專利名稱：一種聲帶振動(dòng)力學(xué)特性的檢測系統(tǒng)與檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于聲帶振動(dòng)檢測領(lǐng)域，特別涉及一種聲帶振動(dòng)力學(xué)特性 的檢測系統(tǒng)與檢測方法。
背景技術(shù)：
聲帶振動(dòng)是一個(gè)復(fù)雜、精細(xì)的三維運(yùn)動(dòng)過程，對(duì)它的成像與測量， 尤其是力學(xué)特性的測量， 一直是發(fā)聲生理研究和臨床檢查中一個(gè)重要
的方面。但因?yàn)槁晭挥诤聿績?nèi)側(cè)，并且在正常發(fā)聲時(shí)的振動(dòng)頻率高
達(dá)100-400Hz，所以它的振動(dòng)細(xì)節(jié)很難被一般儀器直接檢測到。為此， 高速成像技術(shù)(采樣率大于1000Hz)被引入到該領(lǐng)域，用來對(duì)高速 振動(dòng)中的聲帶細(xì)節(jié)進(jìn)行動(dòng)態(tài)成像，其中包括高速攝影和高幀率超聲技 術(shù)。
聲帶的生物力學(xué)參數(shù)如聲帶振動(dòng)質(zhì)量、粘彈力等，可以定量描述 聲帶振動(dòng)過程中的力學(xué)特性，目前，國外己有在高速攝影喉鏡拍攝影 像的基礎(chǔ)上，結(jié)合聲帶振動(dòng)模型來提取聲帶振動(dòng)力學(xué)參數(shù)的方法。但 由于高速攝影喉鏡只能獲取聲帶表面振動(dòng)的信息，其相應(yīng)的振動(dòng)參數(shù) 反映的是聲帶淺層的被覆層的振動(dòng)力學(xué)特性。而聲帶是由黏膜、韌帶 與肌肉組成的多層結(jié)構(gòu)，對(duì)于深層的、力學(xué)特性不同的肌肉等組成的 體層的振動(dòng)，則無法通過該方法得到其力學(xué)參數(shù)。另一方面，高幀率 超聲雖然可以無損傷的對(duì)聲帶組織內(nèi)部進(jìn)行成像，但是不能獲得清晰 的聲帶表面振動(dòng)細(xì)節(jié)，且沒有相應(yīng)的聲帶振動(dòng)力學(xué)參數(shù)的定量提取方法。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中無法獲得清晰的聲帶表面振動(dòng)細(xì)節(jié)圖像，且沒有 相應(yīng)的聲帶振動(dòng)力學(xué)參數(shù)的定量提取方法的技術(shù)問題，本發(fā)明提出如 下技術(shù)方案
一種聲帶振動(dòng)力學(xué)特性的檢測系統(tǒng)，包括高速攝影喉鏡模塊、高 幀率超聲模塊、同步采集控制模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、成像顯示模塊、 數(shù)據(jù)儲(chǔ)存模塊、成像數(shù)據(jù)處理模塊、力學(xué)參數(shù)提取模塊，同步采集控 制模塊的輸出端、高速攝影喉鏡模塊的輸出端、高幀率超聲模塊的輸 出端連接數(shù)據(jù)采集模塊，數(shù)據(jù)采集模塊的一個(gè)輸出端與成像顯示模塊 輸入端連接；數(shù)據(jù)采集模塊的另一輸出端通過數(shù)據(jù)儲(chǔ)存模塊、成像數(shù)
據(jù)處理模塊單向連接到力學(xué)參數(shù)提取模塊，其中，高速攝影喉鏡模塊
和高幀率超聲模塊對(duì)聲帶振動(dòng)進(jìn)行分別成像；同步采集控制模塊控制 高速攝影喉鏡模塊和高幀率超聲模塊進(jìn)行同步成像；數(shù)據(jù)采集模塊用 于采集高速攝影喉鏡模塊和高幀率超聲模塊的成像數(shù)據(jù)；成像顯示模 塊對(duì)成像過程進(jìn)行監(jiān)控，保證成像效果；數(shù)據(jù)儲(chǔ)存模塊將采集到的成 像數(shù)據(jù)保存到計(jì)算機(jī)硬盤；成像數(shù)據(jù)處理模塊對(duì)保存的成像數(shù)據(jù)進(jìn)行 處理，用于后續(xù)聲帶力學(xué)參數(shù)提?。涣W(xué)參數(shù)提取模塊是基于處理后 的成像數(shù)據(jù)，對(duì)聲帶振動(dòng)的力學(xué)參數(shù)進(jìn)行提取，高速攝影喉鏡和高幀 率超聲及超聲探頭分別連接于同一臺(tái)計(jì)算機(jī)主機(jī)的數(shù)據(jù)采集卡，并通 過同一個(gè)同步信號(hào)觸發(fā)器來控制兩個(gè)系統(tǒng)采集的同步。 一種聲帶振動(dòng)力學(xué)特性的檢測方法，包括如下步驟 1)啟動(dòng)計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)采集和顯示軟件，設(shè)置相應(yīng)的采集時(shí)長、存放路徑,成像顯示模塊對(duì)高速攝影喉鏡和高幀率超聲實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)序列 進(jìn)行低頻采樣，并以圖像形式顯示，以便于對(duì)成像操作進(jìn)行監(jiān)控；
2) 將高幀率超聲探頭固定在被檢査者頸部，緊貼喉部的側(cè)面，并 根據(jù)成像顯示模塊微調(diào)位置；將高速攝影喉鏡從口腔插入，直到可以 從成像顯示模塊看到聲帶；
3) 調(diào)節(jié)超聲深度、對(duì)比度、增益及其相關(guān)參數(shù)；調(diào)節(jié)高速攝影喉 鏡的位置和焦距；
4) 被檢測者發(fā)聲，通過成像顯示模塊觀察聲帶振動(dòng)是否符合采集 要求；當(dāng)符合要求時(shí)，通過同步采集控制模塊觸發(fā)高速攝影喉鏡模塊 和高幀率超聲模塊的同步數(shù)據(jù)采集，并通過數(shù)據(jù)儲(chǔ)存模塊按照設(shè)置的 路徑儲(chǔ)存到計(jì)算機(jī)的硬盤中；
5) 當(dāng)采集時(shí)間達(dá)到設(shè)定的時(shí)長以后，系統(tǒng)自動(dòng)停止數(shù)據(jù)的同步采 集和儲(chǔ)存，完成了對(duì)聲帶振動(dòng)的成像、采集與儲(chǔ)存。
6) 從成像數(shù)據(jù)中提取聲帶振動(dòng)的特征參數(shù)從高速攝影喉鏡光學(xué) 圖像中提取聲門面積；同時(shí)從高幀率超聲數(shù)據(jù)中提取體層位移。
a所述的高速攝影喉鏡模塊光學(xué)圖像的聲門面積提取包括如下步
驟
① 對(duì)高速攝影喉鏡采集到的光學(xué)圖像，以前一幀圖像分割結(jié)果作 為當(dāng)前幀圖像分割的初始曲線，減少計(jì)算區(qū)域，可以提高整體圖像序 列的分割速度；
② 將前后兩幀圖像做幀差處理，利用幀差結(jié)果對(duì)速度函數(shù)進(jìn)行限 制，保證曲線在進(jìn)化過程中不會(huì)超出感興趣區(qū)域A(9/，避免了快速推 進(jìn)方法容易從弱邊界泄露的缺點(diǎn)；同時(shí)，速度函數(shù)在一幅圖像內(nèi)保持運(yùn)動(dòng)方向不變，滿足快速推進(jìn)方法的要求；
③ 對(duì)分割得到的聲門邊緣進(jìn)行亞像素操作，得到的亞像素點(diǎn)組成的實(shí)際聲門邊緣，其內(nèi)部區(qū)域?yàn)槁曢T；該方法提高了對(duì)聲門邊緣提取的精度，減少了因?yàn)槌上穹直媛试斐傻姆指钫`差。
④ 在提取亞像素聲門邊緣后，對(duì)每個(gè)周期內(nèi)聲門面積最大的圖像，找出其聲門中線，并將其作為本周期內(nèi)所有圖像的聲門中線，利用該中線，將整個(gè)周期內(nèi)的所有圖像的聲門分為左右兩部分，并分別計(jì)算出中線左右部分的聲門面積。
b所述的高幀率超聲模塊實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的體層位移提取包括如下步驟:
① 對(duì)超聲采集到的射頻信號(hào)進(jìn)行內(nèi)插，獲得精度更高的信號(hào)；
② 體層的位移變化從前后兩幀對(duì)應(yīng)位置的射頻信號(hào)中計(jì)算出來；
③ 利用該幀超聲圖像內(nèi)所有射頻信號(hào)的位移變化平均值計(jì)算出
該時(shí)刻內(nèi)的體層位移量。
7)根據(jù)成像數(shù)據(jù)或者實(shí)際需要的不同選擇相應(yīng)的聲帶振動(dòng)模型，然后與步驟6)中提取的特征參數(shù)相結(jié)合，利用反求的方法提取聲帶振動(dòng)的力學(xué)參數(shù)。
根據(jù)成像數(shù)據(jù)的不同，聲帶振動(dòng)模型的選擇包括以下兩種
針對(duì)聲帶被覆層振動(dòng)參數(shù)或者高速攝影喉鏡采集的數(shù)據(jù)，采用二質(zhì)量塊模型；該模型可以模擬聲帶的被覆層在振動(dòng)過程中存在的上下位延時(shí)現(xiàn)象，且其包含的參數(shù)簡潔明了，能夠在反映聲帶被覆層振動(dòng)的力學(xué)特性的同時(shí)，便于計(jì)算仿真；
針對(duì)聲帶體層和被覆層的振動(dòng)參數(shù)或高速攝影喉鏡和高幀率超聲
同時(shí)采集的數(shù)據(jù)，采用三質(zhì)量塊模型；其中，在利用該模型進(jìn)行力學(xué)參數(shù)提取之前，對(duì)高速攝影喉鏡和高幀率超聲提取的特征參數(shù)聲門面積時(shí)間序列和體層位移時(shí)間序列，根據(jù)聲門的特征點(diǎn)進(jìn)行配準(zhǔn)組成
綜合時(shí)間序列，同時(shí)包含聲門面積和體層位移兩種特征參數(shù)；三質(zhì)量 塊模型是在二質(zhì)量塊模型的基礎(chǔ)上加入代表體層的第三質(zhì)量塊，能夠 同時(shí)對(duì)聲帶體層和被覆層振動(dòng)過程進(jìn)行模擬，更全面的反映聲帶振動(dòng) 的力學(xué)特性。
本發(fā)明的聲帶振動(dòng)力學(xué)特性的檢測系統(tǒng)及檢測方法可以獲得清 晰的聲帶表面振動(dòng)細(xì)節(jié)圖像，同時(shí)提供了聲帶振動(dòng)力學(xué)參數(shù)的定量提 取方法，可以得到深層的、力學(xué)特性不同的肌肉體層的振動(dòng)力學(xué)參數(shù)。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)方框示意圖，其中高速攝影喉鏡模塊1、 高幀率超聲模塊2、同步采集控制模塊4、數(shù)據(jù)采集模塊3、成像顯 示模塊5、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存模塊6，成像數(shù)據(jù)處理模塊7、力學(xué)參數(shù)提取模 塊8。
圖2為本發(fā)明的系統(tǒng)對(duì)聲帶進(jìn)行檢測的示意圖，其中為高速攝 影喉鏡l'，高幀率超聲主機(jī)2'，超聲探頭9、計(jì)算機(jī)IO、同步信 號(hào)觸發(fā)器ll，被檢測的聲帶12。
圖3為本發(fā)明的聲帶振動(dòng)力學(xué)特性檢測方法的流程圖。
圖4為本發(fā)明的高速攝影喉鏡圖像數(shù)據(jù)處理的流程圖。
圖5為本發(fā)明的高幀率超聲射頻信號(hào)數(shù)據(jù)處理的流程圖。
圖6為本發(fā)明采用二質(zhì)量塊模型時(shí)生物力學(xué)參數(shù)反求的流程圖。
圖7為本發(fā)明采用三質(zhì)量塊模型時(shí)生物力學(xué)參數(shù)反求的流程圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明
如圖1所示， 一種聲帶振動(dòng)力學(xué)特性的檢測系統(tǒng)同步采集控制模塊4的輸出端、高速攝影喉鏡模塊1的輸出端、高幀率超聲模塊2的輸出端連接數(shù)據(jù)采集模塊3的輸入端，數(shù)據(jù)采集模塊3的一個(gè)輸出端與成像顯示模塊5輸入端連接；數(shù)據(jù)采集模塊3的另一輸出端通過數(shù)據(jù)儲(chǔ)存模塊6、成像數(shù)據(jù)處理模塊7單向連接到力學(xué)參數(shù)提取模塊8輸入端。其中，高速攝影喉鏡模塊l、高幀率超聲模塊2和同步采集控制模塊4為外置設(shè)備，與計(jì)算機(jī)相連接；數(shù)據(jù)采集模塊3由計(jì)算機(jī)中專門的數(shù)據(jù)采集卡實(shí)現(xiàn)；成像顯示模塊5由計(jì)算機(jī)顯示器實(shí)現(xiàn)；數(shù)據(jù)儲(chǔ)存模塊6由計(jì)算機(jī)硬盤實(shí)現(xiàn)；數(shù)據(jù)處理模塊7和力學(xué)參數(shù)提取模塊8由本發(fā)明實(shí)現(xiàn)。
其中，高速攝影喉鏡模塊1和高幀率超聲模塊2對(duì)聲帶振動(dòng)進(jìn)行分別成像；數(shù)據(jù)采集模塊3用于采集高速攝影喉鏡模塊1和高幀率超聲模塊2的成像數(shù)據(jù)；同步采集控制模塊4控制高速攝影喉鏡模塊1和高幀率超聲模塊2進(jìn)行同步成像；成像顯示模塊5能夠低頻采集數(shù)據(jù)采集模塊的數(shù)據(jù)并顯示，對(duì)成像過程進(jìn)行監(jiān)控，保證成像效果；數(shù)據(jù)儲(chǔ)存模塊6將采集到的成像數(shù)據(jù)保存到計(jì)算機(jī)硬盤；成像數(shù)據(jù)處理模塊7對(duì)保存的成像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，用于后續(xù)聲帶力學(xué)參數(shù)提?。涣W(xué)參數(shù)提取模塊8是基于處理后的成像數(shù)據(jù)，對(duì)聲帶振動(dòng)的力學(xué)參數(shù)進(jìn)行提取。
一種聲帶振動(dòng)力學(xué)特性的檢測方法，對(duì)聲帶振動(dòng)特性進(jìn)行檢測的步驟如下
1) 將高幀率超聲線陣探頭9固定在被檢查者頸部，緊貼喉部的側(cè)面，并根據(jù)成像顯示模塊微調(diào)位置；將高速攝影喉鏡1從口腔插入，置于咽腔上部，通過調(diào)整角度，拍攝到聲帶12上表面圖像；同時(shí)，該系統(tǒng)的高幀率超聲2的探頭9被水平或者豎直放置在被檢測對(duì)象的
頸部側(cè)面，且其聲場方向指向聲帶12;
2) 啟動(dòng)計(jì)算機(jī)10中的數(shù)據(jù)采集和顯示程序，設(shè)置相應(yīng)的采集時(shí)長、存放路徑,成像顯示模塊5對(duì)高速攝影喉鏡和高幀率超聲實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)序列進(jìn)行低頻采樣，并以圖像形式顯示，以便于對(duì)成像操作進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)對(duì)聲帶12振動(dòng)進(jìn)行同步成像時(shí)，利用同步信號(hào)觸發(fā)器ll同時(shí)
控制計(jì)算機(jī)10中的數(shù)據(jù)采集卡，同步采集數(shù)據(jù)，如圖2所示；
3) 調(diào)節(jié)超聲深度、對(duì)比度、增益及其相關(guān)參數(shù)；調(diào)節(jié)高速攝影喉鏡的位置和焦距；
4) 被檢測者發(fā)聲，通過成像顯示模塊5觀察聲帶振動(dòng)是否符合采集要求；當(dāng)符合要求時(shí)，通過同步采集控制模塊4觸發(fā)高速攝影喉鏡模塊1和高幀率超聲模塊2的同步數(shù)據(jù)采集，該檢測系統(tǒng)對(duì)正?；蛘卟∽儣l件下的不同發(fā)聲模式的聲帶振動(dòng)細(xì)節(jié)進(jìn)行成像，獲取的數(shù)據(jù)被同時(shí)保存到計(jì)算機(jī)10的硬盤中，便于后續(xù)的數(shù)據(jù)處理和參數(shù)提??；
5) 當(dāng)采集時(shí)間達(dá)到設(shè)定的時(shí)長以后，系統(tǒng)自動(dòng)停止數(shù)據(jù)的同步采集和儲(chǔ)存，完成了對(duì)聲帶振動(dòng)的成像、采集與儲(chǔ)存。
6) 從成像數(shù)據(jù)中提取聲帶振動(dòng)的特征參數(shù)從高速攝影喉鏡光學(xué)圖像中提取聲門面積；同時(shí)從高幀率超聲數(shù)據(jù)中提取體層位移。a基于高速攝影喉鏡光學(xué)圖像的聲門面積提取采用圖像處理方法，包括改進(jìn)的水平集分割和亞像素邊緣檢測；獲得聲門中線，分別獲得中線左右部分的聲門面積，最后以面積時(shí)間序列的形式輸出。如圖4所示，其流程如下
① 手動(dòng)分割序列的第一幅圖像，其分割結(jié)果作為下一幀圖像分割的初始曲線；自動(dòng)分割開始后，將前一幀圖像的分割結(jié)果作為本幀圖像分割的初始曲線，然后求取本幀圖像與前幀圖像之間的幀差；該差值二值化以后，計(jì)算改進(jìn)的水平集方法的速度函數(shù)，然后曲線根據(jù)該速度函數(shù)在本幀圖像內(nèi)進(jìn)行進(jìn)化，直到達(dá)到停止條件，本幀分割完成；當(dāng)序列內(nèi)所有圖像都完成分割后，自動(dòng)分割停止，得到所有圖像聲門區(qū)域的像素級(jí)分割結(jié)果。
其中，幀差的二值化是利用設(shè)定的閾值來進(jìn)行處理，其公式如下
'1, A/(x，y) > A0,少)=j 一 1， A/(x,少)< —f/;0，l厶/(;c，力l^ A
這里，是進(jìn)行閾值判斷后的對(duì)應(yīng)位置的二值化結(jié)果，A是設(shè)定的閾值。利用該結(jié)果對(duì)水平集速度函數(shù)進(jìn)行改進(jìn)得到
其中，F(xiàn)是水平集速度函數(shù)，WgM是速度函數(shù)的方向，將初始曲線位置所有的相鄰點(diǎn)的幀差求和后，將其數(shù)值的正負(fù)號(hào)取反后得到。
② 利用亞像素邊緣提取方法，根據(jù)實(shí)際圖像120X256大小，選擇5X5的模板。計(jì)算得到的亞像素點(diǎn)組成的新的曲線作為實(shí)際聲門邊緣，其所包圍的區(qū)域即為聲門；該分割結(jié)果更為精確，是后面聲門面
12積計(jì)算的基礎(chǔ)。
③在提取亞像素聲門邊緣后，選擇每個(gè)聲帶振動(dòng)周期內(nèi)聲門開放 面積最大的圖像，利用線性回歸方法計(jì)算出它們的聲門中線；并將這 些中線作為其對(duì)應(yīng)周期內(nèi)所有圖像的聲門中線，將整個(gè)周期內(nèi)的所有 聲門分為左右兩部分，并分別計(jì)算其面積，成像數(shù)據(jù)處理模塊7輸出 數(shù)據(jù)之一為基于高速攝影喉鏡光學(xué)圖像的聲門面積時(shí)間序列，輸入到 力學(xué)參數(shù)提取模塊8，進(jìn)行力學(xué)參數(shù)的提取。
b基于高幀率超聲射頻信號(hào)的體層位移提取是針對(duì)高幀率超聲采 集到的射頻信號(hào)，先對(duì)其進(jìn)行內(nèi)插提高信號(hào)精度，然后通過運(yùn)動(dòng)估計(jì) 的方式，獲得聲帶體層的位移。如圖5所示，其步驟如下-
① 首先對(duì)高幀率超聲采集到的射頻信號(hào)進(jìn)行內(nèi)插，取采樣最大值 附近5點(diǎn)數(shù)據(jù)，利用內(nèi)插算法求出真實(shí)的相關(guān)峰位置，以獲得精度更 高的信號(hào)；
② 然后將體層與被覆層之間的界面作為一組散射元，利用互相關(guān) 算法提取出聲帶體層的位置；
③ 體層的位移變化從前后兩幀對(duì)應(yīng)位置的射頻信號(hào)中計(jì)算出來；
④ 最后利用該幀超聲圖像內(nèi)所有射頻信號(hào)的位移變化平均值計(jì)算 出該時(shí)刻內(nèi)的體層位移。成像數(shù)據(jù)處理模塊7輸出數(shù)據(jù)的另一種是基 于高幀率超聲射頻信號(hào)的體層位移時(shí)間序列；輸入到力學(xué)參數(shù)提取模 塊8，進(jìn)行力學(xué)參數(shù)的提取。
本發(fā)明的聲帶振動(dòng)力學(xué)特性檢測方法，如圖3所示在高速攝影 喉鏡和高幀率超聲的同步檢測系統(tǒng)基礎(chǔ)上，在成像數(shù)據(jù)處理模塊對(duì)成像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，得到的特征參數(shù)與所選擇的聲帶振動(dòng)模型相結(jié) 合，提取聲帶振動(dòng)的力學(xué)參數(shù)。
7)根據(jù)成像數(shù)據(jù)或者實(shí)際需要的不同選擇相應(yīng)的聲帶振動(dòng)模型， 然后與步驟6)中提取的特征參數(shù)相結(jié)合，利用反求的方法提取聲帶 振動(dòng)的力學(xué)參數(shù)。
根據(jù)成像數(shù)據(jù)的不同，聲帶振動(dòng)模型的選擇包括以下兩種針對(duì) 聲門面積時(shí)間序列選擇二質(zhì)量塊模型，針對(duì)綜合時(shí)間序列選擇三質(zhì)量 塊模型。其中，綜合時(shí)間序列是將聲門面積時(shí)間序列和體層位移時(shí)間 序列，根據(jù)聲門的特征點(diǎn)進(jìn)行配準(zhǔn)組成的，同時(shí)包含聲門面積和體層 位移兩種特征參數(shù)。
a. 當(dāng)僅針對(duì)聲門面積時(shí)間序列時(shí)，選擇二質(zhì)量塊模型，其對(duì)應(yīng)的 力學(xué)參數(shù)反求步驟如圖6所示
① 聲門面積時(shí)間序列首先被輸入到參數(shù)提取模塊作為參數(shù)反求過
程中的實(shí)際數(shù)據(jù)；同時(shí)，輸入二質(zhì)量塊模型參數(shù)集合 (m!,m2,ki,k2,n,r2，kj的初始值，并模擬生成基于模型的面積時(shí)間序列;
② 然后計(jì)算實(shí)際面積時(shí)間序列與模型模擬結(jié)果之間的差值平方和 的均值，當(dāng)該值小于給定閾值時(shí)，則認(rèn)為模擬結(jié)果就是實(shí)際結(jié)果，其 對(duì)應(yīng)的模型參數(shù)集合就是要提取的力學(xué)參數(shù)；
(D否則利用遺傳方法對(duì)參數(shù)集合進(jìn)行優(yōu)化，并重新帶入模型進(jìn)行 模擬、比較，重復(fù)該過程，直到獲得小于給定閾值的參數(shù)集合。
b. 當(dāng)針對(duì)綜合時(shí)間序列時(shí)，選擇三質(zhì)量塊模型，其對(duì)應(yīng)的力學(xué)參 數(shù)反求步驟如圖7所示① 包含聲門面積信息和體層位移信息的綜合時(shí)間序列首先被輸入
到參數(shù)提取模塊，作為參數(shù)反求過程中的實(shí)際數(shù)據(jù)；同時(shí)，輸入三質(zhì) 量塊模型參數(shù)集合(m!, mu,mb，ki,ku，kb,r!，r2,rb,ke)的初始值，并根據(jù)三質(zhì) 量塊模型模擬生成基于模型的綜合時(shí)間序列；
② 然后計(jì)算實(shí)際數(shù)據(jù)與模型模擬結(jié)果之間的差值平方和的均值； 計(jì)算時(shí)，被覆層質(zhì)量塊m,和mu的模擬數(shù)據(jù)與聲門面積序列比較，體 層質(zhì)量塊mb的模擬結(jié)果與體層位移時(shí)間序列作比較，分別計(jì)算他們 的差值平方和的均值，然后將得到的兩個(gè)均值再平均；最終得到的均 值與給定閾值作比較，當(dāng)小于給定閾值時(shí)，則對(duì)應(yīng)的模型參數(shù)集合就 是要提取的力學(xué)參數(shù)；
③ 否則利用遺傳方法對(duì)參數(shù)集合進(jìn)行優(yōu)化，并重新帶入模型進(jìn)行 模擬、比較，直到獲得小于給定閾值的參數(shù)集合。
本發(fā)明的聲帶振動(dòng)力學(xué)特性的檢測系統(tǒng)及檢測方法可以獲得清 晰的聲帶表面振動(dòng)細(xì)節(jié)圖像，同時(shí)提供了聲帶振動(dòng)力學(xué)參數(shù)的定量提 取方法，可以得到深層的、力學(xué)特性不同的肌肉體層的振動(dòng)力學(xué)參數(shù)。
權(quán)利要求
1. 一種聲帶振動(dòng)力學(xué)特性的檢測系統(tǒng)，包括高速攝影喉鏡模塊(1)、高幀率超聲模塊(2)、數(shù)據(jù)采集模塊(3)、同步采集控制模塊(4)、成像顯示模塊(5)、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存模塊(6)，成像數(shù)據(jù)處理模塊(7)、力學(xué)參數(shù)提取模塊(8)，其特征在于同步采集控制模塊(4)的輸出端、高速攝影喉鏡模塊(1)的輸出端、高幀率超聲模塊(2)的輸出端連接數(shù)據(jù)采集模塊(3)的輸入端，數(shù)據(jù)采集模塊(3)一個(gè)輸出端與成像顯示模塊(5)輸入端連接；數(shù)據(jù)采集模塊(3)的另一輸出端通過數(shù)據(jù)儲(chǔ)存模塊(6)、成像數(shù)據(jù)處理模塊(7)單向連接到力學(xué)參數(shù)提取模塊(8)的輸入端；其中，高速攝影喉鏡模塊(1)和高幀率超聲模塊(2)對(duì)聲帶振動(dòng)進(jìn)行分別成像；同步采集控制模塊(4)控制高速攝影喉鏡模塊(1)和高幀率超聲模塊(2)進(jìn)行同步成像；數(shù)據(jù)采集模塊(3)用于采集高速攝影喉鏡模塊(1)和高幀率超聲模塊(2)的成像數(shù)據(jù)；成像顯示模塊(5)對(duì)成像過程進(jìn)行監(jiān)控，保證成像效果；數(shù)據(jù)儲(chǔ)存模塊(6)將采集到的成像數(shù)據(jù)保存到計(jì)算機(jī)硬盤；成像數(shù)據(jù)處理模塊(7)對(duì)保存的成像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，用于后續(xù)聲帶力學(xué)參數(shù)提?。涣W(xué)參數(shù)提取模塊(8)是基于處理后的成像數(shù)據(jù)，對(duì)聲帶振動(dòng)的力學(xué)參數(shù)進(jìn)行提??；高速攝影喉鏡(1)和高幀率超聲(2)及超聲探頭(9)分別連接于同一臺(tái)計(jì)算機(jī)(10)的數(shù)據(jù)采集卡，并通過同一個(gè)同步信號(hào)觸發(fā)器(11)來控制兩個(gè)系統(tǒng)采集的同步。
2. —種聲帶振動(dòng)力學(xué)特性的檢測方法，其特征在于，包括如下步驟①將高幀率超聲線陣探頭9固定在被檢查者頸部，緊貼喉部的 側(cè)面，并根據(jù)成像顯示模塊微調(diào)位置；將高速攝影喉鏡l'從口腔插 入，置于咽腔上部，通過調(diào)整角度，拍攝到聲帶12上表面圖像；同時(shí)，該系統(tǒng)的高幀率超聲主機(jī)2'的探頭9被水平或者豎直放置在被檢測對(duì)象的頸部側(cè)面，且其聲場方向指向聲帶12;②啟動(dòng)計(jì)算機(jī)10中的數(shù)據(jù)采集和顯示程序，設(shè)置相應(yīng)的采集時(shí) 長、存放路徑,成像顯示模塊5對(duì)高速攝影喉鏡和高幀率超聲實(shí)時(shí)數(shù) 據(jù)序列進(jìn)行低頻采樣，并以圖像形式顯示，以便于對(duì)成像操作進(jìn)行監(jiān) 控，當(dāng)對(duì)聲帶12振動(dòng)進(jìn)行同步成像時(shí)，利用同步信號(hào)觸發(fā)器ll同時(shí)控制計(jì)算機(jī)10中的數(shù)據(jù)采集卡，同步采集數(shù)據(jù)；③ 調(diào)節(jié)超聲深度、對(duì)比度、增益及其相關(guān)參數(shù)；調(diào)節(jié)高速攝影喉 鏡的位置和焦距；④ 被檢測者發(fā)聲，通過成像顯示模塊觀察聲帶振動(dòng)是否符合采集 要求；當(dāng)符合要求時(shí)，通過同步采集控制模塊觸發(fā)高速攝影喉鏡模塊 和高幀率超聲模塊的同步數(shù)據(jù)采集，并通過數(shù)據(jù)儲(chǔ)存模塊按照設(shè)置的 路徑儲(chǔ)存到計(jì)算機(jī)的硬盤中；⑤ 當(dāng)采集時(shí)間達(dá)到設(shè)定的時(shí)長以后，系統(tǒng)自動(dòng)停止數(shù)據(jù)的同步采 集和儲(chǔ)存，完成對(duì)聲帶振動(dòng)的成像、采集與儲(chǔ)存。⑥ 從成像數(shù)據(jù)中提取聲帶振動(dòng)的特征參數(shù)從高速攝影喉鏡光學(xué) 圖像中提取聲門面積；從高幀率超聲數(shù)據(jù)中提取體層位移。⑦ 根據(jù)成像數(shù)據(jù)或者實(shí)際需要的不同選擇相應(yīng)的聲帶振動(dòng)模型， 然后與步驟⑥中提取的特征參數(shù)相結(jié)合，利用反求的方法提取聲帶振 動(dòng)的力學(xué)參數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的聲帶振動(dòng)力學(xué)特性的檢測方法，其特征 在于，所述的步驟⑥高速攝影喉鏡光學(xué)圖像的聲門面積提取包括如下 步驟① 對(duì)高速攝影喉鏡采集到的光學(xué)圖像進(jìn)行處理，提取聲門邊緣；② 獲得聲門中線，并分別計(jì)算出中線左右部分的聲門面積；③ 以前一幀圖像分割結(jié)果作為當(dāng)前幀圖像分割的初始曲線，減少計(jì)算區(qū)域；④ 將前后兩幀圖像做幀差處理，利用幀差結(jié)果改進(jìn)速度函數(shù)進(jìn)行， 保證曲線在進(jìn)化過程中不會(huì)超出感興趣區(qū)域i (9/;⑤ 速度函數(shù)在一幅圖像內(nèi)保持運(yùn)動(dòng)方向不變，滿足快速推進(jìn)方法 的要求；⑥ 對(duì)分割得到的聲門邊緣進(jìn)行亞像素操作，計(jì)算得到的亞像素點(diǎn) 組成的新的曲線作為實(shí)際聲門邊緣，其內(nèi)部區(qū)域?yàn)槁曢T；⑦ 在提取亞像素聲門邊緣后，對(duì)每個(gè)周期內(nèi)聲門面積最大的圖像， 找出其聲門中線，并將其作為本周期內(nèi)所有圖像的聲門中線，利用該 中線，將整個(gè)周期內(nèi)的所有圖像的聲門分為左右兩部分，并分別得到 聲帶力學(xué)參數(shù)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的聲帶振動(dòng)力學(xué)特性的檢測方法，其特征 在于，所述的步驟⑥中的高幀率超聲實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的體層位移提取包括如 下步驟① 對(duì)超聲采集到的射頻信號(hào)進(jìn)行內(nèi)插，獲得精度更高的信號(hào)；② 體層的位移變化從前后兩幀對(duì)應(yīng)位置的射頻信號(hào)中計(jì)算出來； ◎利用該幀超聲圖像內(nèi)所有射頻信號(hào)的位移變化平均值計(jì)算出該時(shí)刻內(nèi)的體層位移量。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的聲帶振動(dòng)力學(xué)特性的檢測方法，其特征 在于，所述的步驟⑦中的聲帶振動(dòng)模型的選擇，針對(duì)聲門面積時(shí)間序 列選擇二質(zhì)量塊模型.
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的聲帶振動(dòng)力學(xué)特性的檢測方法，其特 征在于，所述的步驟⑦中的聲帶振動(dòng)模型的選擇，針對(duì)綜合時(shí)間序列 選擇三質(zhì)量塊模型。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種聲帶振動(dòng)力學(xué)特性的檢測系統(tǒng)與方法。檢測系統(tǒng)，包括高速攝影喉鏡模塊、高幀率超聲模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、同步采集控制模塊、成像顯示模塊、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存模塊，成像數(shù)據(jù)處理模塊、力學(xué)參數(shù)提取模塊；高速攝影喉鏡和高幀率超聲分別連接于同一臺(tái)計(jì)算機(jī)。檢測方法包括如下步驟1)設(shè)置相應(yīng)的采集時(shí)長、存放路徑；2)將高幀率超聲探頭緊貼喉部的側(cè)面；將高速攝影喉鏡從口腔插入；3)調(diào)節(jié)超聲相關(guān)參數(shù)和高速攝影喉鏡的位置與焦距；4)被檢測者發(fā)聲，同步采集數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)；5)提取聲門面積與體層位移；6)提取聲帶振動(dòng)的力學(xué)參數(shù)。本發(fā)明提供了聲帶振動(dòng)力學(xué)參數(shù)的定量提取方法，可以得到力學(xué)特性不同的聲帶被覆層和體層的振動(dòng)力學(xué)參數(shù)。
文檔編號(hào)A61B5/00GK101502425SQ20091002144
公開日2009年8月12日 申請(qǐng)日期2009年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月9日
發(fā)明者萬明習(xí), 王素品, 秦緒磊 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)