声带振动特质评估方法的研究进展

高晓葳 欧阳杰 综述 黄永望 刘丽燕 审校

声带的振动模式决定嗓音的质量，对声带振动特质的评估在诊断和治疗嗓音障碍方面发挥重要的作用。声带振动是一个高速、复杂和精细的三维运动，既包括开放相和关闭相，又包括垂直-水平向的黏膜波，声学测量不能直接记录声带的振动，不能提供关于声带振动模式的视觉信息，而肉眼观察声带的振动具有一定的局限性，电子动态喉镜的应用可以解决此问题。对声带结构和振动功能的评估是嗓音评估的重要方面，本文就评估声带振动特质的各种方法综述如下。

1 电子动态喉镜检查(videostroboscopy或videolaryngostroboscopy，VLS)

电子动态喉镜检查是直接观察声带振动最普遍应用的评估方法，它由电子喉镜和动态喉镜相结合，两者都能提供高清图像，但动态喉镜采用频闪光源能观察到声带振动的黏膜波。动态喉镜又称频闪喉镜，是利用人眼视网膜视觉残留0．2 s(Talbot’s 定律) 观察声带振动, 使快速振动的声带运动显像成相对变慢的、可视的运动像或静止像，从而观察声带的振动过程及规律。

电子动态喉镜可以观察的内容有声带振动的基频、对称性、周期性、黏膜波、振幅及声带振动的开放相和关闭相等，其优点是费用低、记录持续时间长、彩色显像、空间分辨率高，数据归纳和回放简单，数据的存储对临床使用更方便。但它也存在一定的局限性，首先，通过对每个振动周期的不同点位编译影像时，因为每秒钟只能传输30帧(30 fps)，所以它对声带的振动会产生一个慢运动错觉；其次，为了在声带的振动周期中成功地显像一些连续的点位，频闪灯和摄像机要在几乎相当的频率下编程，频闪灯的激活需要一个稳定的声学发音频率[1]，动态喉镜检查也只能用来记录周期性的声带振动；因此，对许多非周期性的或频率不固定的嗓音障碍，不能应用电子动态喉镜直接观察，这有碍于电子动态喉镜对严重声嘶或者气息声以及不能保持稳定发音特性的患者进行评估。

2 高速数字成像(high-speed digital imaging，HSDI)

声带振动的基频是100～400 Hz，因此需要更快的显像系统才能获取整个声带振动的周期。HSDI克服了动态喉镜的局限性，以2 000～5 000 fps的帧速度记录声带振动的影像，可以详细地显示黏膜波，并从一个声带振动周期获取多幅图像，对周期性和非周期性的声带振动均可以进行显像和客观测量[2]，成为直接测量声带振动的有效工具。HSDI和动态喉镜在观察声带周期性运动时无明显差别[3]，但在观察非周期性运动时，HSDI更为精确[4]，HSDI可以区分左右非对称性、开放商之间的细小差别，还可以观察声带边缘上下黏膜波的侧向传播和运动，这些特征用动态喉镜很难发现，所以，HSDI是一种非频率依赖性的直接可视化技术。由于时间分辨率高，通过HSDI可使临床医师对发声的病理生理学的理解更详细。

HSDI可以对发音短促、中断、喉痉挛、发音的开始、结束和其他涉及声带振动的行为进行准确、可信的评估。例如，HSDI可以辅助声带震颤的定量分析[5]，也可以用于区分痉挛性发声困难和肌张力性发声障碍。痉挛性发声障碍与发音中断和发音阻滞有关，诊断主要依据病史和听感知评估，但却很难区分其不同类型(内收型、外展型和混合型)[6]，而HSDI有助于区分不同类型。Orlikoff等[7]使用高速成像法分别对软起音、正常起音和硬起音记录发音开始，验证发声上升时间的测量方法；Mehta等[8]发现利用高速成像法可以分析早期声门癌行内镜下嗓音外科治疗后患者的嗓音产生机制。麻痹声带振动的非对称性和非周期性不易被量化分析， Kimura等[9]第一次尝试用HSDI方法量化分析杓状软骨内收对麻痹声带振动的影响，发现高速成像技术可以分析所有稳定或非稳定的嗓音障碍，有助于鉴别需要早期干预的嗓音问题和预测恢复情况，最终可能预防嗓音障碍。

3 记波扫描法 主要包括以下四种：

3.1电视记波扫描法(videokymography，VKG) 喉的记波显像法作为一种检查周期性和非周期性声带振动模式的分析工具，起源于1970年，通过生成高速摄像记波法观察声带的振动，使得记波技术得到了进一步发展。摄像机以约7 812.5线/秒的速度对预先选择的观察线进行摄像，再将所摄的高速一维图像按照时间顺序，自上而下显示成一幅二维图像，克服了声带振动的不稳定性和不规律性，使得对左右非对称性、开放商、黏膜波的传播和上、下唇边缘运动的分析研究成为可能。Sram等[10]利用VKG清晰地显示了声带的一些振动特性，包括左右对称性、垂直相位差、开放和关闭时期；Piazza等[11]用VKG对正常和病变声带进行量化分析比较，证实VKG有利于客观评估正常和病理性声带的振动模式。由于在VKG检查时只记录跨声门表面的一个像素线，所以其显像率较好、空间分辨率亦较高[12]，可以分析任何振动周期的特性，其费用低，评估简单，需要存储和处理的数据少，可以定量计算出声带振动的频率和振幅。

VKG只能扫描分析声带前后轴的一个横断面，仅能获得一个记波图，其缺点是不能同时观察声带前、后部的振动，即不能评估前后对称性；另一个缺点是由内镜运动引起的错误在录制后不能纠正。如果在喉镜和声带之间出现轻微的相对运动，记波图描述的可能就不是预期想要位置的振动模式。Pontes等[13]分别作先正中、垂直进镜，然后分别顺时针、逆时针旋转15°三种角度的VKG，获得的影像明显不同，数据显示微小的喉镜曝光角度的调节就足以更改结果；Piazza等[11]认为，为了评估双侧声带对应点，VKG的扫描行应垂直于声门轴，最多不能超过15°。但是，Krenmayr等[14]用傅里叶方法分析高速电子内镜的影像记录，数据显示内镜的倾斜度对测量左右相位差无影响。

考虑到内镜的移动偏差可能导致错误的临床诊断，曾有研究使用一些新技术来缩小镜体移动，并与声带振动区分开来。Qiu等[15]使用新一代VKG系统进行记波扫描，这个系统包括两个电荷耦合器件 影像感应器，由喉镜和记波的影像同时定位于扫描的位置，能同时提供记波显像和电视动态喉镜显像，喉镜和声带之间即使存在轻微的相对运动，喉镜显像中都会显示并加以区分。

3.2数字记波扫描法(digital kymography，DKG) 如前所述，电视记波扫描法和高速计算机成像可以直接研究声带非周期性振动，亦可以用来创造和分析记波图，由高速摄像获得的记波图称作数字记波图，这种通过使用高速摄像机拍取高速数字图像序列，从此序列获取声带振动记波图的方法称作数字记波扫描法。因为DKG帧速率高，可以对预先录制的高速视频行多侧面分析，所以其在直接成像技术中综合性最强。

DKG克服了一些与声学数据分析技术有关的局限性，可以直接、有效地显像声带的周期和非周期性振动。Zhang等[16]的研究显示DKG显像能对各种声带振动的信号进行显像，其将声带的各种振动信号分成三种类型：近似周期性型、次谐波型、非周期性型，这种信号分型技术对于理解声带振动模式非常重要。Chodara等[17]用DKG对声带息肉和小结患者的声带振动特质进行评估，包括水平相位差和垂直相位差、振幅对称指数和频率等指标，发现除了频率外，其他各参数在两者及正常对照组之间具有明显的差异。

各种检查方法的时间效能、花费、诊断价值等决定其临床适用性，虽然VKG在经济和时间效能方面优于DKG，但在诊断价值和临床适用性方面要差一些。VKG检查时内镜移动造成的错误可以通过DKG解决，DKG在弥补内镜移动方面更有效[18]。DKG是对全部声带的高速摄影，得到的是随着时间推移的每一行的信息，消除了与行的稳定性有关的信息，可以更有效地量化分析声带振动的参数。其次，对空气动力学参数异常和非对称性的嗓音障碍患者中，DKG可以提高量化分析黏膜波参数的可能性。

3.3动态喉镜记波扫描法(videostrobokymography，VSK) 由于VKG和单行DKG只能选择和分析记波图中的一个像素行，于是Sung等[19]避开了高速摄像法的局限性，使用数字动态镜显像从垂直于声门中线的任何感兴趣点获取多个像素行研究声带的振动，这种技术称作VSK。VSK可以生成多个沿着时间的垂直轴从上至下的二维显像记波图，获得开放商、关闭商和非对称指数等定量参数，并可以量化分析声带多个区域的振动特性。因为同时分析多行，不但可以观察左右的对称性，还可以观察前后的对称性。VSK已经被用于量化分析各种良性病变的异常声带振动，如声带小结、息肉、囊肿、任克水肿、功能性发声障碍和单侧声带麻痹[20，21]。

VSK是记波法和电子动态喉镜的整合，因此，VSK的一个优点是不需要反复内镜检查，允许医生仔细分析视频影像。然而其帧速率只有30 fps，为了提高帧速率，又可以从声门的不同点获取可视化声带振动的信息，形成了多层DKG(multislice DKG，mDKG)。多层DKG使用高速数字显像以2 000～5 000 fps的帧速率获取全帧速显像，应用计算机软件从每帧中提取多个像素行，使多层DKG不但能测量左右对称性(VKG和单行DKG也可以)，还可以测量前后对称性，由于其帧速率高，多层DKG比VSK更适于测量前后对称性。因为VSK应用动态喉镜且有赖于前后一致的振动频率，所以，不能生成非周期性振动的记波图，而多层DKG能够对非周期性振动显像。

3.4深度记波扫描法(depth-kymography) 人类声带的振动是一种复杂的三维运动，既有水平方向的运动，又有沿气流方向的垂直运动，而这种垂直运动不容易被常规成像技术发现，量化分析垂直位移对理解声带振动的病理学至关重要。动态喉镜、VKG和HSDI仅对声带振动提供了二维显像，在尺寸上无法标记。DKG联合应用一个激光线-三角测量内镜，可以对声带振动力学提供一个三维影像[22]，这种新的激光技术就是深度记波法，用标刻度的空间值记录发声时声带的垂直运动，并对其进行定量显像，在水平和垂直方向的振动剖面图以±50 μm分辨率的绝对单位被测量和标记出来，适于记录体内组织面的三维运动。

George等[22]用深度记波法定位最大垂直相位和传播速度来研究声带黏膜波的产生和传播。一项随访研究[23]报道应用这种技术可以直接定量比较人类声带振动3D剖面测量和模拟结果之间的差异，通过内镜可以很容易控制声带上激光线的位置，这就为声带息肉、小结和囊肿的三维大小提供了一种方法。深度记波法有助于对水平、垂直两个方向振幅的绝度值和黏膜波传播特性的认识，这对于嗓音外科手术很有帮助，如甲状软骨成形术、喉注射成形术等；同样，这些数据可以为声带振动动力学的理论模型提供很好的反馈，因此，可以帮助临床医生更好地理解声带发声病理学。

4 影像类的评估方法 主要包括以下两种：

4.1相干光断层扫描技术(optical coherence tomography, OCT) 又称为光学相干层析成像技术，是近二十年发展起来的新的非接触式、无损伤、实时、快速、高分辨率、可应用于活体的影像诊疗技术。自1997年始，大量文献报道了使用OCT获得声带黏膜分层显微结构的静态切面显像，包括上皮层和固有层各层[24，25]。OCT使用反向散射的近红外光干涉测量法显像组织的切面，以10 μm的分辨率显像深度大约2 mm，与传统表面显像不同的是，OCT为评估声带组织病理学或外科手术引起的黏膜改变提供了可能。OCT新技术的图像采集率更高，其中一个主要版本是光频域显像(OFDI)，被用来生成动态横断层面显像，如上皮下注射时[26]和发声时[27]声带黏膜的波动。

4.2磁共振成像技术 (magnetic resonance imaging，MRI) 高分辨率的MRI可以构建人类喉部三维解剖模型，为在同一个坐标空间记录不同的喉的构造提供解剖学框架。Hu等[28]通过MRI扫描，构建了喉部三维计算机模型，指出了MRI喉成像研究的新方向，通过对离体喉的MRI缩微成像验证了喉组织超微结构的高分辨率显像[29]；另一方面，喉及声带振动的动态MRI被首次用于测量喉的结构和声带动态功能方面的研究[30]。

以上各种方法可以对声带的振动特质进行客观评估和量化分析,对理解病变嗓音的产生机制发挥重要作用。

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