当前位置: 首页 > 医学版 > 期刊论文 > 大学学报(医药卫生) > 南京医科大学学报(自然科学版)
编号:10239600
病态嗓音的计算机定量评估
http://www.100md.com 南京医科大学学报 2000年第2期第20卷 论著
     作者:徐洁洁 乔宗海 祁沁红 殷敏

    单位:南京医科大学第一附属医院耳鼻咽喉科,南京 210029

    关键词:喉疾病;声学分析;声谱图

    南京医科大学学报000213 摘 要 目的 观察各类喉病患者嗓音声学参数及声谱图特征,探 讨计算机声学测试技术在病态嗓音定量评估中的应用价值。方法 采用计 算机嗓音声学测试系统(Dr. Speech Science for Windows软件)对78例正常成人及98例喉病 患者元音信号进行检测,对其主要声学参数[频率微扰、振幅微扰、声门噪声能量(norma lized noise energy,NNE)]及声谱图特征(谐波、共振峰、噪声成分等)进行分析,并与主 观听觉评价 结果进行了比较。结果 98例病态嗓音均表现一项或几项声学参数值高于 正常,各参数均值较正常值差别有统计学意义。声带炎症病变各参数均值约高于正常0.5~1 .5倍;声带麻痹及喉癌各均值约高于正常2.0~4.5倍。病态嗓音声谱图特征为谐波及共振峰 不规则、断裂甚至消失,噪声成分增加;根据嗓音损害程度可将其分为3型。结论 计算机声学分析各项参数及声谱图特征可作为嗓音定量评价的客观指标,有助于区 别正常与病态嗓音、判断嗓音损害程度、初步鉴别喉部病变性质、评价治疗效果及动态观察 预后等。
, http://www.100md.com
    中图号 R767.1

    Quantitative Evaluation of Voice in Laryngeal Diseases by Computer Techni que

    Xu Jiejie Qiao Zonghai Qi Qinhong

    (Department of Otolaryngology, the First Affiliated Hospital of Nanjin g Medical University, Nanjing 210029)

    Abstract Objective To investigate the characteristics of acou stic parameters and spectrograph of varying laryngeal diseases and discuss the v a lue of acoustic analysis technique by computer in the quantitative and objective evaluation of vocal function.Methods The voice signals of sustained vowel “a” were measured with a computer (Dr. Speech software) in 78 healthy adults and 98 patients with vary ing laryngeal diseases. The acousic parameters (jitter, shimmer and NNE) and spe ctrographic characteristics (harmonic waves, formants and noise) were analyzed. The results obtained by acoustic technique were compared with those of perceptua l evaluation. Results The acoustic parameters were significantly increased in all p atients with laryngeal diseases. The mean parameters were increased 0.5~1.5 ti m es in vocal inflammation and 2.0~4.5 times in vocal paralysis or laryngeal car cin oma as much as the control group. The spectrogarph in laryngeal diseases showed irregularity, breakage or lack of harmonic waves and formants, and increase of noise. A three-point scale was used to rate the pathologic spectrograph and coi ncided with the degrees of hoarseness judged by perceptual analysis.Conclusion The acoustic parameters and spectrograph can be used as ob jective standards for evaluaing voice function quantitatively. The acoustic anal y sis by computer technique is of value in the diagnosis and treatment of laryngea l diseases.
, http://www.100md.com
    Key words laryngeal diseases; acoustic analysis; spectrograph

    声带的各种病理改变可导致其闭合或振动异常,致使喉声源声学性质发生变化,出现不同程 度 的声音嘶哑。对病态嗓音的定量评估有助于判断喉部病变损伤程度,为临床喉病诊治所必须 。以往,喉科主要凭借听觉印象判断嗓音嘶哑程度,并据此评价疗效及预后。但听觉判断毕 竟是一种主观方法,缺乏客观依据。本文自1998年4月~1999年6月采用计算机声学测试系统 对78例正常成人及98例各类喉病嗓音进行了检测,对其主要声学参数及声谱图特征进行分析 ,并与主观听觉评价进行比较,现报告如下。

    1 对象和方法

    1.1 测试对象

    对照组:随机选择健康成人78例,男性40例,女性38例,年龄18~50岁。发声正常,喉镜检 查声带外观及运动正常。无烟酒嗜好,无咽喉、呼吸及神经系统疾病史。
, http://www.100md.com
    喉病组:各类喉病患者98例,其中单纯性喉炎14例(男性8例,女性6例,年龄25~55岁);声 带小结16例(均为女性,年龄26~47岁);声带息肉18例(男性12例,女性6例,年龄23~54岁 );声带囊肿8例(男性6例,女性2例,年龄33~45岁);声带麻痹14例(男性9例,女性5例, 年龄25~75岁);声带异形增生10例(均为男性,年龄33~62岁);喉癌18例(均为男性,年龄 42~78岁)。所有患者均发声嘶哑,经喉镜或病理检查证实为上述病变。

    1.2 测试方法

    声学测试:计算机声学测试分析系统包括硬件(微机、声卡、音箱、话筒及打印机)及软件(D r. Speech Science for Windows)。测试在隔音条件下(环境噪声45dB[A]以下)进行, 受 试者坐位,口距话筒5 cm,以舒适自然声强及音调发元音“a”,持续3~5 s。嗓音信号输 入计算机,经声学软件处理后显示声学参数[频率微扰、振幅微扰、声门噪声能量(nor malized noiseenergy, NNE)]及声谱图形(谐波、共振峰、噪声成分等)。
, http://www.100md.com
    听觉评价:噪音嘶哑程度根据文献[1]标准分4级:0为正常;1为轻度嘶 哑;2为中度嘶哑;3为重度嘶哑。评价时嘱患者以舒适自然音调及声音强读一段短文(100字 以内),由3位有经验医师分别判断其嗓音嘶哑程度,最后综合评价。

    2 结果

    2.1 正常成人元音声学参数及声谱图特征

    78例正常受试者声学测试结果见表1。女性各项声学参数值略大于男性,但差别无显著 意义 。声谱图由连续、规律、清晰的谐波波纹构成,低、中、高频区分别可见声能增强的第1、 2、3共振峰(F1,F2,F3),高频区偶见极少量噪声成分(图1)。

    图1 正常成人(男性)声谱图

    表1 正常及病态嗓音声学参数值 (±s) 组别
, 百拇医药
    例数

    频率微扰(%)

    振幅微扰(%)

    NNE(dB)

    正常组 男

    40

    0.20±0.08

    1.24±0.95

    -17.38±4.70

    女

    34

    0.22±0.07

, http://www.100md.com     1.27±0.80

    -16.28±5.03

    喉病组

    98

    0.76±0.11

    4.76±0.95

    -8.62±2.01

    单纯性喉炎

    14

    0.35±0.07

    2.35±0.32

    -13.80±3.82
, http://www.100md.com
    声带小结

    16

    0.49±0.12

    3.64±0.32

    -11.47±3.78

    声带息肉

    18

    0.61±0.15

    4.15±0.42

    -9.61±2.92

    声带囊肿

    8
, 百拇医药
    0.59±0.17

    4.17±0.35

    -8.89±2.53

    声带麻痹

    14

    1.28±0.18

    7.53±1.06

    -5.03±1.64

    声带异形增生

    10

    0.72±0.09

    4.97±1.44
, 百拇医药
    -8.24±1.62

    喉癌

    18

    1.26±0.24

    6.53±1.35

    -3.32±1.64

    喉病组与正常组比较,P<0.01。

    2.2 病态嗓音声学参数及声谱图改变

    98例各类喉病嗓音声学测试结果表明,可出现一项或几项声学参数值高于正常,其中频率微 扰值大于正常者占86.54%,振幅微扰值异常者占92.62%,NNE值占85.34%。经统计 分析,各参数均值均较正常值不同程度升高,差别有显著 意义(表1)。其中声带麻痹或喉癌的参数值较声带炎症病变(单纯性喉炎、声带小结、声带息 肉等)升高明显,前者各值约高于正常2.0~4.5倍,后者仅高于正常0.5~1.5倍。
, 百拇医药
    声谱图表现谐波不规则、断裂甚至缺失,各共振峰不同程度破坏或消失,噪声成分增加等。 谱图根据损害程度可分为3型(图2)。1型:中、高频区谐波及第2、3共振峰不规则或断裂, 波纹间混有噪声成分;低频区谐波基本规则、连续,F1清晰。2型:中、高频区谐波及共振 峰损害程度加重,波纹可消失,噪声成分增多。低频区谐波及F1亦出现不规则、断裂,波纹 间可见噪声成分。3型:中、高频区谐波及共振峰基本消失,代之以噪声成分;低频区残存 少量不规则、断裂的谐波。单纯性喉炎、声带小结多表现1型声谱图;声带息肉、声带囊肿 、声带轻中度异形增生等多为2型声谱图;声带麻痹、喉癌一般为3型声谱图。

    图2 病态嗓音声谱图

    2.3 病态嗓音声学分析与心理听觉评价比较

    听觉评价的嗓音嘶哑程度与各声学参数均值及声谱图关系见表2。轻度嘶哑各参数均值约高 于正常0.5~1.0倍,多见于单纯性喉炎或声带小结;声带息肉、声带囊肿、声带异形增生多 表现中度嘶哑,各值约高于正常1.5~2.0倍;重度嘶哑各值约高于正常2~4倍,病理变化主 要为声带麻痹或喉癌(表2)。
, http://www.100md.com
    表2 嘶哑程度与声学参数及声谱图关系 (x±s) 嘶哑度

    例数

    频率微扰(%)

    振幅微扰(%)

    NNE(dB)

    声谱图

    轻度

    30

    0.42±0.11

    3.12±0.34

    -12.42±3.53
, http://www.100md.com
    1型

    中度

    36

    0.65±0.13

    5.64±0.78

    -8.54±2.25

    2型

    重度

    32

    1.27±0.26

    7.12±1.23

    -4.28±1.03

, 百拇医药     3型

    各组与正常组比较,P<0.05。

    3 讨论

    应用计算机声学测试系统对嗓音信号进行检测分析,可获取有关声学参数及声谱图形,从而 为嗓音评价提供客观定量依据。频率微扰和振幅微扰表示声波相邻周期之 间基频和振幅的微小变化,NNE是声带非完全关闭所产生的噪声能量。自Lie bermann(1961)首次提出病态嗓音的频率微扰增加以来,许多报道均认为,病态嗓音的声学 特征为频率及振幅扰动增加,周期谐波成分相对减少,噪声成分增加[2~6]。本文 98例各类喉病嗓音声学分析表明,所有病态嗓音可出现一项或几项声学参数不同程度地升高 ;声谱图特征为谐波及共振峰不规则、断裂甚至消失,噪声成分增加等。由此可见,嗓音声 学测试方法首先可用于客观区分正常与病态嗓音,如所测嗓音出现上述声学参数及声谱图改 变,即可确定其为病态嗓音,应尽早进行喉部检查,及时诊治。
, 百拇医药
    嗓音嘶哑程度的评价有主观及客观两种方法。根据听觉印象将嘶哑程度分为4级:0为正常 ,1为轻 度,2为中度,3为重度[1]。日本音声言语医学会制定的嗓音心理听觉评价 标准将嘶哑分为5类:①嘶哑总分度(grade,D);②粗糙型(rough,R);③气息型(breathy, B); ④无力型(asthenic,A);⑤紧张型(strained,S);每型又分为:0 正常,1 轻度,2 中度,3 重度[4]。余永真等[7]研究认为,正常嗓音音调扰动数量级低于10 -3,轻度嘶哑音调扰动在10-2~10-3之间,中度嘶哑在10-1~10 -2之间,重度嘶哑在10-1以上。文献报道将声图按嘶哑程度分4型,郭志祥等 [8]在其分型基础上将声图分为6型。本文将心理听觉评价的嘶哑程度与嗓音声学 特征相比较,提出嗓音嘶哑程度声学评价标准:轻度嘶哑,声学参数值约高于正常0.5~1.0 倍,声谱图为1型;中度嘶哑,声学参数值高于正常1~2倍,声谱图为2型;重度嘶哑,声 学参数值增高2~4倍,声谱图 表现为3型。据此标准,可判断喉病嗓音损害程度,为疗效及预后评价提供客观依据。
, http://www.100md.com
    今泉 敏[9]观察发现,病态嗓音的基频波动按声带息肉和小结、沟状声带、喉返 神经麻痹、喉癌顺序增大,凭借这一指标可区分80%的喉癌,65%的声带麻痹,45%的沟状声 带和30%的声带息肉。本研究结果表明,声带炎症病变(单纯性喉炎、声带小结和息肉等)因 病理改变主要位于声带粘膜上皮或固有层浅层,故嗓音损害较轻,各嗓音声学参数值约高于 正常0.5~1.5倍,声谱图为1~2型;而声带麻痹及喉癌则多有声带粘膜下中、深层或肌层受 侵犯,影响声带张力及运动,嗓音损害较重,各参数可大于正常2.0~4.5倍,声谱图多为 3 型。这种由于病理改变程度不同而导致的嗓音声学特征差异有助于喉部疾病性质的鉴别诊断 。

    综上所述,利用计算机声学测试技术,获取嗓音有关声学参数及声谱图特征,可对嗓音进行 客观定量评估,有助于区别正常与病态嗓音,判断嗓音损害程度,初步鉴别喉病性质,评价 疗效及预后等,在喉病临床诊治中具一定的应用价值。

    参考文献
, 百拇医药
    1,郭声祥.声图及其在喉科的临床应用.第1版.上海:上海医科大学出版社,19 91.2

    2,王丽萍综述.正常及病态嗓音声学分析中的某些进展.国外医学*耳鼻咽喉科分册,198 8,12:260

    3,Rontal E, Rontal M, Jacob HJ, et al. Quatitative and objective evaluation of vocal cord function. Ann Otol Rhinol Laryngol, 1983,92:421

    4,韩仲明,杨式麟.电子计算机在嗓音分析中的初步应用.临床耳鼻咽喉科杂志,1990,4 :36

    5,陈小玲,吴梁光,王薇.嗓音声学分析及声门图在喉科疾病的应用初探.听力学及言语 疾病杂志,1999,7(1):4

    6,高雄辉,麦秀芳.声带小结嗓音分析和电声门图参数变化的比较.听力学及言语疾病杂 志,1999,7(17):4

    7,余永真,张兵.正常人及喉病患者音调扰动的研究.中华耳鼻咽喉科杂志,1988,23:3 60

    8,郭志祥,甘小凡.声图在喉科的应用.中华耳鼻咽喉科杂志,1988,23:357

    9,今泉 敏.病态嗓音的声谱仪分析.日本音响学会志,1980,36:9

    (1999-08-01收稿), 百拇医药