"怀长期主义，聊医工科技"
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| 今天的文章中，超哥为大家介绍一种创新的超声舌成像的语音研究的超声探头头戴设备，该类设备通常设计为在头部相对于探头保持固定位置，这种设计虽然可以保证探头位置的稳定性，但在参与者开口说话时，探头往往会压入皮肤，导致不适甚至疼痛。此外，这种设计还限制了下颚的自由运动，从而影响了语音研究的准确性。为了解决这些问题，研究团队开发了一种新型头戴设备，该设备在探头夹中引入了减震器，从而允许探头在下颚运动时自由移动。研究的目的是评估该新型头戴设备在语音研究中的可行性，并与现有的UltraFit设备进行比较。这些未来方向不仅可以推动语音研究的发展，还可以在医疗、教育、语言学等领域产生深远的影响。 |
超声舌成像（UTI）是一种利用超声波技术来实时可视化和分析舌头在语音生成过程中运动的创新方法。该技术通过将超声探头放置在下巴下方，发射高频声波，捕捉舌头的动态轮廓并生成实时图像。这些图像能够详细展示舌头在发音时的形状变化、位置移动以及与口腔其他部位的互动。
超声舌成像的原理和改进方案
UTI在多个领域有着广泛应用。首先，在语言学研究中，UTI被用来分析不同语言和方言中的发音特征，特别是那些难以通过其他方式直接观察的发音，如某些辅音或舌音的生成。其次，UTI在语音障碍的诊断和治疗中也发挥着重要作用。通过实时成像，语音治疗师可以清晰地看到患者的舌头运动，提供具体的视觉反馈，帮助患者纠正发音问题。最后，在语音教育和培训中，UTI为学生提供了直观的学习工具，使他们能够更好地理解和掌握复杂的发音技巧。
超声舌成像（Ultrasound Tongue Imaging, UTI）是一种利用超声波技术实时可视化和分析舌头在发音过程中运动的技术。该技术在语音研究、语音治疗、语言教育等领域有着广泛的应用，特别是在分析舌头运动模式和发音机制方面。本文结合两篇研究文章，讨论了两种超声探头头戴设备的设计、评估以及其在语音研究中的应用，并探讨了未来的发展方向和潜在的医学应用。
产品设备设计
传统的超声探头头戴设备通常设计为在头部相对于探头保持固定位置，以确保探头的稳定性。然而，这种设计往往限制了下颚的自由运动，导致探头压入皮肤，产生不适感，甚至影响发音的自然性。为了解决这些问题，两种不同的头戴设备应运而生：金属制的超声稳定头戴设备（Ultrasound Stabilisation Headset, USH）和新开发的尼龙3D打印头戴设备UltraFit。
用于UTI超声语音舌成像的装置
USH设备： 传统的USH设备由金属制成，能够提供较高的稳定性，但其重量和硬度可能对长时间使用的舒适性产生不利影响。此外，金属材质在某些情况下可能会干扰其他技术设备（如MRI）的使用。
UltraFit设备： UltraFit设备由尼龙3D打印而成，重量较轻且设计更为灵活。这种设备能够更好地适应不同头部大小的用户，且因其材料特性，更适合与其他研究设备集成使用。此外，UltraFit设备还通过引入减震器和弹簧，允许探头在下颚运动时保持一定的灵活性，从而减少对发音的影响。
UltraFit“视觉标记配置（顶部）：录制的视频静止画面（底部）。自然状态 - spk2（左列），UltraFit - spk3（中列），USH - spk1（右列）录制条件。”
研究方法与评估
文章分别对USH和UltraFit设备进行了详细的评估，涉及准确性、录音干扰、发音质量以及设备使用舒适性等方面。
准确性： 通过光学标记跟踪系统，研究人员测量了探头相对于鼻子和下颚的3D位置变化。结果表明，尽管USH设备在稳定性上略优于UltraFit，但两者在整体准确性方面差异不大。然而，UltraFit设备因其灵活性，在实际操作中显示出更好的适应性，特别是在长时间使用时更加舒适。
录音干扰与发音质量： 研究表明，USH设备对发音质量的影响较大，特别是在发元音时，USH设备显著影响了第一共振峰（F1）的表现，导致发音的自然性受到影响。相比之下，UltraFit设备在减少录音干扰和保持发音自然性方面表现更好。
设备使用舒适性： 由于UltraFit设备的重量较轻，且材料柔软，用户在使用时感受到的压力较小，尤其是在长时间录音或实验过程中，UltraFit设备更能提供舒适的使用体验。
不同设备表现调整后的F1值，将发言者作为随机因素考虑
医学应用与未来发展方向
基于以上评估结果，这两种超声探头头戴设备在医学领域有着广泛的应用前景，特别是在语音治疗和口腔相关的临床实践中。
语音障碍的诊断与治疗： UltraFit设备可以在语音障碍患者的治疗中提供更为准确的舌头运动数据，帮助医生制定个性化的治疗方案，尤其是针对儿童或严重语音障碍患者。
口腔和下颌手术后的康复评估： 该设备可用于监测术后患者的舌头和下颌运动，评估康复进展，并指导康复训练，帮助患者更快恢复正常功能。
吞咽障碍的诊断与治疗： 设备可用于实时监测吞咽过程中舌头的运动，帮助诊断吞咽功能障碍，并为制定治疗方案提供数据支持。
语音生成研究中的多模态集成： 将UltraFit设备与其他技术（如EMG或MRI）结合，开发更为全面的语音生成分析系统，为研究语音生成机制提供多维度数据支持。
语言康复训练场景
结论
UltraFit头戴设备在灵活性、使用舒适性和录音质量方面表现优越，尤其适合在需要长时间使用或高灵活性要求的场合。尽管USH设备在某些特定场合下可能表现出更高的稳定性，但其对发音的影响以及使用舒适性的不足，使得UltraFit设备在综合评估中表现更为突出。
未来，随着材料科学和3D打印技术的发展，超声探头头戴设备将朝着更加轻便、灵活、智能化的方向发展，广泛应用于语音研究、医学诊断和治疗等领域，为人类语言科学和医学技术的发展提供强有力的支持。
最后惯例一张AI图：
参考文献
[1] Chen, W.-R., Stern, M. C., Whalen, D.H., Derrick, D., Carignan, C., Best, C. T., Tiede, M., 2024. Assessing ultrasound probe stabilization for quantifying speech production contrasts using the adjustable laboratory probe holder for ultrasound (ALPHUS), J. Phonetics, 105, 101339.
[2] Pucher, M., Klingler, N., Luttenberger, J., Spreafico, L. 2020. Accuracy, recording interference, and articulatory quality of headsets for ultrasound recordings, Speech Communication, 123, 83-97.
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我是超哥，超声行业17年老伙计，做过研发，搞过生产，趟过市场，开过（在开）公司；越野跑爱好者；工作狂；沟通粗暴直接；严苛完美主义者；起伏皆为过往；信奉长期主义和第一性原则；欢迎来聊来组局...
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