[發(fā)明專利]基于平面波超聲成像的聲帶振動成像與測量系統(tǒng)及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410605785.5
• 申請日: 2014-10-30
• 公開（公告）號: CN104323803A
• 公開（公告）日: 2015-02-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 萬明習;唐姍姍;敬博文;王素品
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號: A61B8/08
• 分類號: A61B8/08
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 陸萬壽

【技術(shù)領(lǐng)域】

本發(fā)明屬于生物醫(yī)學(xué)信息檢測領(lǐng)域，具體涉及一種能夠?qū)β晭нM行時間和空間同步的高速振動成像，并對聲帶時間和空間振動特性進行量化提取的系統(tǒng)及方法。

【背景技術(shù)】

人體聲帶高速、復(fù)雜、多維振動產(chǎn)生了嗓音源，它是人體內(nèi)振動速度最快的小器官，也是最易產(chǎn)生損傷的發(fā)聲器官。然而目前對在體聲帶是如何通過調(diào)節(jié)自身組織力學(xué)特性從而改變發(fā)聲模式、以及病變損傷是如何造成聲帶的組織力學(xué)特性改變而導(dǎo)致病理語音產(chǎn)生等問題的研究仍然處于起步階段。

根據(jù)聲帶的解剖結(jié)構(gòu)及其分層振動模型，聲帶分為兩層：體層和被覆層，聲帶的振動其實是這具有不同組織力學(xué)特性的兩層組織振動的綜合效應(yīng)。目前對聲帶振動進行的研究大部分都是集中在被覆層，因為被覆層的振動能夠容易地通過喉內(nèi)窺鏡進行觀察和記錄。然而，針對喉與聲帶的光學(xué)成像技術(shù)，包括頻閃動態(tài)喉鏡，高速攝影喉鏡，都無法對聲帶表層以下內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)的振動進行成像。此外，光學(xué)設(shè)備使用內(nèi)窺鏡的侵入性，使得被試者無法以自然語音進行發(fā)聲。

電聲門圖(EGG)作為一種能夠反映發(fā)聲過程中聲帶接觸面積的周期性變化的研究方法而在被普遍應(yīng)用于聲帶的臨床檢查和科學(xué)研究中。由EGG和微分電聲門圖(DEGG)中提取的特征點對應(yīng)于聲帶振動中具有特殊意義的生理動作時刻點。此外，EGG的高時間分辨率和易于提取記錄等特點使其能夠識別聲帶運動的相位變化。然而，EGG信號是一維的綜合信號，對整個聲帶接觸面積的總體情況的描述，這是由EGG信號時一種對聲帶沿著聲門方向上所有點的接觸的一個累積性測量這一特點所決定的。因此EGG無法揭示聲帶特定組織區(qū)域的量化振動特性。

相比于上文所述的多種技術(shù)，醫(yī)學(xué)超聲成像技術(shù)的優(yōu)勢在于無侵入性，能夠在被試者自然發(fā)聲條件下對聲帶表層以下的組織結(jié)構(gòu)進行成像。然而常規(guī)超聲成像技術(shù)采用的是線性掃描方式(line-by-line?scan?mode)，在這種掃描方式下，一幅圖像被分割為了許多條掃描線，而每條掃描線上的數(shù)據(jù)是在不同的時刻獲得的，這導(dǎo)致了圖像中不同位置的點在采集上存在一定的時間差，相比于高速振動的聲帶而言，這個時間差是無法忽視的。這種情況下，圖像會因為聲帶的高速振動而變得模糊，導(dǎo)致無法準確地測量聲帶的振動速度和位移。另外，因為這種常規(guī)的超聲成像方式的成像幀率較低(<1000Hz)，無法滿足對非穩(wěn)態(tài)發(fā)聲情況下聲帶振動成像的要求。

超聲聲門圖(UGG)是另一種能夠?qū)β晭討B(tài)過程進行非侵入性的觀察方法。然而目前關(guān)于UGG的報道中所使用的都是單陣元超聲換能器。單陣元超聲換能器發(fā)射波束具有很強的方向性，無法實現(xiàn)對聲帶整體結(jié)構(gòu)和位置的確定。在無圖像引導(dǎo)的條件下，單陣元換能器對聲帶振動的檢測很容易導(dǎo)致信息的丟失。而能夠?qū)φ麄€聲帶長度范圍內(nèi)的聲帶振動進行成像的線陣換能器也具有一定的應(yīng)用局限性，除了線掃描成像幀率過低以外，另一個主要原因是超聲線掃描方式下有限的線掃描速度導(dǎo)致在同一幀B超圖像中的不同位置的組織結(jié)構(gòu)并不是同時采集的。由于UGG反映聲帶振動的相位信息，因而這一成像的異步性問題是不能被接受的。

因此，如何能夠在時間同步和空間同步的條件下對振動聲帶進行高速成像、并對振動的組織力學(xué)參數(shù)和特定位置相位變化信息進行量化提取，仍然本領(lǐng)域一大難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

本發(fā)明的目的在于提供一種基于平面波超聲成像的聲帶振動成像與測量系統(tǒng)及方法，以克服上述現(xiàn)有技術(shù)在聲帶振動研究中所存在的問題和局限性；本發(fā)明利用平面波超聲成像技術(shù)(plane?wave?ultrasonography,PWU)，對聲帶振動進行成像和對聲帶振動特性進行量化。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種基于平面波超聲成像的聲帶振動成像與測量系統(tǒng)，包括數(shù)字超聲成像系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集卡和計算機；所述數(shù)字超聲成像系統(tǒng)包括超聲線陣換能器和主機；超聲線陣換能器用于在主機的控制下發(fā)出超聲平面波，并接收回波，將回波回傳至主機；主機用于控制超聲線陣換能器發(fā)出超聲平面波，并將回波輸出至數(shù)據(jù)采集卡；數(shù)據(jù)采集卡用于將收到的回波信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并傳送給計算機；計算機用于將接收到的數(shù)字信號的回波數(shù)據(jù)進行波束合成、射頻信號包絡(luò)檢測和動態(tài)范圍壓縮轉(zhuǎn)換為喉部組織結(jié)構(gòu)圖像。

優(yōu)選的，所述超聲線陣換能器沿冠狀面放置在被試者頸部表面或者沿橫斷面放置在被試者頸部表面。

優(yōu)選的，所述數(shù)字超聲成像系統(tǒng)的成像幀率為5000幀每秒，超聲線陣換能器的中心頻率為7.2MHz。