Ultrasonic boom: modular solution to support ultrasound-based speech production studies

Abstract

The tongue is an essential organ for speech and communication, but it is problematic to observe due to its location inside the mouth. Ultrasound imaging is used to measure and record the tongue’s motion during speech; however, translation and rotation movements of the probe may induce errors. The ability to acquire clear images of the tongue is essential for diagnosing ailments and comparing ultrasound data; various methods have been proposed to stabilise the probe to ensure accuracy. One of the most common techniques is a stabilisation helmet that positions the probe under the user’s chin. The stabilisation headset used at the Institute of Electronics and Informatics Engineering of Aveiro research laboratory is designed and sold by Articulate Instruments. Although useful, this design presents several shortcomings that this work aimed to investigate and resolve, such as being uncomfortable for the user and cumbersome for the researcher. The purpose of this research was to evaluate the current headset models and propose an alternative solution with improved comfort of use and that better-addressed researcher needs. This dissertation describes the process of analysing the current headset and related devices, followed by identifying customer requirements and target specifications. With the information gathered, several concepts were outlined and screened, leading to an iterative process of prototyping and alteration based on feedback from researchers. This activity produced a proposed design that satisfied user comfort by incorporating an ergonomic construction and modular structures to improve the utility and customizability of the system. Although a promising step, further development of this design is required as the head-probe stabilisation headset can still be improved.

A língua, um órgão essencial na fala e comunicação, contudo um pouco problemática no seu estudo devido à sua localização ser dentro da boca. Durante os ultrassons, utilizados para medir e registar o movimento da língua durante a fala, a translação e rotação da sonda pode induzir erros. A habilidade de adquirir imagens claras da língua é essencial para diagnosticar doenças e comparar dados de ultrassons, tendo sido propostos vários métodos para estabilizar a sonda e garantir a sua exatidão. Uma das técnicas mais comuns é a utilização de um equipamento de estabilização que posiciona a sonda debaixo do queixo do utilizador. O equipamento de estabilização utilizado no laboratório de pesquisa do Instituto de Engenharia Eletrónica e Informática de Aveiro ´e projetado e vendido pela Articulate Instruments. Embora útil, este design apresenta várias falhas, tais como o desconforto causado no utilizador e a complexidade para o analisador, sendo a investigação e resolução destas o objetivo do presente trabalho. Esta pesquisa visa avaliar o equipamento atual e outros aparelhos semelhantes, seguido da identificação dos requisitos do cliente e especificações pretendidas. Recolhida esta informação, vários conceitos foram traçados e examinados, levando a um processo iterativo de prototipagem e alterações com base nas opiniões dos especialistas. Esta atividade deu origem ao modelo proposto que satisfaz o conforto do utilizador incorporando uma construção ergonómica e estruturas modulares de modo a melhorar a sua utilidade e a personalização do sistema. Embora seja um passo prometedor, é requerida uma continuação no seu desenvolvimento visto que o equipamento de estabilização da sonda ainda pode ser aperfeiçoado.