電磁関節造影法

電磁関節造影法(EMA) は、口の各部の位置を測定する方法です。EMA では、舌や口の他の部分に装着したセンサー コイルを使用して、発話中や嚥下中の時間経過に伴う位置と動きを測定します。頭部の周囲の誘導コイルが電磁場を発生させ、口内のセンサーに電流を生成または誘導します。誘導された電流は距離の 3 乗に反比例するため、コンピューターは生成された電流を分析し、空間内のセンサー コイルの位置を判定できます。

EMA は、言語学や言語病理学では構音の研究に、医学では口腔咽頭嚥下障害の研究に使用されています。構音と摂取の研究には、利用可能なデータの種類と量のトレードオフを伴う他の方法が使用されてきました。パラトグラフィーでは、一部の舌子音など口蓋に接触する構音の研究が可能ですが、EMA とは異なり、パラトグラフでは母音など接触しない音に関するデータは提供できません。透視法と X 線マイクロビームでは、EMA のように口の非接触運動を調査できますが、被験者が電離放射線にさらされるため、特定の参加者から収集できるデータの量が制限されます。

調音器官の動きを観察する能力は、音がどのように生成されるかを理解するための音声学の研究において非常に重要であった。 ^[1]

電磁関節造影法は、電磁誘導の原理を利用して、口の中や周囲のさまざまな点の位置と動きを測定する。電磁送信機を内蔵したヘルメットは、さまざまな周波数で送信機に電流を流すことで可変磁場を生成する。口の中に正中矢状方向に配置されたセンサーコイルは、磁場内を移動する際に、送信機からの距離の3乗に反比例する電流を生成する。^[2]誘導された電流は送信コイルと同じ周波数で交互に変化し、合成信号を分離して各コイルからの距離を決定し、空間内のセンサーの位置を決定することができる。^{[3] [4]}

2次元関節造影法では、送信コイルは額、顎、首の正中矢状面に沿って正三角形に配置されます。^[2]送信コイルの幾何学的配置により、舌に配置されたセンサーコイルが正中矢状面から約1センチメートル以内に留まり、30度を超える角度になっていない限り、正確な読み取りが可能です。^[4]

3次元で測定できる関節記録器は、球状に配置された6つの送信コイルを使用します。送信機は、センサーコイルの軸が3つ以上の送信機と垂直にならないように配置されています。送信機の構成と多次元測定機能により、3次元関節記録器は正中矢状面の外側の測定を行うことができます。2D関節記録器では、被験者の頭が測定面から外れないように制限されたヘッドマウントが必要です。3D関節記録器は正中矢状面の外側を測定できるため、制限の少ないヘッドマウントを使用できます。^[5]

トーマス・ヒクソンは、電磁気の原理を利用して発音を測定することを初めて説明した人物です。1971年にアメリカ音響学会誌に掲載された編集者への手紙の中で、彼は2つのセンサーコイルと1つの発電機コイルを使用したセットアップについて説明しました。額と首の後ろに取り付けられたセンサーコイルは固定され、顎に取り付けられた発電機コイルは動き、センサーコイルにさまざまな電流を生成します。これらの電流は、2次元で距離を決定するために使用できます。^[6]

Hixon のような初期の EMA システムでは、使用中に舌が傾くことを考慮できないという問題がありました。センサーコイルが傾くと誘導電流が変化し、データが歪む可能性があるためです。^[1 ] 1987 年に、Paul Schönle らは、3 つの送信コイル (Hixon のジェネレーターコイルに類似) とコンピューターソフトウェアを使用してセンサーコイルの位置を三角測量し、傾きを考慮する改良型システムを発表しました。^[1]しかし、現代の 2 次元システムでは、30 度を超えるセンサーの傾きを補正することはまだできず、センサーコイルが口の中心線から外れると測定が歪んでしまいます。^{[2] [4]} 1993 年に、Andreas Zierdt は、3 次元で動きを測定できるアーティキュログラフの説明を発表しましたが、3 次元アーティキュログラフが市販されたのは 2009 年頃からです。^[5] Zierdt の概念化では、6 つの送信コイルが互いに等距離に配置されました。センサーコイルは双極子であるため、送信コイルに対して垂直になると誘導電流はゼロになります。そこでZierdtは、センサーコイルの任意の回転に対して、3つ以上の送信コイルに対して垂直にならないように送信コイルの角度を調整し、少なくとも3つの送信コイルがセンサーの位置を三角測量できるようにしました。^{[5] [7]}

センサーコイルは被験者の舌の上に配置されるため、コイルの配置によっては発音に影響が出る可能性があるが、コイルによって発音が変化するかどうかを示した比較分析はない。コイルの大きさは約3mmで、測定の誤差の特に大きな原因とは考えられていない。一部の研究者は、舌の先端に置かれたセンサーコイルが被験者を刺激し、発音が妨げられる可能性があることを発見した。同様に、センサーコイルに取り付けられたワイヤーが口の横から出ていない場合、発音を妨げる可能性がある。^[8]

電磁場への長期曝露が人体の健康に有害であるとは証明されていないが、妊娠中またはペースメーカーを使用している人は曝露を避けることが推奨される。ガイドラインでは、安全な連続曝露の限度を100μTから200μTとしている 。 [ ^9]電磁関節計が出力する磁場と周波数は、コンピュータ端末が出力するものと同等であり、測定された最大値は約10μTである。

電磁関節造影法が登場する以前は、さまざまな診断技術が存在していました。

パラトグラフィーと電気パラトグラフィーはどちらも舌と口蓋の接触を測定するため、母音のように口蓋に接触しない発音を測定することはできません。^[10]

パラトグラフィーでは、舌に着色物質を塗り、発音中にその着色物質を口蓋に転写する。次に口蓋の写真を撮影して接触位置を記録し、別のパラトグラムを撮影する場合は、口を洗浄して舌に再度着色する。フィールドワークでよく使用される特に低コストの方法だが、大量のデータを収集するのは難しい場合がある。^{[10] [11]}

電気口蓋記録法では、接触を測定する電極を備えた特注の人工口蓋を使用します。人工口蓋は複数の接触を記録することができますが、発音を妨げたり干渉したりする可能性があるため、被験者ごとに特注の口蓋が必要です。^[12]

ビデオ透視法では、X線放射を使用して、発音中または嚥下中の口の動画を作成します。嚥下中に消化管全体のビデオを撮影できるため、嚥下障害の研究におけるゴールドスタンダードと見なされています。 ^{[13]食物の}誤嚥、嚥下中に消化管のどの部分が機能不全に陥っているか、および最も嚥下しやすい姿勢を研究および治療するためによく使用されます。 ^[14]放射線被ばくの危険性があるため、セッションは通常3分に制限されているため、収集できるデータは限られています。^{[4] [15]}また、舌の動きの詳細な分析はできません。

ビデオ透視法と同様に、X線マイクロビーム検査では放射線を使用して咬合器の動きを検査します。EMAで使用されるコイルと同様に、2〜3 mmの大きさの金のペレットが口の中や周囲に配置されます。コンピュータソフトウェアを使用して約6 mm ^2の細いX線ビームをペレットに集中させ、ペレットの動きを追跡することで、放射線被ばくが制限されます。 ^{[16] EMAと同様に、X線マイクロビーム検査はペレットの配置によって制限されます。放射線被ばくを最小限に抑えることができますが、このシステムは}ウィスコンシン大学独自のものであるため、ほとんどアクセスできません。^{[4] [16] [17]}

• YouTube の脳・言語・音楽研究センターの電磁アーティキュログラフ (EMA)