Muscular activations and lingual movements: Modelling of natural and pathological speech
Activations musculaires et mouvements linguaux : modélisation en parole naturelle et pathologique
Résumé
The purpose of the work presented in this manuscript is the development, in the long run, of some interactive software for tongue surgery, based on a three-dimensional biomechanical model of the tongue, allowing the evaluation of the consequences of some surgery on tongue mobility and supporting the planning and the per-operational guidance of the surgical gesture. The studies led to date aim at studying the feasibility of such a tool.
The first part of this thesis is devoted to a thorough description of the model used. After the presentation of the vocal tract anatomy and of the clinical context, the model geometry is described with precision (internal structure of the tongue model and representation of the bony and soft structures of the vocal tract). The assumptions carried out for biomechanical modelling are introduced as well as the motor control scheme based on the lambda model of the equilibrium-point hypothesis. The extraction of the vocal tract area function is then presented with the model of speech synthesis.
The second part is centred on the results obtained for natural and pathological speech. Our simulations showed the ability of our model to generate the oral vowels of French, with acoustic characteristics close to the values generally observed and satisfactory tongue shapes. Similar simulations are also presented for two cases of tongue surgery: a hemiglossectomy and a widened mouth floor resection.
The first part of this thesis is devoted to a thorough description of the model used. After the presentation of the vocal tract anatomy and of the clinical context, the model geometry is described with precision (internal structure of the tongue model and representation of the bony and soft structures of the vocal tract). The assumptions carried out for biomechanical modelling are introduced as well as the motor control scheme based on the lambda model of the equilibrium-point hypothesis. The extraction of the vocal tract area function is then presented with the model of speech synthesis.
The second part is centred on the results obtained for natural and pathological speech. Our simulations showed the ability of our model to generate the oral vowels of French, with acoustic characteristics close to the values generally observed and satisfactory tongue shapes. Similar simulations are also presented for two cases of tongue surgery: a hemiglossectomy and a widened mouth floor resection.
Les travaux présentés dans ce mémoire ont pour but, à long terme, l'élaboration d'un outil interactif pour la chirurgie linguale, basé sur un modèle biomécanique tridimensionnel de la langue, et permettant à la fois d'évaluer les conséquences d'une chirurgie sur la mobilité linguale et de favoriser le planning et le guidage per-opératoire du geste chirurgical. Les études conduites à ce jour visent à étudier la faisabilité d'un tel outil.
La première partie de ce mémoire est consacrée à une description approfondie du modèle utilisé. Après une présentation de l'anatomie du conduit vocal et du contexte clinique, la géométrie du modèle est décrite avec précision (structure interne du modèle de langue et représentation des structures osseuses et molles du conduit vocal) ainsi que les hypothèses effectuées tant sur le plan de la modélisation biomécanique à l'aide d'un modèle hyperélastique que du contrôle moteur basé sur le modèle lambda du point d'équilibre. L'extraction de la filière aérique est alors introduite de même que le modèle de synthèse utilisé.
La seconde partie est centrée sur les résultats obtenus en parole naturelle et en parole pathologique. Les simulations réalisées ont permis de montrer que ce modèle était capable de générer les voyelles orales du français, avec des caractéristiques acoustiques proches des valeurs généralement observées et des formes de langue satisfaisantes. Des simulations similaires sont également présentées pour deux cas de chirurgie linguale : une hémiglossectomie et une résection élargie du plancher buccal.
La première partie de ce mémoire est consacrée à une description approfondie du modèle utilisé. Après une présentation de l'anatomie du conduit vocal et du contexte clinique, la géométrie du modèle est décrite avec précision (structure interne du modèle de langue et représentation des structures osseuses et molles du conduit vocal) ainsi que les hypothèses effectuées tant sur le plan de la modélisation biomécanique à l'aide d'un modèle hyperélastique que du contrôle moteur basé sur le modèle lambda du point d'équilibre. L'extraction de la filière aérique est alors introduite de même que le modèle de synthèse utilisé.
La seconde partie est centrée sur les résultats obtenus en parole naturelle et en parole pathologique. Les simulations réalisées ont permis de montrer que ce modèle était capable de générer les voyelles orales du français, avec des caractéristiques acoustiques proches des valeurs généralement observées et des formes de langue satisfaisantes. Des simulations similaires sont également présentées pour deux cas de chirurgie linguale : une hémiglossectomie et une résection élargie du plancher buccal.