Simplified Ultrasound Biofeedback for Speech Remediation

用于言语矫正的简化超声生物反馈

基本信息

  • 批准号:
    10456326
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 54.5万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2018
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2018-08-10 至 2024-07-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Project Summary Ultrasound biofeedback therapy (UBT), offering a real-time view of the tongue during speech, has shown promise in treating residual speech sound disorders. However, the clinical utility of UBT is limited by the inherent difficulty of interpreting real-time ultrasound images of rapidly changing tongue deformations during speech. For patients to receive effective feedback from these images, clinicians must provide extensive explanation and orientation over multiple sessions. Especially for younger patients, this rich, complex visual feedback directs attention internally, a direction known to reduce performance and impulse force control during limb and oral movement tasks. Further, since speech sound disorders often coexist with cognitive or behavioral difficulties, many patients never master interpretation of tongue ultrasound images. Thus, the tremendous promise of UBT has not been realized because its feedback is too complex, misdirected, and ambiguous. Scientific studies on implicit motor learning suggest UBT would be improved if (1) speakers are guided by simpler visual feedback and (2) the simplification engages an external attentional focus. Feedback with these qualities is known to facilitate rapid, robust sensorimotor skill learning. Application of these principles into UBT is expected to provide great benefits to those with speech-sound disorders. The major goal of this project is to translate these recent advances in UBT and motor learning into a new simplified ultrasound biofeedback system for better clinical treatment of residual speech sound disorders. Our proposed system will transform the complex tongue movements captured by ultrasound into simplified real-time feedback displays, customized for each user to drive tongue movements closer to goal movement patterns. We will concentrate on remediation of /r/ and /l/, the most complex and frustrating sounds in clinical speech therapy. Using a novel method for tongue motion tracking based on processing of real-time ultrasound images, we will automatically characterize differentiated motion of tongue parts during /r/ and /l/ production. We will employ statistical cluster analysis to identify multiple biofeedback targets indicating correct production. These targets will be employed in a prototype simplified UBT system employing simple, engaging visual feedback to guide patients toward correct tongue movement, presented by a highly motivating, gamified interface. Our simplified UBT system will be validated in a pilot clinical trial, testing the hypotheses that simplified UBT is more effective than standard UBT, and that the most effective biofeedback targets will be those promoting greater differentiation of tongue motion. The end result will be translation of recent advances in ultrasound imaging of speech, real-time image processing, and biofeedback-based motor learning into a novel clinical UBT tool that will greatly advance treatment of residual speech sound disorders.
项目概要 超声波生物反馈疗法 (UBT) 可在言语过程中提供舌头的实时视图,已显示出前景 治疗残余言语障碍。然而,UBT的临床应用因其固有的困难而受到限制。 解释言语过程中快速变化的舌头变形的实时超声图像。对于患者 为了从这些图像中获得有效的反馈,临床医生必须提供广泛的解释和指导 在多个会话中。特别是对于年轻患者来说,这种丰富、复杂的视觉反馈可以引导注意力 内部,已知会降低肢体和口腔运动期间的性能和脉冲力控制的方向 任务。此外,由于言语障碍通常与认知或行为困难共存,许多患者 永远无法掌握舌头超声图像的解读。因此,UBT 的巨大前景并没有被实现。 之所以能够实现,是因为它的反馈过于复杂、误导和模糊。 关于内隐运动学习的科学研究表明,如果 (1) 说话者受到以下指导,UBT 将会得到改善: 更简单的视觉反馈;(2)简化吸引了外部注意力焦点。反馈这些 众所周知,品质可以促进快速、稳健的感觉运动技能学习。将这些原则应用到 UBT 中 预计将为患有言语障碍的人带来巨大的好处。该项目的主要目标是 将 UBT 和运动学习方面的最新进展转化为新的简化超声生物反馈系统 更好地临床治疗残余言语障碍。 我们提出的系统将把超声波捕获的复杂舌头运动转化为简化的 实时反馈显示,为每个用户定制,使舌头运动更接近目标运动 模式。我们将专注于修复/r/和/l/,临床上最复杂、最令人沮丧的声音 言语治疗。使用基于实时超声处理的舌头运动跟踪新方法 图像中,我们将在 /r/ 和 /l/ 生产过程中自动表征舌头部分的差异运动。我们 将采用统计聚类分析来识别指示正确生产的多个生物反馈目标。这些 目标将被用在一个简化的 UBT 系统原型中,该系统采用简单、引人入胜的视觉反馈来 通过高度激励的游戏化界面引导患者进行正确的舌头运动。我们的 简化的 UBT 系统将在试点临床试验中得到验证,测试简化的 UBT 更有效的假设 比标准 UBT 更有效,并且最有效的生物反馈目标将是那些促进更大的目标 舌头运动的分化。最终结果将是超声成像最新进展的转化 将语音、实时图像处理和基于生物反馈的运动学习集成到一种新型临床 UBT 工具中 将极大地推进残余言语障碍的治疗。

项目成果

期刊论文数量(3)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
A Qualitative Analysis of Clinician Perspectives of Ultrasound Biofeedback for Speech Sound Disorders.
  • DOI:
    10.1044/2023_ajslp-22-00194
  • 发表时间:
    2023-03
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.6
  • 作者:
    Sarah Dugan;S. M. Schwab;R. Seward;James Avant;Ting Zhang;Sarah R Li;Kathryn J. Eary;T. D. Mast;Michael A Riley;S. Boyce
  • 通讯作者:
    Sarah Dugan;S. M. Schwab;R. Seward;James Avant;Ting Zhang;Sarah R Li;Kathryn J. Eary;T. D. Mast;Michael A Riley;S. Boyce
Tongue Part Movement Trajectories for /r/ Using Ultrasound.
使用超声波的 /r/ 舌头部分运动轨迹。
  • DOI:
    10.1044/2019_pers-19-00064
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Dugan,Sarah;Li,SarahR;Masterson,Jack;Woeste,Hannah;Mahalingam,Neeraja;Spencer,Caroline;Mast,TDouglas;Riley,MichaelA;Boyce,SuzanneE
  • 通讯作者:
    Boyce,SuzanneE
Reciprocal Influence of Mobility and Speech-Language: Advancing Physical Therapy and Speech Therapy Cotreatment and Collaboration for Adults With Neurological Conditions.
活动能力和言语语言的相互影响:促进患有神经系统疾病的成人的物理治疗和言语治疗的共同治疗和协作。
  • DOI:
    10.1093/ptj/pzab196
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.2
  • 作者:
    Schwab,SarahM;Dugan,Sarah;Riley,MichaelA
  • 通讯作者:
    Riley,MichaelA
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