2019 Fiscal Year Annual Research Report
Estimation of Physical Pathology of Articulatory Disorder Using Articulatory Simulator and Medical Information
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19H03976
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
野崎 一徳 大阪大学, 歯学部附属病院, 准教授 (40379110)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
阪井 丘芳 大阪大学, 歯学研究科, 教授 (90379082)
和田 成生 大阪大学, 基礎工学研究科, 教授 (70240546)
野原 幹司 大阪大学, 歯学研究科, 准教授 (20346167)
坂本 尚久 神戸大学, システム情報学研究科, 准教授 (20402745)
山田 朋美 大阪大学, 歯学研究科, 助教 (70452448)
笹井 正思 大阪大学, 歯学部附属病院, 助教 (90283796)
吉永 司 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (50824190)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 医療情報 / 構音 / 深層学習 / 空力音 / 統計的形状 / 自己教師あり学習 / 舌癌 / 口唇口蓋裂 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
非侵襲的に小児から老人まで構音時の気道形状を観察し、計測することは、構音障害を同定する際に有効であろうと考えられる。そこで超音波画像撮影装置により複数人の健常人に対して構音時の気道縦断面形状の変化を観察した。さらに、舌癌既往患者の構音時の気道の観察を行った結果、縦断面のエコー画像のみでは物理的な舌の動態が把握できないことが分かった。
舌先端付近の挙上は、舌による構音において最も高速に行われる舌運動の一つである。そのためMRやCT画像により精度の高い3次元け実形状を取得することが困難である。そこで、我々の研究グループで開発した[s]構音単純モデルを応用し、[s]調音単純モデルを構築した。これにより、任意の加速度で舌先端を模した形状の構造物を気道形状中の狭窄を形成するように挙上することを可能とした。[s]を含む音節（母音ー子音－母音：VCV）の調音時に、総音圧レベルと舌挙上速度との間にはヒステリシスが存在することが明らかになった。
摩擦子音の音響スペクトル特性には個人差が存在している。この個人差に、[s]や[sh]構音時の気道形状において、どの箇所が関連しているかについて、圧縮性のナビエ・ストークス式を用いた数値解析を行った。その結果、上顎中切歯先端付近と上顎前方部と舌先端部で形成される狭窄の出口付近との間の距離が関係していることが分かった。
圧縮性のナビエ・ストークス式を用いた数値解析はスーパーコンピューターを用いて行われ、大規模なデータを頻繁に可視化し確認することで、効率的な計算を実施することができ、それにより必要な計算が現実時間内にて完了できることが示された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
研究目的に沿った超音波画像診断装置の選定に時間を要し、本年度内での購入ができなかったため。舌癌既往患者等の舌運動に左右非対称が顕著に見られ、超音波画像撮影装置に3次元且つ時系列で画像計測できる機能が必須となったため。
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| Strategy for Future Research Activity |
疾患による口腔領域及びその周囲の器質的な変化によって生じる構音障害に関する物理的理解をすすめる。そのために超音波診断装置（エコー）により構音時の３次元的な口腔形状を観察する。舌癌等で舌体の一部を切除した場合に生じる構音機能への影響を理解するには、舌の形状変化のメカニズムの解明が不可欠である。これまでに、MR画像と拡散テンソル画像から舌筋繊維配向を抽出し、舌形状変形の逆解析を行ってきた。令和３年度からエコー情報を活用し機械工学的の両面からアプローチする予定である。
臨床研究Gは，音響装置やエコー等を使用し，構音障害患者の音声や口腔内診査情報，マルチモーダルデータをスクリーニング調査として取得し，データベースを構築する．医療情報・音声解析Gで構築する構音障害シミュレーターから形状を推定し3次元プリンタにより作成・構築した最適補綴物及びそれと協調したビジュアルなトレーニング・メニューを設計する。
生体医工学解析Gは，これまで我々が研究を行ってきた空力音モデルの適用範囲を拡大し，舌運動を組み込んだ単純形状による構音シミュレーターを構築する．舌運動を組み込むことにより，音素同士の調音(調音結合)の表現を可能とする。
医療情報基盤Gは，患者スクリーニング調査結果をデータベースで保管する．さらに保管された構音障害のある患者データを対象にDeep Patientと同様の手法(AE)により医療情報から患者特徴ベクトルを抽出する．次に構音障害患者の画像及び音声データからDeep Speechの手法(CNN)を参考にして，構音障害特徴ベクトルの抽出を行う．
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