核磁共振新技術(shù)：歌唱時(shí)也能成像

在唱歌或是說(shuō)話(huà)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)，美國貝克曼高等科學(xué)技術(shù)研究所的研究人員現在能夠對這些肌肉的協(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(tīng)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其進(jìn)行研究的原因：我覺(jué)得這太神奇了�！�

 聲音是由位于頸部的喉發(fā)出的。當我們唱歌或是說(shuō)話(huà)的時(shí)候，聲帶（兩小片組織）閉合起來(lái)，當空氣通過(guò)兩者之間時(shí)導致其發(fā)生震動(dòng)，發(fā)出聲音。

 Johnson曾經(jīng)在芝加哥的合唱團做過(guò)十年的專(zhuān)業(yè)歌手，他對聲樂(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)-肌肉系統間的關(guān)系，他對聲音隨著(zhù)年齡增長(cháng)發(fā)生的變化尤其感興趣。 

“隨著(zhù)我們年齡的增長(cháng)，我們的神經(jīng)-肌肉系統和喉會(huì )發(fā)生變化，并且萎縮。這些變化是隨著(zhù)年齡增長(cháng)聲音在各個(gè)方面變差的原因，比如聲音變弱、變緊或是變‘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，比如進(jìn)行發(fā)聲訓練，是否能夠扭轉這些變化。要想進(jìn)行這些研究，我需要實(shí)時(shí)的觀(guān)察發(fā)聲時(shí)喉部肌肉的活動(dòng)�！�

 使用貝克曼生物醫學(xué)成像中心研發(fā)的新的核磁共振成像技術(shù)，Johnson能夠觀(guān)察人在發(fā)聲時(shí)相關(guān)肌肉活動(dòng)的動(dòng)態(tài)圖像，成像的速度可以達到每秒100幀——遠遠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，但我們可以達到每秒100幀，同時(shí)還不會(huì )影響成像的質(zhì)量”，生物醫學(xué)成像中心的技術(shù)總監，生物工程學(xué)副教授Brad Sutton介紹說(shuō)。

 這項研究成果日前發(fā)表在了《醫學(xué)磁共振》（Magnetic Resonance in Medicine）雜志上。

 要研究說(shuō)話(huà)和歌唱時(shí)舌頭以及頭部和頸部其它肌肉的活動(dòng)，動(dòng)態(tài)的圖像尤其有用。

 “要捕捉到這些靈活的運動(dòng)，成像速度必須要達到每秒100幀，這項技術(shù)的出色之處也正在于此”，Johnson介紹說(shuō)。

 Johnson最近獲得了美國國立衛生研究院頒發(fā)的K23事業(yè)進(jìn)步獎（K23 Career Development Award），他目前正在研究通過(guò)訓練養老院的老人進(jìn)行合唱，是否能夠改善喉部相關(guān)結構的狀況，使他們發(fā)出的聲音更強、更有力。這項研究需要使用核磁共振技術(shù)采集喉部在運動(dòng)前和運動(dòng)后的相關(guān)數據。 

 貝克曼高等科學(xué)技術(shù)研究所的電子和計算機工程教授Zhi-Pei Liang研究組的研究工作為這項新技術(shù)奠定了基礎。Sutton和他的團隊在此基礎上研發(fā)出了新的技術(shù)，使得在談話(huà)時(shí)進(jìn)行高速成像成為可能。

 “這項技術(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�？�。使用常規的核磁共振技術(shù)，通常精細的空間分辨率和時(shí)間分辨率兩者無(wú)法兼得”，Sutton說(shuō)�！拔覀冄邪l(fā)了一種特別的數據采集方法，能夠分別采集時(shí)間和空間數據，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�！�

 在把動(dòng)態(tài)圖像和音頻信號整合到一起的時(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，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)，我們現在能夠進(jìn)行很多掃描研究”，Sutton介紹說(shuō)�！皥F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(wèn)題，這些問(wèn)題能夠推動(dòng)我們的科研進(jìn)展�！�