преобразуются в nasalance оценка, которая определяется как отношение носовые / носовой + устные акустической энергии, и выражается в процентах. Nasalance оценка отражает удельный вес носовых к устной акустической энергии в потоке речи 8.
- Nasometer программа вычисляет многочисленные описательной статистики из nasalance сигнала.
- Nasalance расстояние, которое получается путем вычитания среднего nasalance рассчитывается по устным предложений (ББП) от среднего nasalance для носовых предложений (MMJ) 9, также может быть использован как индекс небно-глоточный обесценения.
4. Артикуляционные подсистемы: Лицо
Лица (губы и челюсти) движений, зарегистрированных в 3D с помощью высокого разрешения, оптическая система захвата движения 10. Инфракрасных цифровых камер видео-захвата позиций 15 отражающими маркерами, которые прикреплены к голове каждого участника и лица в определенных анатомических ориентиров. Акустического сигнала речи записываются одновременно с речью кинематики.
- Система откалиброван до записи в соответствии со спецификациями завода-изготовителя.
- Четыре маркера прикрепляются к лбу участника использованием голове группы. Маркеры также ассоциируются с левой и правой брови, мост и кончик носа, киноварь границе верхней и нижней губы, левый и правый углы рта, а также для трех разных местах на подбородке. Это типичный массив маркеров, используемые в настоящем протоколе, но неограниченное количество маркеров может использоваться с этой системой.
- Участник просили прочитать предложения и фразы (см. таблицу 2) в их привычном скорости речи и громкости.
- "Отдых" записи файла получается и используется в пост-обработки для нормализации различий в размещении маркера между сессиями и для повторного выражения относительных данных в последовательный анатомически основе системы координат, по мере необходимости.
- Во время пост-обработки, движения лица маркеры проверяются для отслеживания ошибок и глава коррекцией на основе вычитания и поступательного и вращательного компонентов движения головы.
- Данные загружаются в SMASH, Matlab программы, основанной программного обеспечения, разработанного в нашей лаборатории. В SMASH, данные фильтруются и анализируются. Пик скорости движения происходит от каждой трассе и использовать в качестве основной показатель артикуляторных функция челюсти и губы. 3D скорость вычисляется как первого порядка производной евклидово расстояние каждой артикуляторе время истории в SMASH.
5. Артикуляционные подсистемы: язык
Язык отслеживание осуществляется с помощью электромагнитного устройства слежения (WAVE), которая фиксирует положение и поворот датчиков, которые крепятся к языку. В отличие от оптического отслеживания движения, который используется для записи внешнего, лицевых структур, электромагнитной технологии дает возможность точно отслеживать движения языка во время речи 11. Система использует комбинацию из 5 и 6-степенями свободы (5DOF и 6DOF) датчики для записи артикуляторных движений в калиброванного объема (30 х 30 х 30 см). Движение данных и акустические данные приобретаются одновременно.
- Два датчика крепятся к артикуляторы использованием зубной клея (клей PeriAcryl пародонта). Одна ссылка прикреплена к переносице для записи движений головы. Один маленький 5DOF датчика (3D и 2D расположение угловых измерений) прилагается к языку при средней линии, примерно на 2 см кзади от кончика языка.
- Для получения язык движений, которые не зависят от основной челюсти, каждый участник оснащен готовых 5 блок укуса мм. Укусить блок выполнен из нетоксичных конденсации шпаклевки (Henry Schein).
- Укусить блок размещен между коренными зубами на стороне рта. Подсоединенного к укуса блок крепится к лицу участника во избежание ее проглатывания от укуса блока.
- Участник просили прочитать предложения и фразы (см. таблицу 2).
- Язык движения записываются относительно головки.
- После приобретения, данные передаются в SMASH, где он низкочастотный фильтруется, анализируется на основе вертикального следа движения, и используется для расчета 3D скорости. Среднюю и максимальную скорость движения в течение каждого высказывания сообщается как индекс связанных с болезнью изменение этой артикуляторе.
II. На уровне системы оценки
В дополнение к подсистеме переменных уровня, разборчивость речи и скорость речи измеряются. Эти измерениядавлениях необходимы, потому что они текущих клинических "Цель стандартов» характеризующие бульбарной производительности речи. Они дают указания на функциональное состояние системы речеобразования в целом и количественно тяжесть нарушение речи. Эти меры получены с использованием тестовое предложение Разборчивость (МСН) 12.
- До записи случайных список из 10 предложений увеличением длины (от 5 до 15 слов) порождается SIT программного обеспечения.
- Микрофон находится на голове, примерно в 15 см от рта.
- Участник просили прочитать список в свое обычное скорости речи и громкости. Приговоры цифровую запись на 44.1k использованием 16 бит.
- Несколько подготовленных судей, кто не знаком с участником транскрибировать предложения орфографически и измерить предложение длительности.
- SIT программа автоматически вычисляет разборчивость речи, о котором сообщается в процентах от слова правильно транскрибируется из общего количества слов производится. Говоря скорость Сообщается также, как количество слов прочитать в минуту.
| Подсистема | Оборудование / Программное обеспечение | Сигнал | Приобретение Настройки |
| Дыхательный | Аэродинамические голосовой системы (ССА), KayPENTAX, Линкольн-Парк, штат Нью-Джерси, США | Акустическая, давления и потока | Частота 200 Гц, низкочастотный фильтруется = 30 Гц |
| Голосовой | Компактная флэш-память записи (Например, PMD660), Профессиональное качество микрофона, SPL метр, Extech Instruments Программное обеспечение: MDVP, KAYPentax | Акустический | Частота дискретизации = 44,01 кГц, 16-битный линейный PCM |
| Resonatory | Nasometer, 6400 модель, KAYPentax | Акустический | Частота дискретизации = 11025 Гц |
| Артикуляционные: Лицо | Eagle цифровая система, Motion Analysis Корпорация | Кинематическая и акустические | Частота дискретизации = 120 Гц, низкочастотный фильтруется = 10 Гц |
| Артикуляционные: язык | WAVE, Северной Цифровой Inc, Канада | Кинематическая и акустические | Частота 100 Гц, фильтр низких частот 20 Гц = |
Таблица 1: измерительное и приобретение параметров подсистемы сбора данных
| Уровень | Задача | Измерения | Литература и нормы |
| Дыхательный | VC | Максимальный объем выдоха легких | 13 |
| / PA / х 7 | Находящийся ниже складок голосовой щели давление | 2, 3 | |
| Бамбук проход | Время паузы% | 6, 7, 14 | |
| Голосовой | Максимальная фонации / / | Максимальная длительность звучания, средняя F0, джиттера, SNR | 15, 16, 17, 3 |
| Resonatory | Мама сделал немного лимонного джема; Бобби Купить щенка | Nasalance | 18, 19 |
| Артикуляционные: Лицо | Купить Бобби щенка; _ Скажи еще раз (летучая мышь, приливов, хранить, инструмент) | Скорость передвижения | 20, 21 |
| Артикуляционные: язык | / Ш / х 5, салфетка Скажи еще раз | ||
| На системном уровне | SIT, приговоры | Разборчивость речи и скорость речи | 12 |
Таблица 2: Измерения, полученные для каждой подсистемы и задачи
Приложение 1: Bamboo проход
Бамбуковые стены становятся очень популярными. Они сильны, проста в использовании, и хороший взгляд. Они обеспечивают хороший фон для создания настроения в японских садах. Бамбук является трава, и является одним из наиболее быстро растущих трав в мире. Многие сорта бамбука растут в Азии, хотя она также выросла в Америке. В прошлом году мы купили новый дом и работали над цветниками. Еще через несколько дней мы будем делать с бамбуковой стене в одном из наших садов. Мы действительно наслаждались проекта.
Discussion
Здесь мы показали всеобъемлющего протокола для оценки бульбарный (речь) дисфункции в ALS. Данные, полученные из этого протокола используются для более глубокого понимания того, как ALS влияет речи. Эти данные также используются для определения наиболее чувствительные меры прогрессирования заболевания. Хотя этот протокол в настоящее время используется для исследований, результаты этого исследования будут использованы для разработки более экономичных и клинически возможные подходы к количественному бульбарной участия.
Disclosures
Нет конфликта интересов объявлены.
Acknowledgments
Эта работа получила поддержку со стороны Национального института здравоохранения, Национальный институт по глухоты и других расстройств связи, Грант R01DCO09890-02, Канадского фонда для инноваций (CFI-LOF # 15704), и Connaught Фонда, Университета Торонто. Авторы хотели бы поблагодарить Синтия Дидион, Мили Kuruvilla, Криста Руди, и Лори Synhorst за помощь в сборе данных и анализе, и Кара Ульман для создания видео клипов.
Анимация выступили Синий Издание Tree ( http://www.bluetreepublishing.com/ )
СПА и SMASH программное обеспечение Matlab основе и можно получить, обратившись в Иордании Зеленый jgreen4@unl.edu.
Посетите наши лаборатории:
Бульбарная Функция лаборатории (Саннибрук медицинских наук центр в Торонто, Канада):
http://www.sunnybrook.ca/research/?page=sri_groups_bulb_home
Речь производственная лаборатория (Университет штата Небраска Линкольне):
http://spl.unl.edu
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).
