[发明专利]一种声带振动力学特性的检测系统与检测方法

说明书

技术领域

本发明属于声带振动检测领域，特别涉及一种声带振动力学特性的检测系统与检测方法。

背景技术

声带振动是一个复杂、精细的三维运动过程，对它的成像与测量，尤其是力学特性的测量，一直是发声生理研究和临床检查中一个重要的方面。但因为声带位于喉部内侧，并且在正常发声时的振动频率高达100-400Hz，所以它的振动细节很难被一般仪器直接检测到。为此，高速成像技术(采样率大于1000Hz)被引入到该领域，用来对高速振动中的声带细节进行动态成像，其中包括高速摄影和高帧率超声技术。

声带的生物力学参数如声带振动质量、粘弹力等，可以定量描述声带振动过程中的力学特性，目前，国外已有在高速摄影喉镜拍摄影像的基础上，结合声带振动模型来提取声带振动力学参数的方法。但由于高速摄影喉镜只能获取声带表面振动的信息，其相应的振动参数反映的是声带浅层的被覆层的振动力学特性。而声带是由黏膜、韧带与肌肉组成的多层结构，对于深层的、力学特性不同的肌肉等组成的体层的振动，则无法通过该方法得到其力学参数。另一方面，高帧率超声虽然可以无损伤的对声带组织内部进行成像，但是不能获得清晰的声带表面振动细节，且没有相应的声带振动力学参数的定量提取方法。

发明内容

针对现有技术中无法获得清晰的声带表面振动细节图像，且没有相应的声带振动力学参数的定量提取方法的技术问题，本发明提出如下技术方案：

一种声带振动力学特性的检测系统，包括高速摄影喉镜模块、高帧率超声模块、数据采集模块、同步采集控制模块、成像显示模块数据储存模块、成像数据处理模块、力学参数提取模块，其特征在于：同步采集控制模块的输出端、高速摄影喉镜模块的输出端、高帧率超声模块的输出端连接数据采集模块的输入端，数据采集模块一个输出端与成像显示模块输入端连接；数据采集模块的另一输出端通过数据储存模块、成像数据处理模块单向连接到力学参数提取模块的输入端；其中，高速摄影喉镜模块和高帧率超声模块对声带振动进行分别成像；同步采集控制模块控制高速摄影喉镜模块和高帧率超声模块进行同步成像；数据采集模块用于采集高速摄影喉镜模块和高帧率超声模块的成像数据；成像显示模块对成像过程进行监控，保证成像效果；数据储存模块将采集到的成像数据保存到计算机硬盘；成像数据处理模块对保存的成像数据进行处理，用于后续声带力学参数提取；力学参数提取模块是基于处理后的成像数据，对声带振动的力学参数进行提取；高速摄影喉镜模块和高帧率超声模块分别连接于同一台计算机的数据采集模块，并通过同一个同步信号触发器来控制高速摄影喉镜模块和高帧率超声模块采集数据的同步。

根据成像数据的不同，声带振动模型的选择包括以下两种：

针对声带被覆层振动参数或者高速摄影喉镜采集的数据，采用二质量块模型；该模型可以模拟声带的被覆层在振动过程中存在的上下位延时现象，且其包含的参数简洁明了，能够在反映声带被覆层振动的力学特性的同时，便于计算仿真；

针对声带体层和被覆层的振动参数或高速摄影喉镜和高帧率超声同时采集的数据，采用三质量块模型；其中，在利用该模型进行力学参数提取之前，对高速摄影喉镜和高帧率超声提取的特征参数：声门面积时间序列和体层位移时间序列，根据声门的特征点进行配准组成综合时间序列，同时包含声门面积和体层位移两种特征参数；三质量块模型是在二质量块模型的基础上加入代表体层的第三质量块，能够同时对声带体层和被覆层振动过程进行模拟，更全面的反映声带振动的力学特性。

本发明的声带振动力学特性的检测系统及检测方法可以获得清晰的声带表面振动细节图像，同时提供了声带振动力学参数的定量提取方法，可以得到深层的、力学特性不同的肌肉体层的振动力学参数。

附图说明

图1为本发明的结构方框示意图，其中：高速摄影喉镜模块1、高帧率超声模块2、同步采集控制模块4、数据采集模块3、成像显示模块5、数据储存模块6，成像数据处理模块7、力学参数提取模块8。

图2为本发明的系统对声带进行检测的示意图，其中为：高速摄影喉镜1′，高帧率超声主机2′，超声探头9、计算机10、同步信号触发器11，被检测的声带12。

图3为本发明的声带振动力学特性检测方法的流程图。

图4为本发明的高速摄影喉镜图像数据处理的流程图。

图5为本发明的高帧率超声射频信号数据处理的流程图。

图6为本发明采用二质量块模型时生物力学参数反求的流程图。

图7为本发明采用三质量块模型时生物力学参数反求的流程图。

具体实施方式