典型非对称声带发声机制的空气动力学建模及高速摄影研究

The asymmetric vocal fold vibration is not only the typical feature of pathology speech, but also is an obvious symptom in early stage of voice diseases. Present researches only focus on the glottal flow characters, as well as few related parameters, thus can't reveal the fundamental mechanism of pathology speech production. This proposal, therefore, would like to cooperate with two voice labs at home and abroad, to build quality relationship among phonation aerodynamic parameters, the characteristic parameters of vocal fold vibration, and the voice acoustic parameters, by build body-cover layers of vocal folds with precise dimension, and static/dynamic aerodynamic experimental system, High Speech Videoendoscopy (HSV)/multichannel data synchronous acquisition system will also be used to collect human data from clinic patients. This proposal will reveal the fundamental mechanism of these different kinds of parameters, so that to develop a new method for evaluate the voice function. This study can also be used to improve diagnosis and treatment of voice disorders, as well as establish a new kind of quality evaluate method for voice function.

声带的非对称运动不仅是病理语音产生过程中一个普遍而明显的特征，更是嗓音疾病早期形成过程中一种极具代表性的体征。目前的研究主要围绕非对称声门气流特性及有限的相关参量进行了分析，难以揭示出病理语音产生的本质因素和深层机制。本项目以相位和组织硬度这两种临床典型的声带非对称情况为对象，通过制作具有精确组织形态的体层－被覆层声带模型、搭建静态及动态空气动力学实验系统、同步采集临床病例的高速摄影序列图像及语音声学信号，结合序列图像处理和声带非对称程度量化分析方法，来获取声门腔内/外多种空气动力学参量、声带振动特征参量及语音声学参量。在此基础上，通过相关分析、统计建模等方法探明这三类参量间的定量关系和底层控制机制，并进一步探索利用这些参量进行嗓音功能量化评估、病情分类及病程判别的新方法，从而在一定程度上揭示病理及正常语音的产生机制，并为嗓音疾病的早期诊断、辅助诊疗、及嗓音功能量化评估方法的实现奠定基础。

声带的非对称运动广泛存在于各类正常及病理的语音产生过程，它不仅是病理语音产生过程中一个明显的特征，更是嗓音疾病早期形成过程中一种极具代表性的体征。对于典型非对称声带发声机制的研究有助于澄清病理语音的产生机制，进而对嗓音疾病进行快速准确的评估与诊断。目前的研究主要围绕非对称声门气流特性及有限的相关参量进行了分析，难以揭示出病理语音产生的本质因素和深层机制。因此，本项目在所建立的典型非对称声带喉物理模型及发声空气动力学实验系统，喉高速摄影及多路数据采集实验系统的基础上，①建立了能够模拟多种对称及非对称声带振动条件，并具有实际实验数据的语音产生动态发声系统模型；②建立了基于有限体积算法的典型非对称声带振动过程空气动力学数值仿真及可视化研究的方法；③对典型的对称及非对称声带在不同发声方式和条件下的声门腔内空气动力学参量进行了细致研究，研究了非对称声带振动过程中空气动力学参量间的内在控制关系，探索了这些参量在发声控制机制中的一般规律；④对在发声过程中起重要作用的敏感参量（声带厚度）对声门腔内压力和发声起振阈值等重要发声空气动力学参数的影响做了细致研究；⑤对男女性性别差异对喉腔内发声空气动力学参量的影响做了细致的对比研究；此外，⑥建立并验证了一种采用 94 GHz 毫米波生物雷达远距离、非接触地获取声带振动信号的新方法，并采用感知小波包分解、经验模态分解、互信息熵等信号处理方法对非接触式获取的声带振动信号建立了有针对性的去噪增强方法。本项目在一定程度上揭示了正常及病理语音的产生机制，建立了能够模拟多种对称及非对称声带振动条件的语音产生动态发声系统模型，探索了利用相关参量进行发声功能评估的方法，为嗓音疾病的诊断和发声功能评估奠定了一定的基础。