貝克曼生物醫(yī)學(xué)成像中心的核磁共振儀采集到的人歌唱時(shí)的喉部運(yùn)動(dòng)圖像,，采集速度每秒100幀
據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道,，在唱歌或是說(shuō)話時(shí),，需要人的胸部,、頸部、下顎,、舌頭和嘴唇等處上百種肌肉相互協(xié)作才能發(fā)出聲音,。利用新發(fā)明的一種超高速核磁共振成像技術(shù)，美國(guó)貝克曼高等科學(xué)技術(shù)研究所的研究人員現(xiàn)在能夠?qū)@些肌肉的協(xié)作進(jìn)行成像,，研究這些協(xié)作的進(jìn)程,。
“人能夠發(fā)出各種聲音，能夠唱歌,，這一點(diǎn)讓我感到驚嘆”,，Aaron Johnson介紹說(shuō)，他是貝克曼高等科學(xué)技術(shù)研究所下轄的生物成像科學(xué)與技術(shù)研究組的成員,，語(yǔ)言與聽覺(jué)科學(xué)助理教授,，“聲音是通過(guò)兩小片組織震動(dòng)發(fā)出來(lái)的。這正是我付出一生對(duì)其進(jìn)行研究的原因：我覺(jué)得這太神奇了,?！?/p>
聲音是由位于頸部的喉發(fā)出的。當(dāng)我們唱歌或是說(shuō)話的時(shí)候,，聲帶（兩小片組織）閉合起來(lái),，當(dāng)空氣通過(guò)兩者之間時(shí)導(dǎo)致其發(fā)生震動(dòng)，發(fā)出聲音,。
Johnson曾經(jīng)在芝加哥的合唱團(tuán)做過(guò)十年的專業(yè)歌手,，他對(duì)聲樂(lè)表演的激情也延伸到了科研上來(lái)，希望弄清聲音和神經(jīng)-肌肉系統(tǒng)間的關(guān)系，他對(duì)聲音隨著年齡增長(zhǎng)發(fā)生的變化尤其感興趣,。
“隨著我們年齡的增長(zhǎng),，我們的神經(jīng)-肌肉系統(tǒng)和喉會(huì)發(fā)生變化，并且萎縮,。這些變化是隨著年齡增長(zhǎng)聲音在各個(gè)方面變差的原因,，比如聲音變?nèi)酢⒆兙o或是變‘喘’”,，Johnson介紹說(shuō),，“我的研究興趣是弄清這些變化是如何發(fā)生的，以及通過(guò)人工干預(yù),，比如進(jìn)行發(fā)聲訓(xùn)練,，是否能夠扭轉(zhuǎn)這些變化。要想進(jìn)行這些研究,，我需要實(shí)時(shí)的觀察發(fā)聲時(shí)喉部肌肉的活動(dòng),。”
使用貝克曼生物醫(yī)學(xué)成像中心研發(fā)的新的核磁共振成像技術(shù),，Johnson能夠觀察人在發(fā)聲時(shí)相關(guān)肌肉活動(dòng)的動(dòng)態(tài)圖像,，成像的速度可以達(dá)到每秒100幀——遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于世界上其它核磁共振的成像速度。
“通常核磁共振的成像速度大約為每秒10幀左右,，但我們可以達(dá)到每秒100幀,，同時(shí)還不會(huì)影響成像的質(zhì)量”，生物醫(yī)學(xué)成像中心的技術(shù)總監(jiān),，生物工程學(xué)副教授Brad Sutton介紹說(shuō),。
“要捕捉到這些靈活的運(yùn)動(dòng)，成像速度必須要達(dá)到每秒100幀,，這項(xiàng)技術(shù)的出色之處也正在于此”,，Johnson介紹說(shuō)。
Johnson最近獲得了美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院頒發(fā)的K23事業(yè)進(jìn)步獎(jiǎng)（K23 Career Development Award）,，他目前正在研究通過(guò)訓(xùn)練養(yǎng)老院的老人進(jìn)行合唱,，是否能夠改善喉部相關(guān)結(jié)構(gòu)的狀況，使他們發(fā)出的聲音更強(qiáng),、更有力,。這項(xiàng)研究需要使用核磁共振技術(shù)采集喉部在運(yùn)動(dòng)前和運(yùn)動(dòng)后的相關(guān)數(shù)據(jù)。
貝克曼高等科學(xué)技術(shù)研究所的電子和計(jì)算機(jī)工程教授Zhi-Pei Liang研究組的研究工作為這項(xiàng)新技術(shù)奠定了基礎(chǔ),。Sutton和他的團(tuán)隊(duì)在此基礎(chǔ)上研發(fā)出了新的技術(shù)，使得在談話時(shí)進(jìn)行高速成像成為可能,。
“這項(xiàng)技術(shù)的空間分辨率和時(shí)間分辨率都非常出色——圖像非常清晰,，同時(shí)成像速度也非常快。使用常規(guī)的核磁共振技術(shù),，通常精細(xì)的空間分辨率和時(shí)間分辨率兩者無(wú)法兼得”,，Sutton說(shuō)?！拔覀冄邪l(fā)了一種特別的數(shù)據(jù)采集方法,，能夠分別采集時(shí)間和空間數(shù)據(jù)，然后再把兩者合并到一起,，從而取得高質(zhì)量,、高分辨率的圖像，而且成像速度還很快,?！?/p>
在把動(dòng)態(tài)圖像和音頻信號(hào)整合到一起的時(shí)候，研究人員使用了一種降噪光纖麥克風(fēng)來(lái)采集音頻信號(hào),，然后把音軌添加到視頻圖像上,。
“從工程師到語(yǔ)言學(xué)家，在貝克曼高等科學(xué)技術(shù)研究所,，我們有一個(gè)非?；钴S的研究群體。利用幾年前還不存在的核磁共振新技術(shù),，我們現(xiàn)在能夠進(jìn)行很多掃描研究”,，Sutton介紹說(shuō)?！皥F(tuán)隊(duì)中有Aaron這樣的科學(xué)家很有意義,，他們能夠提出各種科學(xué)問(wèn)題，這些問(wèn)題能夠推動(dòng)我們的科研進(jìn)展,?！?/p>
