现仅就发声器官的声带振动,发声声学,发声的喉肌电位及发声的空气动力学检测方法的临床应用及应用评价作一介绍。
第一章声带振动的检查
声带振动检查主要有三种方法:①喉动态镜检查;②声门图检查;③喉高速摄影。但主要是前两者,后者不仅检查麻烦而且价格昂贵,尚未广范应用于临床。
第一节动态频闪喉镜检查(laryngostroboscopy)
1喉动态镜频闪原理
人发声时频率较高,声带振动较快,用肉眼难以看到声带振动的详细情况,人眼所看到的声带振动只是一个模糊的影像,要详细观察声带振动的详细情况,需借助于某种方法,使声带的快速振动相对的缓慢下来,这种方法就是喉动态镜的检查方法,它是基于两个原理来实现的:①Talbot原理:任何物体在视网膜上成像于外界物体消失后仍存在0.2秒,这就是所谓的视觉暂留原则,也就是说视网膜受物理刺激后产生的生理作用较原生理刺激长0.2秒;②先后间断放映在视网膜的图像,如间隔的时间小于0.2秒,则人的视力不能辨认出间断的图像。喉动态镜具有将声带高速连续振动转换为较慢的连续振动或转换为相对的静止状态。例如一个有规律的振动体振动时和照射它的闪光频率完全一致,并每次闪光的照射点都落在相同的位相上出现的图像为静止相;如闪光频率与声带振动频率存在差异,每次闪光照射在声带振动的不同相位上,则出现缓慢的运动假像,称为动像。若把声带自然高速振动称为声像,而把缓慢运动称为假像,那么这种缓慢的假像基本可以反映声带振动的详细情况。为了使闪光镜下所见的图像清晰,闪光时间必须充分的缩短,闪光时间应占振动周期的较小部分,否则视线就模糊不清。这种闪光的持续时间随闪光的种类有所不同,大约介于5~10 μs,如此短暂的时间只有用气体放电才可以实现。目前一般用氙(Xeon)高压闪光照明。发声的基频信号通过喉经麦克风、声频放大器、差频发生器最后传至氙灯,氙灯按同样的频率发射间断的光线,这样就保证了闪光频率始终与声带振动频率的一致性或有一定的频率差值。在患者失声时闪光的频率可直接由频率发生器产生。
差频发声器将产生0~2 Hz的差频,即光差频>0时(一般是1Hz)观察的为动相,当差频=0时观察的为静相。脚踏开关可以提供改变声脉冲与闪光脉冲的相位角。从0~360度连续可调,从而获得声带振动过程中任何瞬间的静止相位。
直管放大喉镜可以直接观察或与摄像机相连进行录像,也可以与手术显微镜相连,以提高手术的精确度和质量。
喉动态镜实际上是对声门图的采样,但不能满足高度精确采样的原则,这主要是由于声带振动是一个准周期,不仅振动周期不稳,而每个振动周期的方式也有差异,同时仪器本身也可能存在精确度的误差,因此借助于动态镜观察的“静相”或“动相”,是由许多的周期结合而变慢的图像,与实际振动每个周期图像仍存在一定微小差异。故仍不能象高速摄影那样反映声带每个振动周期的真实情况。但这种失真对临床分析的影响极小,也可以说几乎是没有影响的,故喉动态镜目前已广泛应用于临床,而高速摄影不仅是价格昂贵,而且用起来十分不便,目前仍未能纳入临床检查。
2喉动态镜发展史
喉动态镜检查已是目前喉检查不可缺少的检查手段,它可以观察声带的振动规律,是唯一能看到声带粘膜移动方式的仪器。对声带癌的早期诊断以及声带手术前后的观念和术中的判断提供客观依据,它在喉科学、病理嗓音、艺术嗓音和语言病理学方面都占有重要地位,它已有百余年的历史,可分为机械动态镜阶段和电子动态镜阶段。
2.1机械式动态喉镜
此种装置最初由物理学家Platean(1829年)发明,用以观察物体有规律的快速周期性活动的仪器,即工业用的闪光测速仪至今仍在延用,Stampfer(1833年)发明了喉动态镜。Doppler(1866年)指出它能用于医学范围。Ortel(1878年)发明第一台快速转盘式喉动态镜用以检查声带的活动。随后有许多科学工作者作了大量的改进但仍有较多的缺点。我国宋牧(1957年)制作一机械式闪光镜,用一电动机带动圆盘旋转。张华(1957~1959年)亦制作一机械式闪光镜。但仍存在很多缺点,使用起来较不便,故长期以来未能在临床上普遍使用。
2.2电子式动态喉镜
自将高压气体电光管用作闪光镜的光源以来,喉频闪镜的发展进入了一个新的阶段。用气体放电光管作光源的频闪镜称电子喉频闪镜或称电子喉动态镜。Kaller发明了频闪电子管原理观察声带。Smith(1954年)制成了电子动态镜,Leden(1961年)介绍了具有拾音器、光源、电控制组合和脚踏开关四部分的Timck式电子喉镜。在我国钟子良(1975年)首次制成第一代电子喉动态镜并应用于临床,为我国喉动态镜检查作出了贡献。电子频闪镜不仅没有机械频闪镜的缺点,而且优点很多:①闪光时间短促,在高频下看到的喉图像很清楚;②在人整个音域以内,光亮度恒定;③借拾音器使音频和光频保持一致,可随意延长时间观察动像,并可随意移动相位观察静像。
最初曾采用氖灯和水银灯频闪镜的光源,但它们的缺点是光线有色并且亮度不够。现在用高压氙灯作光源,光线无色而亮度很强。近10多年来,动态镜得到进一步的发展和完善,首先改进了喉镜,采用了直管放大喉镜,它可将图像放大3~5倍,在直管的前端有一镜片与喉呈90度角,也有呈60度或120度者,暴露喉头较充分,直管放大喉镜与闪光喉镜冷光源通过光导纤维联接,观察声带比用间接喉镜观察清楚得多。新型频闪喉镜闪光频率,强度和频差稳定,保证了成像的质量。摄像系统在直管放大喉镜的目镜端,这样可以将声带实际振动状态记录下来,然后经过录像重放,可以细微研究声带振动的病变情况,并可长期保存录像材料。
在直管放大喉镜下作喉部手术,如声带息肉、声带小结等,比普通光源的间接喉镜下手术明显优越,其主要优点:亮度强、能放大可显示粘膜波动、暴露范围大和确定深度较准确,故可提高手术质量。
Barth(1976年)把喉动态镜与手术显微镜,支撑喉镜相连,进行喉显微外科手术,使喉显微外科得到快速的发展。
最近日本学者FuKula等人用放射线球管作闪光射管来研究声带振动的过程,进一步发展了喉动态镜。杨宝琦(1990年)把动态喉镜录制的声带振动图像输入电子计算机,一幅一幅分析录制的照片,可量化录制的图像,进一步发展了动态镜检查的作用。常捷燕等(1996年)通过电子计算机多媒体技术开发声门图分析处理系统JTM-1,通过电视喉频闪镜(ATMOS-Ⅱ型)录取图像,将声门各解剖部位进行了量化。显著提高了频闪喉镜的作用。
3检查方法
3.1喉动态镜检查方法与间接镜检查法基本相同。其不同点是:①光源为间断的闪光光源。②检查时在喉外相当于甲状骨板皮肤处放一拾音器。为了消除检查时恶心,可于检查前用1%地卡因喷咽部进行表面麻醉。麻醉后将拾音器先放于甲状软骨板外侧后将喉镜放入口腔,注意镜面不要接触口腔或咽后壁,以免引起恶心,显像不清。由于所用闪光镜类型不同,使用的方法也不尽相同。检查要调好焦距,对准目标调到清晰后再进行检查,检查时按临床需要检查动像、静像及0~360度的相位以及真声、假声、低调、高调、弱音、强音的声带振动形态。按临床需要的情况进行录像。录像结束后检查录像是否清楚,是否达到临床要求,如果认为还需补充应进一步再次检查并作录像。
3.2正常声带振动
在动态喉镜下声带振动有两个相位,即闭合相和开放相,观察的次序是由声门闭合开始,继而开放再回到闭合,这叫作一个振动周期。声带开始开放时,先由中线前部或后部开始分开,由中间开始少见,随之向前向后并向外继续扩大,以完成开放,接着又开始闭合。由于单眼观察,感觉双声带只是在一个水平面往返对碰,但事实上声带振动是由水平和垂直两个振动方面组成,这两个振动成为基本振动。按粘膜肌弹力及空气动力学原理,声带振动是粘膜肌弹力和Bernoulli效应相互作用的结果。于发声时声门闭合对气流产生阻力,此时声门下压逐渐增加,当声门下压超过声门阻力时,声带下缘首先分开,为声门逐渐开相(closed opening phase,COP)的开始,然后分开区逐渐上移至上缘,再向外移至声带表面的中部,形成粘膜波,此时声带已完全分开,呈开放相(open phase,OP)。由于声带弹力的回缩和Bernoulli效应作用,当声带上缘仍处于开放状态时,下缘已开始回缩为声门渐闭相(closed closing phase,CCP)的开始,此种回缩由下向上逐渐伸展,直至声带完全闭合呈闭合相(closed phase,CP)。由渐开相(COP)至声带完全闭合(CP),这是声带振动的一个周期。这个振动周期在正常情况下也有微小的差异,故声带振动周期是以准周期的方式重复进行。
检查时应注意振幅的大小,是否对称;周期性如何,粘膜波动的大小,是否减弱或消失,是局部性或整体性的消失或减弱。在正常情况下声带振动与粘膜波动都是对称的并且是有规律的,真声时粘膜波动明显,假声时粘膜波动减弱,甚至消失。
熟悉并掌握正常的声带振动规律,是识别病理性声带振动的基础。由于频闪镜下正常和病理性的振动可先后轮换出现,在这
