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1、嗓音声学检测临床应用进展综述嗓音声学检测临床应用进展综述- -教学园地教学园地- -济南市中心医院济南市中心医院 嗓音声学检测临床应用进展综述 语言(Language)是人类进行交流的重要工具,言语(Speech)是语言的外壳和载体,是 以语音为代码,通过发音-传递,并被对方听取、感知的系统,是将语言变化为声音的转变 过程。嗓音医学(Phonetics)是耳鼻咽喉科学和语言病理学共同关注的一个新型的学科分支, 治疗的对象包括嗓音疾病、言语疾病和语言疾病。目前对喉发声功能和嗓音进行声学检测 有主观评价和客 观检测两种方法: 1 主观评价 以往是依靠听觉来判定嗓音障碍的情况及嘶哑的程度,有经验的医
2、生通过耳听患者的发声 情况,大致可判断喉部的病变情况。目前最常用的主观评价方法有“日本音声言语医学会” 制定的 GRBAS 评价标准。另外,还有用心理听觉评价 Isshiki(1966)标准 ,也有采用患 者自我评估法:嗓音障碍指数、嗓音相关生活质量检测、嗓音结果调查,与嗓音声学分析 进行比较。主观听觉评价存在着主观、名词概念不一、标准不统一的缺陷,近半个世纪以 来,客观嗓音检测方法已逐步应用于临床。 2 客观检测 随着科学技术尤其是电子计算机的广泛应用,客观检测嗓音已越来越多的应用于临床,通 过电子仪器可以将嗓音检测分析结果以图形和数值形式表达。检测的仪器主要有四种:语 图仪、频谱仪、具有语
3、图及频谱双重功能的仪器和电声门图仪。 2.1 语图仪 语图仪(Sonograph)是将分析的结果以两种图形显示在荧光屏或专用记录纸上:一种是频 率、时间和强度的三维声谱图形,纵坐标表示频率,横坐标表示时间,灰度表示声强;另 一种是某一时间断面上瞬间信号的三维图形,能较客观的估计发声质量。 2.2 声纹 声纹(voice print)是声学检查中的另一种手段,又称为显示轮廓的声谱图或称轮廓声谱 图,具有识别语言的特征,在法律上相当于指纹。目前语图仪及声纹仪临床应用较少。 2.3 频谱和电子计算机 频谱(Frequency):收集嗓音声样提取频率和声强得到峰样线图称为频谱。主要使用电子 计算机及频
4、谱分析仪采集、分析、统计嗓音声样,对嗓音进行声学分析。目前在临床上广 泛采用的语音频谱分析系统有两种:国产 USSA 语音频谱分析系统和美国 Tiger Electronics(上海)公司生产的 Dr. SpeechScience 语音分析系统。 2.3.1 国产 USSA 语音频谱分析系统 USSA(Univera Signa Sectrum Analysis System)语音频谱分析系统是北京邮电大学与北 京阳宸电子技术公司联合开发的产品,该系统硬件由微型计算机和采用 TMS320 专用语音 处理芯片的 BYDSP25E 声谱图采音卡,软件由北京邮电大学自行开发的 DSP 语言信号谱处
5、理系统,可以对嗓音及言语疾病进行客观检查,动态追踪及治疗前后声学参数的对比、判 断病态的转归及治疗效果,并且可以客观的评价科研成果 。USSA 系统对嗓音进行分析的 参数为:用快速付里叶转换(FFT)和线性预测分析(LPC),以二维曲线和数字形式显示 基频(F0)、第一共振峰(F1)、第二共振峰(F2)、第三共振峰(F3);用嗓音分析软 件分析声样,显示有临床意义的:平均微扰、频率微扰商、振幅微扰商、谐噪比(H/N)、 音调微扰系数等 5 个参数。 2.3.2 美国 Tiger Electronics(上海)公司生产的 Dr.Speech Science 语音分析系统 目前国内各研究部门及医院
6、比较普遍的应用 Dr. SpeechScience 软件对正常嗓音及病态嗓音进行声学参数分析:基 频(F0)、频率微扰(Jitter)、振幅微扰(Shimmer)、规范化噪声能量(NNE)、基频 标准差(SDF0),可量化发声质量,客观评价治疗效果、手术质量及病变的发展情况,成 为喉功能检查的重要手段之一。以上两种语音分析系统声样采集均在环境噪音小于 45dBSPL 的空调室内,受检者口距麦克风 10cm,自然舒适平稳发元音/a/、/i/各 35 秒 各 1 次,声强控制在 80dB SPL 左右,通过 A/D 转换,输入电子计算机进行嗓音声学参数 分析。 2.3.3 嗓音频谱分析参数的临床意
7、义 2.3.3.1 基频(F0):反映嗓音的音调高低,与声带振动部分的长度、声带组织的张力和 声带质量的大小有关,儿童的基频高于成人,沟状声带的基频比较高,声带息肉、声带小 结基频较低,基频对男声女调的确诊及治疗效果评价,也具有特殊的重要意义; 2.3.3.2 频率微扰(Jitter)是描述相邻周期之间声波基本频率的变化,主要反映粗糙声 程度,其次是嘶哑声程度; 2.3.3.3 振幅微扰(Shimmer)是描述相邻周期之间声波幅度的变化,主要反映嘶哑声程度;2.3.3.4 规范化噪声能量(NNE)主要计算发声时由于声门非完全关闭引起的声门噪声的能 量,主要反映气息声程度,其次是嘶哑声程度,一定
8、程度上反映声门的关闭程度,对由于 声带器质性或功能性病变而产生的病理嗓音的分析很有价值; 2.3.3.5 谐噪比(H/N)是检测病态嗓音和评价嗓音素质的一个客观指标,能有效地反映声 门闭合情况,对发现疾病、判定疗效有重要意义。大多学者认为:声带息肉、声带小结、 声带麻痹以及声带癌等病态嗓音的声学特征为 Jitter 及 Shimmer 增加,噪声成 分增加,NNE 增加,周期谐波成分相对减少,H/N 降低,当进行治疗或手术后相应声学参 数值与正常组相近。因此,声 谱图声学分析可以发现病人的早期声嘶,以及嘶哑程度,多种参数综合分析可用于治疗前 后的对比、手术疗效的评估。 2.4 电声门图 电声门
9、图(Electroglottography, EGG)是一种无创性喉功能检测手段,弥补喉内镜检查的 不足。目前临床上应用的电声门图检测系统多采用美国 Tiger Electronics(上海)公司生 产的 Tiger DRS. Inc 电声门图仪进行测试,采用 Dr. SpeechScience forwindows 4.0 软 件进行分析。检测时将金属电极板放置于双侧甲状软骨板上,受检者发自然胸声区稳态元 音/./i/,持续 3 秒,记录受声带振动调节的电极间阻抗变化,在体表描记出声门开闭曲 线,可描记闭合相(CP)、开放相(OP),闭合相又分为渐闭(CCP)、渐开相(COP), OP 相反
10、映声带振动时被声门下气流吹开的瞬间,CCP、COP、与 OP 三者有周期性的衔接, 正常电声门图波形呈规律性正弦曲线。EGG 可测量的参数及临床意义: 2.4.1 接触率(CQ):测量声带振动时声门闭合程度,即接触时间与周期之比,主要反映 声带水平方向上的开闭,发声频率提高,声带被拉长,双侧声带接触面积减小,闭合度降 低,CQ 值下降; 2.4.2 接触幂(CI):测量声带振动时渐闭相与渐开相的对称度,在一定程度上体现了声 带开闭运动在垂直面上相位差,该参数对声带麻痹非常敏感; 2.4.3 接触商微扰(CQP):测量相邻振动周期间 CQ 振动度; 2.4.4 接触幂微扰(CIP):测量相邻振动
11、周期间 CI 扰动度。如果声带的关闭和开放有规 律,微扰量就低,即接触率微扰和接触幂微扰的值较小; 2.4.5 测试声带粘膜波的接触性,反映粘膜波运动是否规则; 2.4.6 测试方便无创,不受上气道干扰,更符合声带振动测量的要求,适合儿童等各种不宜做喉镜检查的病人; 2.4.7 电声门图波形异常的类型与声带病变的位置和大小有关,通过与正常波形进行比较 之后,能客观地获得病人声带的信息,特别能够捕捉间接喉镜检查时易遗漏的声带下缘或 前联合的病变,尤其能够提供声带麻痹的证据。有不少研究者将嗓音频谱分析与电声门图 同步对嗓音进行测试与分析,对同一受检者同时检测频谱图参数和电声门图参数,以期获 得更具
12、相关性的研究结果。另外,目前也有应用西安交通大学信控系生物医学工程研究室 与西安医科大学喉病研究室共同研制的多功能电声门图仪16。 2.5 声门图 由于电子计算机技术的广泛应用,对动态喉镜记录的图像进行精确、客观的量化分析也成 为可能, 运用 TigerElectronics(上海)公司开发的内镜诊察仪(Scope View)对动态喉 镜记录的图像经 A/D 转换输入计算机,测量发声时的声门面积和声门长度。常捷燕等运用 电子计算机技术,对动态喉镜记录的声门图像的声带长、宽度、面积,假声带面积,声门 裂面积及夹角, 声带位移、环杓位移,环杓区面积等参数进行测量,对声门图像的各解剖单元进行量化分 析。 3 结语 发声是喉的主要功能之一,喉发声功能和嗓音具有多维性,检测的各种参数还存在一些不 确定因素,而且各个参数之间也存在着相互干扰、相互制约,不可能期望用单一方法来评 定喉发声的总体功能,需要综合各种检测方法、多种检测参数,针对不同的病变情况,侧 重采用某一种或几种检测方法对喉发声功能和嗓音进行检测和判断,还应结合临床病史、 症状、体征及喉镜、CT、MRI 等手段综合分析。随着声学检测技术和电子计算机技术的不 断发展,嗓音声学检测的各项技术和方法也将会不断完善和发展,使喉功能和嗓音检测技 术更好地为临床服务,造福于广大患者。