Brevet FR2917281A1 — publié le 20081219

PROCEDE ET EQUIPEMENT NON-INVASIF DE PHOTOELECTROGLOTTOGRAPHIE L'invention concerne un procédé pour analyser le comportement de la glotte du larynx par photoélectroglottographie nonûinvasive, ainsi qu'un équipement de mise en oeuvre par émission et détection de lumière diffuse. L'invention se rapporte aux recherches cliniques et io expérimentales dans le domaine des sciences de la parole -phonétique et phonologie- à partir d'une visualisation du comportement des organes de phonation, en particulier du larynx et de sa glotte. La voix et donc la parole est commandée, notamment, par 15 l'ouverture et la fermeture de la glotte du larynx, espace bordé par les plis formant les cordes vocales. La visualisation de la variation de l'état et de la qualité d'ouverture/fermeture de la glotte, révélateur du comportement glottique, est une étape essentielle de la recherche clinique et expérimentale. La complexité des mécanismes des organes de la parole nécessite en effet 20 de combiner les données aérodynamiques, physiologiques, biomécaniques et acoustiques afin d'étudier la coordination intra et interactive entre les organes de la phonation (larynx et poumons) et ceux de l'articulation (langue, lèvres, voile du palais, pharynx). 25 L'interprétation des données aérodynamiques peut être validée par des données photoglottographiques qui fournissent des informations sur les variations temporelles de l'aire de la glotte. Les techniques photoglottographiques connues utilisent une illumination du larynx par fibroscopie, à l'aide d'un naso-fibroscope, et une détection par un capteur 30 extraûpharyngé. Cependant, la photoglottographie ne permet pas d'obtenir d'informations qui traduisent le comportement glottique car la gêne et la déformation provoquée sur le signal par ces techniques invasives induit une 35 incertitude qui masque l'interprétation. De plus, les techniques existantes ne peuvent servir que pour l'exploration de phonèmes comme des voyelles /i/ et /e/ correspondant à une position antérieure de la langue de la personne examinée. L'invention vise à fournir une visualisation du comportement glottique dans les différentes situations de phonation (voyelles, consonnes voisées ou non voisées) pour toutes les langues utilisées dans le monde, et de qualité de voix (soufflée, craquée, etc.), sans restriction articulatoire et sans limite dans l'exploration des phonèmes. i0 Pour ce faire, l'invention propose une approche nonûinvasive par éclairage diffus de la glotte à partir d'une source de lumière externe et recueil du signal lumineux par photodétection également externe. Plus précisément, l'invention a pour objet un procédé non- 15 invasif de photoélectroglottographie dans une zone de formation du son pour la parole d'une personne, cette zone comportant un hypopharynx, un larynx et une glotte bordée par des plis vocaux. Une lumière externe à la personne et située dans un environnement immédiat de la peau de cette personne, éclaire, avec une puissance et dans une gamme de longueurs d'onde aptes à 20 traverser la peau de la personne, la glotte par transmission sous forme diffuse en passant par l'hypopharynx et le larynx. Un signal lumineux diffus est recueilli par photodétection hors de la personne après la traversée de la glotte, ce signal étant ensuite amplifié et traité pour fournir des données asservies successivement dans le temps aux ouvertures et fermetures 25 successives de la glotte, définissant ainsi une amplitude d'ouverture glottique. L'amplitude de l'ouverture glottique pendant la parole fournit deux types d'information : sur la vibration des plis vocaux pour la prononciation des sons voisés comme des voyelles et des consonnes sonores 30 et sur l'adduction/abduction des plis vocaux permettant la distinction des consonnes sourdes des consonnes sonores. Cette amplitude traduit également la position accentuée ou non des phonèmes. Le procédé peut ainsi être utilisé dans le domaine de la phonétique expérimentale et clinique ainsi que pour l'étude comparée des langues, car la position de la langue massée 35 vers l'avant ou non étant indifférente lors de la mise en oeuvre de ce procédé. L'invention se rapporte également à un équipement de mise en oeuvre du procédé. Cet équipement non û invasif comporte une source de lumière positionnée extérieurement à la personne examinée au niveau de l'hypopharynx latéral. Il comporte également un photodétecteur masqué de la lumière ambiante et positionné dans l'environnement immédiat de la peau de la personne sous examen. Ce photodétecteur est sensible au moins à l'intervalle de longueurs d'onde de la lumière diffusée à partir de la source, et est relié à un amplificateur du signal émis par le photodétecteur qui, en liaison avec un traitement du signal, permet de visualiser des données successives io d'amplitude d'ouverture glottique. Selon des modes de réalisation particuliers : - le traitement du signal est effectué par un enregistreur qui délivre des chronogrammes du signal amplifié; 15 - la source lumineuse est un guide de lumière en liaison avec un émetteur isolé en température, ou plutôt avantageusement une diode électroluminescente (LED), la source pouvant également être directement cet émetteur sans le guide; - la LED est de forte puissance de l'ordre de plusieurs watts, 20 typiquement entre 1 et 3 watts, et d'émission dans un intervalle de longueurs d'onde allant du rouge à l'infrarouge, en particulier le proche infrarouge ; - le photodétecteur est positionné sous la glotte dans le sens de propagation de la lumière ; - le traitement du signal recueilli par le photodétecteur fournit 25 un enregistrement et/ou une visualisation directe des données, à l'aide d'un oscilloscope ou d'un logiciel approprié piloté par un ordinateur ; - l'intervalle de longueurs d'onde de l'émetteur se situe dans le rouge û infrarouge pour permettre une pénétration efficace de la peau ; - des moyens de stabilisation du signal lumineux de la source 30 lumineuse sont prévus afin d'empêcher des fluctuations du signal, notamment par une alimentation de la source en courant continu stabilisé ; - le photodétecteur peut être une photodiode de type PIN à haute sensibilité et haute vitesse de réaction ; - la source lumineuse est positionnée en dehors de la 35 personne mais à proximité immédiate de la peau, dans l'espace situé en regard de l'os hyoïde et du cartilage thyroïde, près de la hampe supérieure du cartilage thyroïde ; -le photodétecteur peut être fixé sur la peau en combinaison avec tout moyen absorbant ou réfléchissant la lumière environnante, dans l'espace situé en regard du cartilage thyroïde et du cartilage cricoïde ou de la région trachéale. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront dans la description qui suit relative à un exemple de réalisation io non limitatif, en référence aux figures annexées qui représentent respectivement : - la figure 1, un schéma général d'un équipement selon l'invention en position opérationnelle sur la personne examinée apparaissant en coupe ; et 15 - les figures 2a et 2b, des chronogrammes de comparaison de signaux d'amplitude glottique obtenus avec un équipement de nasofibroscopie (figure 2a) et un équipement selon l'invention (figure 2b) pour deux types de sons à voyelles postérieures ouvertes /a/ et antérieures fermées /i/, à chaque chronogramme ont été également représentés les enregistrements de la voix 20 obtenus simultanément par un microphone. L'exemple d'équipement nonûinvasif de photoélectroglottographie selon l'invention, tel qu'illustré à la figure 1, comporte une diode électroluminescente (ci-après LED) 10 de puissance égale à 3 watts comme 25 source de lumière. La LED 10 est positionnée sur contre la peau 11 de la personne examinée P, dans la région de l'hypopharynx HP (représentée approximativement sur la figure 1), plus précisément entre l'os hyoïde OH et le cartilage thyroïde CT, près de la hampe supérieure HS du cartilage thyroïde CT. A la place de la LED, mais dans un positionnement semblable, il est 30 possible d'utiliser un guide de lumière 12 transportant la lumière provenant d'un émetteur froid stabilisé, par exemple une lampe halogène avec un filtre absorbant la chaleur. La longueur d'onde de la LED est située dans le proche infrarouge pour permettre une pénétration efficace de la peau. Avantageusement, des moyens de stabilisation du signal lumineux de la source lumineuse sont prévus afin d'en empêcher les fluctuations, notamment par une alimentation de la LED en courant continu. L'équipement comporte également, comme photodétecteur 20, une photodiode de type PIN à haute sensibilité et haute vitesse de réaction. Le photodétecteur 20 est également positionné contre la peau 11 de la personne sous examen, mais sous la glotte GL de la personne si l'on suit le sens de propagation de la lumière L. Plus précisément, il est disposé dans io l'espace situé dans la région trachéale RT. Ainsi, la lumière L provenant de la LED est diffusée (flèches L sur la figure 1), réfléchie dans le pharynx PH et passe à travers la glotte ouverte GL, bordée par les plis vocaux PV (formant les cordes vocales). Afin de ne recueillir que la lumière provenant de la LED, le 15 photodétecteur est avantageusement isolé de la lumière ambiante par un masque absorbant noir 22. Le photodétecteur est le plus sensible dans l'intervalle infrarouge d'émission de la LED. Le signal recueilli par la photodiode est 20 transmis à un amplificateur de signal 24 qui est relié à un enregistreur de signal 26. Cet enregistreur est, dans l'exemple, un oscilloscope qui permet par un traitement classique, de visualiser l'amplitude du signal transmis par l'ouverture de la glotte GL. Il est également possible de visualiser le signal par un logiciel audio approprié et piloté par ordinateur (comme montré sur la 25 figure 2). L'enregistreur peut délivrer des chronogrammes en temps réel en portant l'amplitude de signal A en fonction du temps t comme représentés sur les figures 2a et 2b. Les chronogrammes ainsi illustrés correspondent 30 respectivement aux sons de phonèmes à voyelle ouverte [a] et consonne non voisée [s] de asa (prononciation : assa ) et à voyelle fermée [i] et consonne non voisée [s] de isi (prononciation : issi ). Des premiers chronogrammes, les courbes Cl a et Cl i, indiquent l'amplitude audio obtenue à l'aide d'un microphone disposé devant la personne. Cl a et Cl i présentent 35 des vibrations acoustiques Va et Vi lors de la prononciation des voyelles [a] et [ il , puis une zone de bruit lors de la prononciation de la consonne non voisée [s] de sa et si , puis des vibrations Vca et Vci, lors de la prononciation de la seconde voyelle, [a] et [i] des logatomes. Des enregistrements, les courbes C2a et C2i (figure 2a), par photoglottographie à fibroscopie ont été effectués respectivement et simultanément aux enregistrements Cl a et Cl i. Les enregistrements C2a et C2i montrent la dépendance de cette technologie invasive avec l'articulation de la voyelle concernée puisque le signal C2a reste quasi plat en voyelle ouverte postérieure a et durant la consonne non voisée correspondante [s] de sa (articulation postériorisée de [s], du fait de la position de la langue durant la voyelle postérieure [a], par coarticulation ) . Ce n'est que dans le cas où il s'agit de prononcer une voyelle antérieure [i], i , et la consonne non voisée correspondante [s] de si , que le signal C2i fournit des réponses correspondant aux séquences Vi et Vci. Par ailleurs, des enregistrements ont été effectués dans les mêmes conditions d'expression vocale en comparant les enregistrements des signaux formés par le microphone (C3a et C3i) et par l'équipement selon l'invention (C4a et C4i). Les enregistrements effectués avec cet équipement montrent alors que le procédé et l'équipement proposés ne dépendent pas de l'articulation de la voyelle concernée : en effet, les signaux C4a et C4i obtenus avec la technologie nonùinvasive selon l'invention présentent des amplitudes de signaux significatives et mesurables La, et Lca puis Li et Lci, quel que soit le type de voyelles (postérieures ou intérieure) prononcé : les signaux délivrés sont de forme globale semblable pour [asa] et [isi], ce qui correspond à la réalité physiologique. Ceci provient du fait que la position postériorisée de la langue dans le cas de [asa] ne masque pas ces mesures, contrairement aux enregistrements effectués par fibroscopie, comme il apparaît sur la courbe C2i. Ainsi la lumière diffusée traverse la glotte quelle que soit la position de la langue, et traduit avec sensibilité les variations d'amplitude de la glotte et des plis vocaux qui y participent : le signal est asservi aux ouvertures et fermetures successives de la glotte. Il s'en suit que la technologie par diffusion de lumière non invasive est indépendante du type des voyelles ou des consonnes. Dans ces conditions, l'amplitude de l'ouverture glottique pendant la parole fournit une information sur la vibration des plis vocaux pour la prononciation des voyelles et sur l'adduction/abduction des plis vocaux permettant la distinction des consonnes sourdes des consonnes sonores, cette amplitude traduisant également la position accentuée ou non des phonèmes, la position de la langue massée vers l'avant ou non étant indifférente comme expliqué ci-dessus. L'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation io décrits ou représentés. Il est par exemple possible de prévoir plusieurs LED comme source de lumière, disposées à proximité ou symétriquement par rapport à la trachée. Dans ce cas, des inclinaisons variées peuvent être mises en oeuvre afin de recueillir plus de lumière. Il est également possible de prévoir un photodétecteur de grande étendue ou plusieurs photodétecteurs. REVENDICATIONS 1. Procédé non-invasif de photoélectroglottographie dans une zone de formation du son de la parole d'une personne, cette zone comportant un hypopharynx (HP), un pharynx (PH) et une glotte (GL) bordée par des plis vocaux (PV), caractérisé en ce qu'il consiste, par une lumière (10, 12) externe à la personne (P) et située dans un environnement immédiat de la peau (11) de cette personne, à éclairer, avec une puissance et dans une gamme de longueurs d'onde aptes à traverser la peau de la personne, la glotte (GL) par io transmission sous forme diffuse (L) en passant par l'hypopharynx (HP) et le pharynx (PH), et en ce qu'un signal lumineux diffus est recueilli par photodétection hors de la personne après la traversée de la glotte (GL), ce signal étant ensuite amplifié et traité pour fournir des données asservies successivement dans le temps aux ouvertures et fermetures successives de 15 la glotte définissant ainsi une amplitude d'ouverture et d'oscillation glottique (A). 2. Procédé non-invasif de photoélectroglottographie selon la revendication 1, caractérisé en ce que, la zone de formation du son de la parole d'une personne comportant, symétriquement, un os hyoïde (OH) et un 20 cartilage thyroïde (CT) présentant une hampe supérieure (HS), la source lumineuse (10, 12) est positionnée dans un espace situé en regard de l'os hyoïde (OH) et du cartilage thyroïde (CT) et près de la hampe supérieure (HS) du cartilage thyroïde. 25 3. Equipement de mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte une source de lumière (10, 12) positionnée extérieurement à la personne examinée (P) au niveau de l'hypopharynx latéral (HP), un photodétecteur (20) masqué de la lumière ambiante et positionné dans l'environnement immédiat de la peau (11) de la 30 personne sous examen (P), ce photodétecteur (20) étant sensible au moins à l'intervalle de longueurs d'onde de la lumière diffusée à partir de la source (10, 12), et en ce que le photodétecteur (20) est relié à un amplificateur (24) du signal émis par le photodétecteur qui, en liaison avec un traitement du signal (26), permet de visualiser des données successives d'amplitude d'ouverture 35 glottique (A). 20 25 30 4. Equipement selon la revendication 3, caractérisé en ce que le traitement du signal est effectué par un enregistreur (26) qui délivre des chronogrammes du signal amplifié. 5. Equipement selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que la source lumineuse est un guide de lumière (12) en liaison avec un émetteur isolé en température ou directement cet émetteur de type LED (10). 6. Equipement selon la revendication précédente, caractérisé io en ce que l'émetteur est une diode électroluminescente (LED) de puissance comprise entre 1 et 3 watts et d'émission dans un intervalle de longueurs d'onde allant du rouge à l'infrarouge, en particulier le proche infrarouge. 7. Equipement selon l'une quelconque des revendications 3 à 15 6, caractérisé en ce qu'il comprend un oscilloscope et/ou un logiciel approprié piloté par un ordinateur permettant un enregistrement et/ou une visualisation directe des données fournies par le traitement du signal recueilli par le photodétecteur (20). 8. Equipement selon l'une quelconque des revendications 3 à 7, caractérisé en ce que des moyens de stabilisation du signal lumineux de la source lumineuse sont prévus afin d'empêcher des fluctuations du signal, notamment par une alimentation de la source en courant continu stabilisé. 9. Equipement selon l'une quelconque des revendications 3 à 8, caractérisé en ce que le photodétecteur (20) est une photodiode de type PIN à haute sensibilité et haute vitesse de réaction. 10. Equipement de mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 3 à 9, caractérisé en ce que le photodétecteur (20) est fixé sur la peau (11) en combinaison avec un masque (22) absorbant ou réfléchissant la lumière environnante, dans l'espace situé en regard du cartilage thyroïde (CT) et du cartilage cricoïde ou de la région trachéale (RT).