Электромагнитная артикулография (ЭМА) - это метод измерения положения частей рта . EMA использует сенсорные катушки, размещенные на языке и других частях рта, для измерения их положения и движения с течением времени во время речи и глотания. Индукционные катушки вокруг головы создают электромагнитное поле, которое создает или индуцирует ток в датчиках во рту. Поскольку индуцированный ток обратно пропорционален кубу расстояния, компьютер может анализировать производимый ток и определять положение катушки датчика в пространстве.
EMA используется в лингвистике и речевой патологии для изучения артикуляции и в медицине для изучения ротоглоточной дисфагии . Другие методы использовались для изучения артикуляции и проглатывания с компромиссами в виде и количестве доступных данных. Палатография позволяет изучать артикуляции, которые контактируют с нёбом, например, некоторые языковые согласные , но в отличие от EMA, палатографы не могут предоставить данные о звуках, которые не соприкасаются с нёбом, таких как гласные. Рентгеноскопия и рентгеновский микролучок позволяют исследовать бесконтактные движения рта, такие как EMA, но подвергают субъектов воздействию ионизирующего излучения, которое ограничивает количество данных, которые могут быть получены от данного участника.
Принципы работы [ править ]
Способность наблюдать за движениями артикуляторов имеет большое значение для изучения фонетики , чтобы понять, как производятся звуки. [1]
Электромагнитная артикулография использует принцип электромагнитной индукции для измерения положения и движения различных точек во рту и вокруг него. Шлем, содержащий электромагнитные передатчики, создает переменное магнитное поле, пропуская через передатчики токи на разных частотах. Сенсорные катушки, расположенные посередине сагиттально во рту, создают ток, когда они движутся через магнитное поле, обратно пропорциональное кубу расстояния от передатчиков. [2] Индуцированный ток чередуется с той же частотой, что и катушка передатчика, и составной сигнал может быть выделен для определения расстояния от каждой отдельной катушки, тем самым определяя положение датчика в пространстве. [3] [4]
В двумерной артикулографии катушки передатчика расположены в равностороннем треугольнике вдоль срединно-сагиттальной плоскости на лбу, подбородке и шее. [2] Из-за геометрической ориентации катушек передатчика точные показания могут быть получены при условии, что катушки датчика, помещенные на язычок, остаются в пределах примерно сантиметра от срединно-сагиттальной плоскости и не наклонены под углом более 30 градусов. [4]
Артикулографы, способные выполнять измерения в трех измерениях, используют шесть передающих катушек, организованных в сферическую конфигурацию. Датчики расположены так, что ось сенсорной катушки никогда не бывает перпендикулярна более чем трем передатчикам. Благодаря конфигурации передатчика и возможности измерения в нескольких измерениях трехмерные артикулографы могут выполнять измерения за пределами срединно-сагиттальной плоскости. Для 2D-артикулографов требуются ограничительные подголовники, чтобы голова объекта не смещалась с плоскости измерения. Поскольку 3D-артикулографы могут выполнять измерения за пределами срединно-сагиттальной плоскости, можно использовать менее жесткую подголовник. [5]
Разработка двух и трехмерных датчиков [ править ]
Томас Хиксон был первым, кто описал использование электромагнитных принципов для измерения артикуляции. В своем письме к редактору, опубликованном в «Журнале акустического общества Америки» , он описал установку, в которой используются две сенсорные катушки и одна катушка генератора. Сенсорные катушки, прикрепленные ко лбу и задней части шеи, останутся неподвижными, в то время как катушка генератора, прикрепленная к челюсти, будет двигаться, создавая переменные токи в сенсорных катушках. Эти токи затем можно использовать для определения расстояния в двух измерениях. [6]
Ранние системы EMA, такие как система Hixon, имели проблемы с учетом наклона язычка во время использования, поскольку наклон сенсорных катушек вызывает изменения наведенного тока, которые могут искажать данные. [1] В 1987 году Пауль Шёнле и др. опубликовали улучшенную систему, в которой использовались три катушки передатчика (аналогичные катушке генератора Хиксона) и компьютерное программное обеспечение для триангуляции положения катушек датчиков и учета наклона. [1] Однако современные двумерные системы по-прежнему не могут компенсировать наклон датчиков более чем на 30 градусов, и измерения искажаются, если катушки датчиков смещаются от средней линии рта. [2] [4]В 1993 году Андреас Зиердт опубликовал описание артикулографа, который мог бы измерять движение в трех измерениях, хотя трехмерные артикулографы стали коммерчески доступны только примерно с 2009 года. [5] В концептуальной концепции Зиердта шесть передающих катушек были размещены на одинаковом расстоянии друг от друга. Поскольку сенсорные катушки являются диполями , когда они перпендикулярны катушке передатчика, индуцированный ток равен нулю, поэтому Зердт наклонил катушки передатчика так, чтобы при любом данном вращении катушки датчика он не был перпендикулярен более чем трем катушкам передатчика, что позволяло не менее трех катушек передатчика для триангуляции положения датчика. [5] [7]
Влияние на предметы [ править ]
Поскольку сенсорные катушки помещаются на язык пациента, артикуляция может быть затронута в зависимости от размещения катушек, но сравнительный анализ не показал, изменяется ли артикуляция из-за катушек. Катушки имеют размер около 3 мм и не считаются серьезным источником ошибок при измерениях. Некоторые исследователи обнаружили, что испытуемых раздражают сенсорные катушки, размещенные на кончике языка, что может привести к нарушению артикуляции. Точно так же провода, прикрепленные к сенсорным катушкам, могут препятствовать артикуляции, если не выходят за пределы рта. [8]
Не было доказано, что длительное воздействие электромагнитных полей вредно для здоровья человека, но рекомендуется избегать беременных или использующих кардиостимуляторы. Руководство место предела для безопасного непрерывного облучения от 100 мкТл и 200μT. [9] Поле и частоты, выдаваемые электромагнитными артикулографами, сопоставимы с таковыми, выдаваемыми компьютерными терминалами, с максимальным измеренным значением около 10 мкТл.
Альтернативные методы [ править ]
Электромагнитной артикулографии предшествовали различные диагностические методы.
Палатография и электропалатография [ править ]
И палатография, и электропалатография измеряют контакт языка с небом и, таким образом, не могут измерить сочленения, которые не соприкасаются с небом, такие как гласные . [10]
Палатография включает нанесение на язык окрашенного вещества, которое затем переносится на нёбо во время артикуляции. Затем делается снимок неба, чтобы зафиксировать место контакта, и, если необходимо сделать еще одну палатограмму, промывают рот и перекрашивают язык. Особенно дешевый метод, который часто используется в полевых исследованиях, может быть трудным для сбора больших объемов данных. [10] [11]
Электропалатография включает использование специально подобранного искусственного неба с электродами, измеряющими контакт. Хотя искусственное небо способно записывать несколько контактов, оно может затруднять артикуляцию или мешать артикуляции, и для каждого объекта требуется индивидуально подобранное небо. [12]
Видео рентгеноскопия [ править ]
Видеофлюороскопия использует рентгеновское излучение для получения движущихся изображений рта во время артикуляции или глотания. Он считается золотым стандартом в исследованиях дисфагии из-за его способности снимать видео всего пищеварительного тракта во время глотания. [13] Его часто используют для изучения и лечения аспирации пищи, определения того, какие части пищеварительного тракта не работают во время глотания, и положений, в которых глотание является наиболее легким. [14] Можно собрать только ограниченные данные, поскольку сеансы обычно ограничиваются тремя минутами из-за опасности радиационного воздействия. [4] [15] и не позволяет проводить мелкозернистый анализ движений языка.
Рентгеновский микропучок [ править ]
Подобно видео-рентгеноскопии, в исследованиях с использованием микропучка рентгеновского излучения для изучения движений артикуляторов используется излучение. Золотые гранулы размером от 2 до 3 мм помещаются во рту и вокруг нее так же, как катушки, используемые в EMA. Радиационное облучение ограничивается использованием компьютерного программного обеспечения для фокусировки узких рентгеновских лучей площадью около 6 мм 2 на гранулы и отслеживания их движения. [16] Как и EMA, исследования микропучков рентгеновских лучей ограничены размещением гранул. Несмотря на то, что система способна минимизировать радиационное облучение, она в значительной степени недоступна, поскольку она уникальна для Университета Висконсина . [4] [16] [17]
Ссылки [ править ]
- ^ а б в Шенле, Пауль ; Клаузе Гребе ; Питер Вениг ; Йорг Хёне ; Йорг Шрадер и Бастиан Конрад . 1987. Электромагнитная артикулография: использование переменных магнитных полей для отслеживания движений множества точек внутри и вне речевого тракта. Мозг и язык 31. 26–35.
- ^ а б в Чжан, Цзе ; Ян Мэддисон ; Тэхонг Чо и Марко Барони . 1999. Самодельное руководство по эксплуатации анализатора электромагнитного сочленения Articulograph AG100. Лаборатория фонетики Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе . Веб: UCLA.
- ^ Маассен, Бен и Паскаль ван Лисхаут . 2010. Контроль моторики речи: новые разработки в фундаментальных и прикладных исследованиях , 325. Оксфорд: Издательство Оксфордского университета.
- ^ а б в г д Стил, Катриона . 2004. Использование электромагнитной среднесагиттальной артикулографии в исследовании глотания. Журнал исследований речи, языка и слуха 47. 342–352.
- ^ а б в Юнусова Яна ; Джордан Грин и Антье Мефферд . 2009. Оценка точности для AG500, электромагнитного артикулографа. Журнал исследований речи, языка и слуха 52. 547–555.
- ^ Хиксон, Томас . 1971. Электромагнитный метод передачи движений челюсти во время речи. Акустическое общество Америки 49. 603–606.
- ^ Зердт, Андреас . 1993. Проблемы электромагнитного преобразования положения для трехмерной артикулографической измерительной системы. Institut für Phonetik und sprachliche Kommunikation der Universitat Munchen - Forschungsberichte 31. 137–141.
- ^ Хардкасл, Уильям и Найджел Хьюлетт . 2006. Коартикуляция: теория, данные и методы . (Кембриджские исследования в области науки о речи и коммуникации). Издательство Кембриджского университета.
- ^ Бернхардт, Дж . 1988. Установление частотно-зависимых пределов для электрических и магнитных полей и оценка косвенных эффектов. Радиационная и экологическая биофизика 27. 1–27.
- ^ а б Андерсон, Виктория ; Патрик Барджам ; Роберт Боуэн и Катя Перцова . 2003. Практические моменты . (Статическая палатография). Веб: Калифорнийский университет лингвистики в Лос-Анджелесе.
- ^ Андерсон, Виктория ; Патрик Барджам ; Роберт Боуэн и Катя Перцова . 2003. Палатограммы . (Статическая палатография). Веб: Калифорнийский университет лингвистики в Лос-Анджелесе.
- ^ Тутиос, Астериос и Константинос Маргаритис . 2005. Об акустико-электропалатографическом картировании. Нелинейные анализы и алгоритмы обработки речи под ред. Маркос Фаундес-Зануй, Леонард Жанер, Анна Эспозито, Антонио Сату-Вильяр, Хосеп Рур и Вирджиния Эспиноса-Дуро, 186–195. Барселона, Испания: Международная конференция по нелинейной обработке речи.
- ^ Olthoff, Арно ; Шуо Чжан ; Ренате Швейцер и Йенс Фрам . 2014. О физиологии нормального глотания, выявленной с помощью магнитно-резонансной томографии в реальном времени. Гастроэнтерологические исследования и практика 2014. np.
- ^ Американская ассоциация речи, языка и слуха . nd. Видеоофлюороскопическое исследование глотания (VFSS) . Интернет: Американская ассоциация речи, языка и слуха.
- ^ Граминья, Гэри . 2006. Как проводить видео-рентгеноскопические исследования глотания . GI Motility онлайн под ред. пользователя Raj Goyal и Reza Shaker, np. Часть 1; (GI Motility онлайн). Веб: Природа.
- ^ а б Вестбери, Джон . 1991. Значение и измерение положения головы во время экспериментов по производству речи с использованием системы микролучей рентгеновского излучения . Журнал Акустического общества Америки 89. 1782 - 1793 гг.
- ^ Вестбери, Джон . Июнь 1994 г. История XRMB. Справочник пользователя базы данных по производству речи с помощью микропучков рентгеновских лучей , 4–7. Университет Висконсина.
Внешние ссылки [ править ]
- Электромагнитный артикулограф (EMA) в Центре исследований мозга, языка и музыки на YouTube
