基于声带振动力学与发声空气动力学的发声疲劳定量评价

In view of no effective way to quantify vocal fatigue and investigate its underlying physiological mechanisms, this project is planned to propose a method and technology for the quantitative evaluation and relationship research of vocal fatigue and vocal loading. The main contents go as follow: 1) Propose a method of high-frame-rate ultrasound imaging and non-intrusive aerodynamic measurement, to quantifying vocal fatigue from the aspects of the biomechanical properties of vocal fold vibration and phonatory aerodynamic characteristics; 2) Put forward a quantitative parameter, called voicing dose index, with verification of its definition, mathematical expression, and measurement, to objectively evaluate vocal loading; 3) In-depth study the relationship and mechanisms between vocal fatigue and vocal loading, and establish an application system for the clinical diagnosis of vocal fatigue. This project not only develop a new reliable method and technology for the quantitative research of physiological mechanism of vocal fatigue, but also laid a solid foundation for the prevention, diagnosis, and treatment of vocal fatigue and other voice disorders, which will finally reduce the risk of voice diseases and improve the voice health.

针对发声疲劳研究中缺乏定量化研究方法、实验技术以及生理机制探索的问题，本项目提出研究发声疲劳和用嗓负担的定量化客观评价理论方法与实验技术，澄清用嗓负担与发声疲劳之间的相互关系，并建立适用于临床发声疲劳评价的应用方法。具体包括：1）利用高帧率超声成像与发声空气动力学非侵入测量方法，建立基于声带振动力学与发声空气动力学特征偏离“零”疲劳状态程度的发声疲劳定量评价理论方法与实验技术；2）针对不同个体发声生理差异，提出并证实客观衡量用嗓负担的定量化参数—嗓音剂量指数的物理定义、数学表达及测量方法，实现用嗓负担的定量评价；3）研究用嗓负担与发声疲劳之间的相互作用机制与定量关系，为临床发声疲劳评价提供可行的应用方法与系统。本项目不仅为发声疲劳生理机制的定量化研究提供了可靠的理论方法与实验技术，而且为发声疲劳等嗓音疾病的预防、诊断和治疗研究奠定了基础，最终降低嗓音疾病的患病风险和提高嗓音的健康状况。

本项目针对发声疲劳研究中缺乏定量化研究方法、实验技术以及生理机制探索等问题，旨在通过发展声带振动特征提取技术和用嗓负担定量化评价方法，为定量化澄清用嗓负担与发声疲劳之间的相互关系提供可能。主要内容和重要结果包括：.（1）基于超快平面波超声成像、透射平面波超声成像、电声门图同步的超声成像技术等方法分别实现了对喉部组织整体、声带表面层组织振动、声带内部组织振动特征的提取，该方法不仅可以实现对声带振动功能的评价，同时有望从组织力学特征层面对声带组织的发声疲劳改变进行研究。.（2）基于发声过程中颈部组织的振动信号，利用声道系统的先验知识，通过优化算法实现了对声带振动特征的提取，同时对用嗓负担进行了定量化估计，该参数可以应用于发声疲劳机制的研究。.（3）通过设计发声疲劳实验，初步研究了用嗓负担与发声疲劳之间的相互关系，然而，该研究受限于发声疲劳机制和补偿机制的深入研究，故提出需要进一步研究发声疲劳的产生机制。.（4）基于三维双相声带振动模型对发声疲劳失水机制进行了初步研究，结果表明长时间发声会引起组织全局或局部的显著性水分缺失，该失水程度足以对声带组织的力学性质产生影响，从而引起声带振动模式的改变，进而影响发声功能。.本项目的研究成果不仅为非侵入声带振动特性的提取提供了可行方法，也为用嗓负担的定量化评价提供了技术手段，同时证实了发声疲劳生理机制研究的重要性和必要性，也为发声疲劳机制的研究提供了基础。