Customized design of hearing aids using statistical shape learning

3D shape modeling is a crucial component of rapid prototyping systems that customize shapes of implants and prosthetic devices to a patient’s anatomy. In this paper, we present a solution to the problem of customized 3D shape modeling using a statistical shape analysis framework. We design a novel method to learn the relationship between two classes of shapes, which are related by certain operations or transformation. The two associated shape classes are represented in a lower dimensional manifold, and the reduced set of parameters obtained in this subspace is utilized in an estimation, which is exemplified by a multivariate regression in this paper.We demonstrate our method with a felicitous application to estimation of customized hearing aid devices

Application of Big Data to Support Evidence-Based Public Health Policy Decision-Making for Hearing

Ideally, public health policies are formulated from scientific data; however, policy-specific data are often unavailable. Big data can generate ecologically-valid, high-quality scientific evidence, and therefore has the potential to change how public health policies are formulated. Here, we discuss the use of big data for developing evidence-based hearing health policies, using data collected and analyzed with a research prototype of a data repository known as EVOTION (EVidence-based management of hearing impairments: public health pOlicy-making based on fusing big data analytics and simulaTION), to illustrate our points. Data in the repository consist of audiometric clinical data, prospective real-world data collected from hearing aids and an app, and responses to questionnaires collected for research purposes. To date, we have used the platform and a synthetic dataset to model the estimated risk of noise-induced hearing loss and have shown novel evidence of ways in which external factors influence hearing aid usage patterns. We contend that this research prototype data repository illustrates the value of using big data for policy-making by providing high-quality evidence that could be used to formulate and evaluate the impact of hearing health care policies

Anti-biofilm multi drug-loaded 3D printed hearing aids

Over 5% of the world's population has disabling hearing loss, which affects approximately one third of individuals over 65 years. Hearing aids are commonly used in this population group, but prolonged use of these devices may cause ear infections. We describe for the first time, the use of 3D printing to fabricate hearing aids loaded with two antibiotics, ciprofloxacin and fluocinolone acetonide. Digital light processing 3D printing was employed to manufacture hearing aids from two polymer resins, ENG hard and Flexible. The inclusion of the antibiotics did not affect the mechanical properties of the hearing aids. All multi-drug-loaded devices exhibited a hydrophilic surface, excellent blood compatibility and anti-biofilm activity against P. aeruginosa and S. aureus. Hearing aids loaded with ciprofloxacin (6% w/w) and fluocinolone acetonide (0.5% w/w) sustained drug release for more than two weeks and inhibited biofilm formation on the surface of the devices and bacteria growth in the surrounding medium. In summary, this work highlights the potential of vat photopolymerization 3D printing as a versatile manufacturing approach to fabricate high-fidelity patient-specific medical devices with anti-bacterial properties

ANGELAH: A Framework for Assisting Elders At Home

The ever growing percentage of elderly people within modern societies poses welfare systems under relevant stress. In fact, partial and progressive loss of motor, sensorial, and/or cognitive skills renders elders unable to live autonomously, eventually leading to their hospitalization. This results in both relevant emotional and economic costs. Ubiquitous computing technologies can offer interesting opportunities for in-house safety and autonomy. However, existing systems partially address in-house safety requirements and typically focus on only elder monitoring and emergency detection. The paper presents ANGELAH, a middleware-level solution integrating both ”elder monitoring and emergency detection” solutions and networking solutions. ANGELAH has two main features: i) it enables efficient integration between a variety of sensors and actuators deployed at home for emergency detection and ii) provides a solid framework for creating and managing rescue teams composed of individuals willing to promptly assist elders in case of emergency situations. A prototype of ANGELAH, designed for a case study for helping elders with vision impairments, is developed and interesting results are obtained from both computer simulations and a real-network testbed

Speech enhancement algorithms for audiological applications

Texto en inglés y resumen en inglés y españolPremio Extraordinario de Doctorado de la UAH en el año académico 2013-2014La mejora de la calidad de la voz es un problema que, aunque ha sido abordado durante muchos años, aún sigue abierto. El creciente auge de aplicaciones tales como los sistemas manos libres o de reconocimiento de voz automático y las cada vez mayores exigencias de las personas con pérdidas auditivas han dado un impulso definitivo a este área de investigación. Esta tesis doctoral se centra en la mejora de la calidad de la voz en aplicaciones audiológicas. La mayoría del trabajo de investigación desarrollado en esta tesis está dirigido a la mejora de la inteligibilidad de la voz en audífonos digitales, teniendo en cuenta las limitaciones de este tipo de dispositivos. La combinación de técnicas de separación de fuentes y filtrado espacial con técnicas de aprendizaje automático y computación evolutiva ha originado novedosos e interesantes algoritmos que son incluidos en esta tesis. La tesis esta dividida en dos grandes bloques. El primer bloque contiene un estudio preliminar del problema y una exhaustiva revisión del estudio del arte sobre algoritmos de mejora de la calidad de la voz, que sirve para definir los objetivos de esta tesis. El segundo bloque contiene la descripción del trabajo de investigación realizado para cumplir los objetivos de la tesis, así como los experimentos y resultados obtenidos. En primer lugar, el problema de mejora de la calidad de la voz es descrito formalmente en el dominio tiempo-frecuencia. Los principales requerimientos y restricciones de los audífonos digitales son definidas. Tras describir el problema, una amplia revisión del estudio del arte ha sido elaborada. La revisión incluye algoritmos de mejora de la calidad de la voz mono-canal y multi-canal, considerando técnicas de reducción de ruido y técnicas de separación de fuentes. Además, la aplicación de estos algoritmos en audífonos digitales es evaluada. El primer problema abordado en la tesis es la separación de fuentes sonoras en mezclas infra-determinadas en el dominio tiempo-frecuencia, sin considerar ningún tipo de restricción computacional. El rendimiento del famoso algoritmo DUET, que consigue separar fuentes de voz con solo dos mezclas, ha sido evaluado en diversos escenarios, incluyendo mezclas lineales y binaurales no reverberantes, mezclas reverberantes, y mezclas de voz con otro tipo de fuentes tales como ruido y música. El estudio revela la falta de robustez del algoritmo DUET, cuyo rendimiento se ve seriamente disminuido en mezclas reverberantes, mezclas binaurales, y mezclas de voz con música y ruido. Con el objetivo de mejorar el rendimiento en estos casos, se presenta un novedoso algoritmo de separación de fuentes que combina la técnica de clustering mean shift con la base del algoritmo DUET. La etapa de clustering del algoritmo DUET, que esta basada en un histograma ponderado, es reemplazada por una modificación del algoritmo mean shift, introduciendo el uso de un kernel Gaussiano ponderado. El análisis de los resultados obtenidos muestran una clara mejora obtenida por el algoritmo propuesto en relación con el algoritmo DUET original y una modificación que usa k-means. Además, el algoritmo propuesto ha sido extendido para usar un array de micrófonos de cualquier tamaño y geometría. A continuación se ha abordado el problema de la enumeración de fuentes de voz, que esta relacionado con el problema de separación de fuentes. Se ha propuesto un novedoso algoritmo basado en un criterio de teoría de la información y en la estimación de los retardos relativos causados por las fuentes entre un par de micrófonos. El algoritmo ha obtenido excelente resultados y muestra robustez en la enumeración de mezclas no reverberantes de hasta 5 fuentes de voz. Además se demuestra la potencia del algoritmo para la enumeración de fuentes en mezclas reverberantes. El resto de la tesis esta centrada en audífonos digitales. El primer problema tratado es el de la mejora de la inteligibilidad de la voz en audífonos monoaurales. En primer lugar, se realiza un estudio de los recursos computacionales disponibles en audífonos digitales de ultima generación. Los resultados de este estudio se han utilizado para limitar el coste computacional de los algoritmos de mejora de la calidad de la voz para audífonos propuestos en esta tesis. Para resolver este primer problema se propone un algoritmo mono-canal de mejora de la calidad de la voz de bajo coste computacional. El objetivo es la estimación de una mascara tiempo-frecuencia continua para obtener el mayor parámetro PESQ de salida. El algoritmo combina una versión generalizada del estimador de mínimos cuadrados con un algoritmo de selección de características a medida, utilizando un novedoso conjunto de características. El algoritmo ha obtenido resultados excelentes incluso con baja relación señal a ruido. El siguiente problema abordado es el diseño de algoritmos de mejora de la calidad de la voz para audífonos binaurales comunicados de forma inalámbrica. Estos sistemas tienen un problema adicional, y es que la conexión inalámbrica aumenta el consumo de potencia. El objetivo en esta tesis es diseñar algoritmos de mejora de la calidad de la voz de bajo coste computacional que incrementen la eficiencia energética en audífonos binaurales comunicados de forma inalámbrica. Se han propuesto dos soluciones. La primera es un algoritmo de extremado bajo coste computacional que maximiza el parámetro WDO y esta basado en la estimación de una mascara binaria mediante un discriminante cuadrático que utiliza los valores ILD e ITD de cada punto tiempo-frecuencia para clasificarlo entre voz o ruido. El segundo algoritmo propuesto, también de bajo coste, utiliza además la información de puntos tiempo-frecuencia vecinos para estimar la IBM mediante una versión generalizada del LS-LDA. Además, se propone utilizar un MSE ponderado para estimar la IBM y maximizar el parámetro WDO al mismo tiempo. En ambos algoritmos se propone un esquema de transmisión eficiente energéticamente, que se basa en cuantificar los valores de amplitud y fase de cada banda de frecuencia con un numero distinto de bits. La distribución de bits entre frecuencias se optimiza mediante técnicas de computación evolutivas. El ultimo trabajo incluido en esta tesis trata del diseño de filtros espaciales para audífonos personalizados a una persona determinada. Los coeficientes del filtro pueden adaptarse a una persona siempre que se conozca su HRTF. Desafortunadamente, esta información no esta disponible cuando un paciente visita el audiólogo, lo que causa perdidas de ganancia y distorsiones. Con este problema en mente, se han propuesto tres métodos para diseñar filtros espaciales que maximicen la ganancia y minimicen las distorsiones medias para un conjunto de HRTFs de diseño

Comparisons & analyses of U.S. & global economic data & trends

Issued as final reportSRI Internationa

What works to increase access to assistive technology in southern Africa

Access to assistive technologies (AT) is necessary to achieving all 17 sustainable development goals. Yet for most people who need AT in Southern Africa, AT is unaffordable, unavailable, and often inappropriate. My PhD research was guided by the core question: What works to increase access to assistive technology in Southern Africa? Organized into three sub-studies, my research aimed to identify and describe the facilitators and barriers to access AT and develop a theoretical model to inform strategies to increase AT access in Southern Africa. The first two sub-studies listed below were previously published and the full manuscripts are included as separate chapters within the thesis. The three sub-studies included: • Sub-study 1: A scoping review that characterized existing evidence on AT from resource limited environments. Evidence identified was limited in quantity and quality, and primarily focused on mobility and vision types of AT. • Sub-study 2: A secondary analysis (i.e., bivariate regressions) of national survey data from Botswana and Swaziland served to examine factors associated with higher levels of AT access. The type of disability (i.e., mobility vs. non-mobility) was found to be the most important factor in determining AT access in both countries. • Sub-study 3: A regional qualitative sub-study was conducted to increase the understanding of how a multitude of interrelated factors operate to increase the supply of and access to AT. An adapted health systems framework was applied to analyse multiple data sources including stakeholder interviews, documentation review and observations. The thesis is organized into seven chapters. In Chapter 1, I provide background information and conceptual framing of the research topic, assistive technology access within Southern Africa. The research questions and overview of the three sub-studies are included in this introductory chapter. Chapter 2 covers the research methods of all three sub-studies. For the first two sub-studies, a brief overview of data collection and analysis methods are included that reference the more detailed methods presented within each published manuscript. The first two sub-studies are presented as Chapter 3 (scoping review) and Chapter 4 (secondary analysis) within the thesis. The third sub-study (qualitative) provided the most comprehensive data of the three sub-studies and comprises findings presented in Chapter 5 and Chapter 6. In the final chapter, Chapter 7, I synthesize findings from all three sub-studies to identify prominent patterns and present models that aim to explain constraints within the AT sector. The synthesis of evidence showed that AT in Southern Africa does not operate as a sector but as a constellation of uncoordinated parts. The low prioritization of AT and high level of fragmentation within the system emerged as pervasive patterns. The combination of these two patterns result in a wasteful sector. This means that the limited resources invested in funding products and services, and in strengthening the national AT procurement and provision system are not used effectively to increase the supply of and access to appropriate AT. In my further interpretation of data to respond to the core research question: What works to increase access to assistive technology in Southern Africa? I then identify strategic levers to increase AT access. Strategic levers aim to increase resources invested in the AT sector while reducing system-wide inefficiencies. Finally, study limitations and conclusions are presented at the end of this final chapter