[發明專利]一種聲帶質量分布模型及其構建方法

有效

• 申請號: 201210513726.6
• 申請日: 2012-12-04
• 公開（公告）號: CN103050042A
• 公開（公告）日: 2013-04-17
• 發明（設計）人: 陳東帆;黃昭鳴;陳維濤;盧海丹;韓興乾;周晨;王曜宇
• 申請（專利權）人: 華東師范大學
• 主分類號: G09B23/28
• 分類號: G09B23/28
• 代理公司: 上海麥其知識產權代理事務所(普通合伙) 31257
• 代理人: 董紅曼

技術領域

本發明屬于物理模型仿生領域，特別涉及一種聲帶質量分布模型及其構建方法。

背景技術

聲帶的彈簧-質量塊模型首先是由Flanagan和Landgraf提出來的，如圖1(a)所示。在這個模型中，質量塊M象征著聲帶的長度、表面積和質量，彈簧K和阻尼B象征著聲帶組織的彈性和粘性。該系統受一個力F作用，這個力是由于聲門上的空氣壓力Ps作用在聲帶內表面產生的。

然后，Ishizaka和Flanagan提出了二質量塊模型，如圖(b)。這個模型是迄今為止被引用最多的，因為它不僅結合聲道耦合，而且表面還具有波浪狀運動能力。在此模型中，聲帶是雙側對稱的。每個聲帶由兩個質量塊組成，分別由兩個非線性彈簧和阻尼器連接到剛性壁上。這個剛性壁被用來模擬甲狀軟骨。一個在兩個質量塊之間的線性彈簧實現波狀運動。

之后，Titze于1973年提出了十六自由度的質量塊模型，該模型試圖模擬聲帶的各種活動，包括聲帶的垂直和水平運動及其相位差。該模型認為：聲帶是由兩部分所構成，就是與聲韌帶(固有層中層和深層)緊密連接的粘膜和聲帶肌(甲杓內肌)。這兩部分在振動時有不同的表現。雙自由度系統則假設這兩部份之間的聯系是很松散的，而十六自由度模型中整體質量和張力的差異更多地解釋了粘膜和聲帶肌之間地垂直相位差。另外，粘膜和聲帶肌之間的連接隨著音調的變化而變化，音調會隨著聲帶張力及長度變化。

質量塊模型能夠較好地模擬正常聲帶振動，但由于其離散性較難來模擬病理聲帶，也較難來模擬聲帶的特征。另外，每個質量塊都需要相應的彈簧振子，使得計算量急劇增加，邊界條件難以確定，無法應用于臨床，故創立四十年來鮮有進展。在相當程度上影響了人喉功能障礙的基礎研究及其相應治療技術的進一步發展。

發明內容

本發明克服了背景技術中的上述缺陷，提出了一種聲帶質量分布模型的構建方法。

本發明提出了一種聲帶質量分布模型的構建方法，包括：

步驟一：獲取聲帶的圖像；

步驟二：根據所述圖像提取所述聲帶的邊界輪廓，形成所述聲帶表面的網格圖；

步驟三：根據所述網格圖構建三維聲帶模型；

步驟四：根據所述三維聲帶模型，制作快速成型模型與數控成組模型；

步驟五：將所述快速成型模型與數控成組模型組合，得到聲帶質量分布模型。

其中，所述步驟一中的圖像通過核磁共振成像、電聲門圖、喉內窺鏡獲得。

其中，所述步驟二進一步包括：對所述邊界輪廓進行平滑處理。

其中，所述步驟四中，所述快速成型模型通過快速成型技術制作得到。根據聲帶的生理分層結構，在快速成型制造過程中，使用不同密度、楊氏模量、泊松比的材料，生成不同厚度的快速成型模型。

其中，所述步驟五中，通過螺栓緊固裝置將所述快速成型模型與數控成組模型組合；將快速成型模型安裝在數控成組模型上的夾緊槽里，通過緊固螺栓夾緊，制成模擬聲帶振動的質量分布模型。

本發明還提出了一種聲帶質量分布模型，按本發明構建方法制備獲得，包括：根據聲帶的核磁共振圖像提取聲帶的邊界輪廓，并且生成聲帶表面的網格圖；根據聲帶的表面的網格圖以及聲帶的三層生理結構快速成型生成聲帶的快速成型模型；將快速成型模型與數控成組模型生成可以模擬人體聲帶振動的質量分布模型。

本發明通過快速成型技術，直接讀取三維聲帶模擬CAD數據，快速制造出病理聲帶質量模塊，實現聲帶模型設計、制造高度以及速度高度一體化。本發明聲帶質量分布模型的構建方法在成型過程中無需使用專用夾具、模具、刀具等，可以制造任意復雜形狀的、連續的三維的病理快速成型模型。

本發明聲帶質量分布模型可以模擬三維病理聲帶實體，能夠更好地模擬聲帶的正常振動，為聲帶治療技術、病理噪音測量與研究提供了實驗基礎。

通過本發明制作的聲帶質量分布模型能夠發出兩個以上音域的聲音，發音方式更真實，還能夠滿足解剖學、病理學研究的需要，可以調節與生理特征相關聯的參數。

本發明的聲帶質量分布模型能夠模擬聲帶的瞬時反應，如輕聲咳嗽等，而且能夠模擬不同年齡段的正常及病理聲帶。

本發明聲帶質量分布模型能夠模擬真實人體的聲帶的振動情況，為探索人體的發聲機制提供技術支持。

附圖說明

圖1為背景技術質量塊模型的示意圖；其中，圖1(a)是單質量塊模型示意圖；圖1(b)是雙質量塊模型示意圖；圖1(c)是十六質量塊模型示意圖。

圖2為本發明聲帶模型的示意圖。