一種聲帶質量分布模型及其構建方法技術

本發明專利技術公開了一種聲帶質量分布模型的構建方法，包括：獲取聲帶的核磁共振圖像；根據圖像提取聲帶的邊界輪廓，形成聲帶表面的網格圖；根據網格圖構建三維聲帶模型；根據三維聲帶模型，制作快速成型模型與數控成組模型；將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。本發明專利技術通過快速成型技術制作聲帶的快速成型模型。通過本發明專利技術制作的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，為聲帶疾病治療技術、病理噪音測量與研究提供了實驗基礎。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于物理模型仿生領域，特別涉及。
技術介紹
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。
技術實現思路
本專利技術克服了
技術介紹
中的上述缺陷，提出了一種聲帶質量分布模型的構建方法。本專利技術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。本專利技術還提出了一種聲帶質量分布模型，按本專利技術構建方法制備獲得，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。本專利技術通過快速成型技術，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。本專利技術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。本專利技術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。通過本專利技術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。本專利技術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。本專利技術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
技術介紹
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為本專利技術聲帶模型的示意圖。圖3為本專利技術聲帶質量分布模型的正常模型及病理模型的示意圖；其中，圖3(a)是正常聲帶模型示意圖；圖3(b)是喉噗模型示意圖；圖3(c)是聲帶息肉模型示意圖；圖3(d)是聲帶溝模型示意圖。圖4為本專利技術中提取氣管輪廓線的示意圖；其中，圖4(a)為核磁共振成像提取的氣管圖像；圖4(13)為氣管內空氣部分的圖像；圖4(0)為通過圓形覆蓋的氣管圖像；圖4((1)為提取得到的氣管截面視圖。圖5為本專利技術聲帶質量分布模型的病理聲帶模擬示意圖；其中，圖5(a)是病理聲帶的喉內窺鏡圖；圖5(b)是病理聲帶網格圖；圖5(c)是病理聲帶的快速成型模型的示意圖。圖6為本專利技術聲帶質量分布模型的構建過程的示意圖。圖7為本專利技術聲帶質量分布模型的構建方法的流程圖。圖8為鋸齒狀聲帶輪廓的網格圖。具體實施例方式結合以下具體實施例和附圖，對本專利技術作進一步的詳細說明。實施本專利技術的過程、條件、實驗方法等，除以下專門提及的內容之外，均為本領域的普遍知識和公知常識，本專利技術沒有特別限制內容。本專利技術的聲帶質量分布模型的構建方法，如圖7所示，包括以下步驟步驟一獲取聲帶的圖像。圖像獲取的方式包括核磁共振成像、電聲門圖、喉內窺鏡。當圖像通過核磁共振成像技術獲得，掃描時測試對象取仰臥位，眶耳平面與水平面垂直，掃描平面分別垂直于髁突長軸，進行斜矢狀向掃描，層厚O. 74mm，無間隔掃描，共獲取雙側TMJ斷層影像71張。掃描時選常規喉部MRI掃描程序和主要技術參數。被試者采取仰臥位，冠狀掃描范圍從鼻尖至頸部邊緣，軸位掃描范圍取聲門上下50mm的距離。最后應用MRI機自帶的軟件將所獲取的DICOM影像學數據轉化為BMP格式的圖像。步驟二 根據圖像提取聲帶的邊界輪廓，形成聲帶表面的網格圖。使用MIMICS軟件對聲帶的邊界輪廓進行光滑處理，降低噪聲對于聲帶輪廓的影響，提取聲帶的邊界輪廓，并形成聲帶表面的網格圖。MIMICS軟件中的Segmentation菜單下提供了一些圖像分割工具，能夠實現最基本的分割算法(除了微分算子)。MMICS軟件的圖像分割是交互式進行的，因此分割效果很大程度上取決于分割的流程設計。步驟三根據網格圖構建三維聲帶模型。三維聲帶模型通過三維成像軟件實現，三維成像軟件通過直接讀取網格圖的數據，在計算機中生成三維聲帶模型。然后制作快速成型模型，本專利技術通過快速成型(RP,Rapid Prototype)技術,根據計算機中的三維聲帶模型，制作快速成型模型。步驟四根據三維聲帶模型，制作數控成組模型，數控成組模型為一個長方體空心鋁塊，數控成組模型的長方體鋁塊上方設置有一個帶有緊固螺栓的方形凹槽，通過緊固螺栓固定快速成型模型。步驟五將快速成型模型安裝在數控成組模型上的凹槽里，旋轉下方的緊固螺栓，將聲帶快速成型模型緊固到數控成組模型上，得到聲帶質量分布模型，。本專利技術構建方法制備得到的聲帶質量分布模型，可以模擬不同年齡段的正常或病理聲帶的幾何特性。例如，縱向為聲帶長度指向，橫向為聲帶寬度指向，正常成年男性聲帶的寬度是16mm,長度是9mm,深度是5_。根據不同年齡段形成不同的質量塊,按照16 9本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種聲帶質量分布模型的構建方法，其特征在于，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。

【技術特征摘要】
1.一種聲帶質量分布模型的構建方法，其特征在于，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。2.如權利要求1所述聲帶質量分布模型的構建方法，其特征在于，所述步驟一中聲帶的圖像通過核磁共振成像、電聲門圖、后內窺鏡獲得。3.如權利要求1所述聲帶質量分布模型的構建方法，其特征在于，所述步驟二進一步包括對所述邊界輪廓進行平滑處理。4.如權利要求1所述聲帶質量分布模型的構建方法，其特征在于，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。5.如權利要求1所述聲帶質量分...

【專利技術屬性】
技術研發人員：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，
類型：發明
國別省市：