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的喉部運(yùn)動圖像,，采集速度每秒100幀
據(jù)國外媒體報道,，在唱歌或是說話時，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,，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，語言與聽覺科學(xué)助理教授,，“聲音是通過兩小片組織震動發(fā)出來的,。這正是我付出一生對其進(jìn)行研究的原因：我覺得這太神奇了?！?/p>
聲音是由位于頸部的喉發(fā)出的,。當(dāng)我們唱歌或是說話的時候，聲帶（兩小片組織）閉合起來,，當(dāng)空氣通過兩者之間時導(dǎo)致其發(fā)生震動,，發(fā)出聲音。
Johnson曾經(jīng)在芝加哥的合唱團(tuán)做過十年的專業(yè)歌手,，他對聲樂表演的激情也延伸到了科研上來,，希望弄清聲音和神經(jīng)-肌肉系統(tǒng)間的關(guān)系,，他對聲音隨著年齡增長發(fā)生的變化尤其感興趣,。
“隨著我們年齡的增長，我們的神經(jīng)-肌肉系統(tǒng)和喉會發(fā)生變化,，并且萎縮,。這些變化是隨著年齡增長聲音在各個方面變差的原因，比如聲音變?nèi)?、變緊或是變‘喘’”,，Johnson介紹說，“我的研究興趣是弄清這些變化是如何發(fā)生的,，以及通過人工干預(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)時的觀察發(fā)聲時喉部肌肉的活動?！?/p>
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)聲時相關(guān)肌肉活動的動態(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，同時還不會影響成像的質(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。
“要捕捉到這些靈活的運(yùn)動,，成像速度必須要達(dá)到每秒100幀,，這項技術(shù)的出色之處也正在于此”，Johnson介紹說,。
Johnson最近獲得了美國國立衛(wèi)生研究院頒發(fā)的K23事業(yè)進(jìn)步獎（K23 Career Development Award）,，他目前正在研究通過訓(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。這項研究需要使用核磁共振技術(shù)采集喉部在運(yùn)動前和運(yùn)動后的相關(guān)數(shù)據(jù),。
貝克曼高等科學(xué)技術(shù)研究所的電子和計算機(jī)工程教授Zhi-Pei Liang研究組的研究工作為這項新技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。Sutton和他的團(tuán)隊在此基礎(chǔ)上研發(fā)出了新的技術(shù),，使得在談話時進(jìn)行高速成像成為可能,。
“這項技術(shù)的空間分辨率和時間分辨率都非常出色——圖像非常清晰,，同時成像速度也非?？?。使用常規(guī)的核磁共振技術(shù),，通常精細(xì)的空間分辨率和時間分辨率兩者無法兼得”,，Sutton說,?！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>
在把動態(tài)圖像和音頻信號整合到一起的時候,，研究人員使用了一種降噪光纖麥克風(fēng)來采集音頻信號，然后把音軌添加到視頻圖像上,。
“從工程師到語言學(xué)家,，在貝克曼高等科學(xué)技術(shù)研究所，我們有一個非?；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,?！皥F(tuán)隊中有Aaron這樣的科學(xué)家很有意義，他們能夠提出各種科學(xué)問題,，這些問題能夠推動我們的科研進(jìn)展,。”
