無創(chuàng)性空氣動力學(xué)檢查在嗓音醫(yī)學(xué)中的研究進(jìn)展＊

林生智 綜述 莊佩耘 郭永清 蔣家琪 審校

嗓音醫(yī)學(xué)是一門研究發(fā)聲的基本原理、探討發(fā)聲障礙的病因、發(fā)病機(jī)制、治療及預(yù)防的科學(xué)。嗓音功能評價可以量化發(fā)聲障礙的嚴(yán)重程度，指導(dǎo)選擇合理的治療方法及評估治療的有效性。常用的嗓音評估方法包括：聲帶振動特征測試、嗓音質(zhì)量的主客觀評估、空氣動力學(xué)評估等?？諝鈩恿W(xué)檢查作為嗓音功能評估的重要組成部分，是通過測量喉作為能量轉(zhuǎn)換器將聲門下的空氣動力能轉(zhuǎn)換為聲能的一系列相關(guān)指標(biāo)，給喉功能做一個客觀的評價［1］。近年來，由于無創(chuàng)性空氣動力學(xué)檢查的簡便性、結(jié)果的精確性，其臨床應(yīng)用價值日益顯現(xiàn)。為此，特對近年來有關(guān)無創(chuàng)性空氣動力學(xué)檢查的檢測指標(biāo)、檢查方法及臨床應(yīng)用等方面的進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 空氣動力學(xué)的檢測指標(biāo)

聲門下氣流和壓力是使聲帶振動而發(fā)出聲音的動力源，氣流和壓力是空氣動力學(xué)研究的兩大基本因素，可根據(jù)不同的發(fā)聲狀態(tài)，將氣流和壓力細(xì)分為不同的指標(biāo)，應(yīng)用于發(fā)聲的空氣動力學(xué)研究。自上世紀(jì)80年代早期至今，已有多種指標(biāo)用于研究。常用的指標(biāo)包括聲門下壓（subglottal pressure，SGP）、平均發(fā)音氣流率（mean phonation flow rate，MFR）、發(fā)聲效率（vocal efficiency，VE）及聲門阻力（glottal resistance）等。聲門下壓是指肺內(nèi)氣壓到達(dá)聲門下的壓力，是空氣動力學(xué)研究最多的指標(biāo)之一，能反映喉功能狀態(tài)，其在不同性別、年齡間無明顯差異，與音頻、音強(qiáng)相關(guān)［2］。平均氣流率指發(fā)聲時單位時間內(nèi)通過聲門的氣流量，與聲門閉合程度有關(guān)［3］。聲門阻力和發(fā)聲效率是由聲門下壓和平均氣流率換算后所得的指標(biāo)［4］，聲門阻力是聲門下壓與平均氣流率的商，發(fā)聲效率是空氣動力能與聲能的商，兩者均可反映喉功能。這些指標(biāo)已經(jīng)成為相關(guān)實驗研究中空氣動力學(xué)檢查的代表指標(biāo)，但是隨著對發(fā)聲機(jī)理的深入研究，這些常用指標(biāo)已不能完全表達(dá)空氣動力學(xué)檢查對喉功能的描述，而需要將整個發(fā)聲過程精確地劃分成不同的階段后分別描述。

發(fā)聲閾壓（phonation threshold pressure ，PTP）是指能夠引起聲帶振動的最小聲門下壓，用于表示發(fā)聲的難易程度［5］。通過喉模型研究顯示發(fā)聲閾壓能反映聲帶厚度、黏膜波速度、組織粘滯性以及聲道的慣性等聲帶的生物力學(xué)特性［6］。Jiang等［7］研究顯示聲帶息肉患者的PTP 值在三個不同音強(qiáng)時均較正常人明顯增高。發(fā)聲閾氣流（phonation threshold flow，PTF）是Jiang等［6］在2007年提出的一項新的評估喉功能的指標(biāo)，指引起發(fā)聲最小的氣流量，反映發(fā)聲的難易程度，他們通過物理和數(shù)學(xué)推理得出在以下情況下PTF會降低：聲門面積減小，聲帶組織粘滯性和黏膜波動速度降低，聲帶硬度增加，聲道的垂直長度增加，預(yù)發(fā)音的收斂角度減小或是預(yù)發(fā)音的散開角擴(kuò)大，氣道阻力降低等，隨后的一系列動物實驗證實了這一推論。Zhuang等［8］的實驗表明聲帶息肉患者與正常人之間PTF 有顯著差異，且PTF與性別有關(guān)。由發(fā)聲閾壓與發(fā)聲閾氣流的乘積推導(dǎo)出的發(fā)聲閾能（phonation threshold power，PTPw）是反映發(fā)聲難易程度的另一個指標(biāo)。這些指標(biāo)是近年來空氣動力學(xué)研究的熱點。

空氣動力學(xué)的研究應(yīng)向著檢測方法簡單、指標(biāo)靈敏度和特異度較高的方向發(fā)展。由于氣流測量的簡便性及反映病變的敏感性，目前著重于對氣流的研究，如發(fā)聲前峰氣流（pre－p honation flow peak，PPFP）、發(fā)聲不穩(wěn)定氣流（phonation instability flow，PIF）、發(fā)聲氣流范圍（phonation flow range，PFR）等。這些新指標(biāo)尚需經(jīng)歷更多的動物和人體的實驗、測試與比較。

2 各指標(biāo)的檢查方法

空氣動力學(xué)中各指標(biāo)的測量，特別是聲門下壓的測量，一直都是空氣動力學(xué)檢測的研究重點。早期的測量方法因其固有的局限，在臨床上的應(yīng)用受到很大限制，隨著理論研究的深入和科技的進(jìn)步，間接無創(chuàng)的測量方法在精確性和穩(wěn)定性上不斷改善，在臨床中的應(yīng)用價值日益顯現(xiàn)。

2.1 早期檢查方法 早期對于聲門下壓的檢查方法包括：①經(jīng)氣道穿刺直接測量；②通過食管內(nèi)的氣囊間接測量聲道內(nèi)氣壓；③使用壓力探測器直接置于聲門上下測量跨聲門壓［7］。這些測量方法由于其有創(chuàng)性和不穩(wěn)定性等，在臨床使用中受限。直接有創(chuàng)的測量方法現(xiàn)一般僅用于驗證某些新技術(shù)，但仍是最可靠最準(zhǔn)確的測量聲門下壓的方法。

2.2 反濾波法（inverse filtering） 簡便無創(chuàng)的測量方法是從反濾波法開始的。反濾波法是通過測量口腔呼出的氣流和輸出的聲音數(shù)據(jù)，經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)換成聲門波形，同時記錄口腔內(nèi)壓和語音質(zhì)量維度。Rothenberg在1972年利用反濾波器測量聲門的氣流速度波形，并根據(jù)聲門波形結(jié)合口腔內(nèi)壓力變化數(shù)據(jù)推斷了聲門下壓。1975年，Kolke等將反濾波器技術(shù)用于喉部疾病的診斷，結(jié)果顯示病態(tài)喉與正常喉的壓力波形存在顯著差異。目前反濾波法主要應(yīng)用于藝術(shù)嗓音研究。

2.3 唇音中斷法（labial interruption） 該方法的發(fā)明是無創(chuàng)性空氣動力學(xué)檢查方法的一個重大突破。該方法是通過讓受試者主動發(fā)／pi／或／pa／這個含有輔音和元音的音符串，在發(fā)／p／這個爆破音前，聲門下氣管壓力快速上升促使口腔內(nèi)壓力上升，其中有一小段時間聲門下壓與口腔內(nèi)壓力一致，而此時為口腔內(nèi)壓力最高的時刻，因而可以通過口腔內(nèi)壓推測聲門下壓。Smitheran 等［4］在1981 年首次采用此方法記錄聲門下壓和平均氣流率，并推算出聲門阻力。這種間接測量方法已經(jīng)為直接有創(chuàng)的測量方法所證實，能準(zhǔn)確反映聲門下壓值。為了確保測量結(jié)果的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，要求受試者使用流暢均勻的呼吸發(fā)每一個／pi／或／pa／音符串，便于獲得一致的口內(nèi)壓峰值；在每一個音符串之間要順利銜接，不能有停頓；在發(fā)濁輔音／p／之前應(yīng)口含并閉緊口內(nèi)管以免漏氣影響口內(nèi)壓值，發(fā)高前元音（highfront vowel，指發(fā)該元音時的舌位前、高）／i／以保證腭咽密閉［9］。因該檢查方法簡便實用，至今仍廣泛應(yīng)用于臨床實踐中。

2.4 氣流阻斷法（airflow interruption） 單純的唇音中斷測量系統(tǒng)仍存在一些不足之處，如需要受試者雙唇主動閉合，并需經(jīng)過一定的訓(xùn)練，以免造成聲門結(jié)構(gòu)改變，影響實驗結(jié)果的客觀性和準(zhǔn)確性［7］。Bard［10］在1992 年用一個新方法可以去除唇音中斷固有的缺陷，此方法是將一個可迅速充氣放氣的氣囊與一個放置在口腔內(nèi)的導(dǎo)管相連，當(dāng)患者發(fā)元音后通過給氣囊快速充氣暫時阻斷發(fā)聲氣流，氣囊膨脹時會刺激患者雙唇緊閉，使口腔內(nèi)壓力上升，當(dāng)口腔內(nèi)壓力升至與聲門下壓一致時，上升曲線變?yōu)樗角€。這種氣流阻斷的方法消除了雙唇主動閉合時聲門結(jié)構(gòu)的改變，能準(zhǔn)確測量出聲門下壓，比單純通過唇音中斷法測得的數(shù)據(jù)更客觀。Jiang等［11］在1999年用這種方法測量了帕金森病患者的空氣動力學(xué)指標(biāo)，同年用該方法成功測量了PTP［7］。但應(yīng)用氣流阻斷法測量聲門下壓，需完全阻斷發(fā)音，這會令受試者產(chǎn)生不適，引起聽喉反射（auditory－laryngeal reflexes），因而近年來科學(xué)家對此法進(jìn)行了改良。研究顯示引起聽喉反射的潛伏期通常在150～175 毫秒間，Hoffman等［12］通過固定氣囊充氣時間為150毫秒，在產(chǎn)生聽喉反射前測量聲門下壓，使測量值更加穩(wěn)定。人的發(fā)聲頻率和音強(qiáng)會受到聽覺反饋的影響，Hoffman等［13］采用錄有實驗者本人聲音的耳機(jī)進(jìn)行屏蔽，這為受試者提供一個目標(biāo)頻率和音強(qiáng)，并將外源性噪聲掩蔽，結(jié)果顯示，掩蔽后的測量值更加穩(wěn)定，誤差明顯減小。

2.5 不完全氣流阻斷法（incomplete airflow interruption） 應(yīng)用氣流阻斷法的缺點是氣囊充氣膨脹產(chǎn)生噪聲及阻斷過程中受試者音頻和音強(qiáng)發(fā)生改變，容易令受試者產(chǎn)生聽喉反射，從而改變聲門結(jié)構(gòu)［14］。因而Jiang［15］在2006 年用不完全氣流阻斷的方法測量發(fā)聲時的聲門下壓。該方法使用一個肺阻力計與“Y”型管道的輸出端相連接，氣囊充氣后阻斷其中一個分叉管道，測量另一個分叉管道內(nèi)的相關(guān)數(shù)值，然后再交換測量一次，通過修正的歐姆定律（壓力＝氣流×阻力）可以測出聲門下壓，經(jīng)驗證其靈敏度和特異度也很高。該方法同完全阻斷氣流一樣能快速而簡便的測量聲門下壓，同時能讓受試者在檢測過程中發(fā)聲，減少了對受試者的不良影響，更適合于臨床應(yīng)用。

2.6 氣流重定向法（airflow redirection） 在使用完全氣流阻斷法時，未經(jīng)訓(xùn)練的受試者在長時間的發(fā)聲中斷中無法維持一致發(fā)聲，導(dǎo)致測得的水平曲線不平穩(wěn)。Baggott等［16］提出一種新的測量方法：氣流重定向法，此方法與Bard方法的區(qū)別是在連接氣囊與面罩的導(dǎo)管中連接一個配有壓力計的儲氣罐，通過單向閥，儲氣罐內(nèi)壓力會隨著口腔內(nèi)壓力的改變而改變，電腦記錄每次阻斷時儲氣罐內(nèi)峰壓力值，峰壓力值相當(dāng)于聲門下壓值。該設(shè)計的阻斷時間為135毫秒，避免引起聽喉反射。喉模型測量和直接測量的結(jié)果證實，此方法測得的數(shù)值誤差?。?6］，在正常人測的壓力值穩(wěn)定，變異度小。此方法對于未經(jīng)訓(xùn)練的受試者更為實用，有利于臨床的廣泛開展與應(yīng)用。

3 臨床應(yīng)用

隨著無創(chuàng)性空氣動力學(xué)檢查的精度不斷提高，檢查結(jié)果所能表達(dá)的信息也不斷完善，其應(yīng)用價值日益顯現(xiàn)。Yiu 等［17］研究顯示空氣動力學(xué)評估能作為嗓音功能評估的重要輔助手段。根據(jù)空氣動力學(xué)檢查在嗓音功能評估中的作用，可分為單獨評估和綜合評估。

3.1 單獨評估 單獨應(yīng)用無創(chuàng)性空氣動力學(xué)檢查評估某些疾病的喉功能情況具有獨特優(yōu)勢。帕金森病患者容易出現(xiàn)嗓音問題，這主要是對肌肉的控制障礙導(dǎo)致的，患者還可能伴隨有張口、吞咽障礙等肌張力相關(guān)問題，因而無法行常規(guī)喉鏡檢查或嗓音分析，故使用空氣動力學(xué)檢查對這部分患者進(jìn)行嗓音評估。Jiang等［11］在1999 年用氣流阻斷方法測量了帕金森病患者的空氣動力學(xué)相關(guān)指標(biāo)，結(jié)果顯示其PTP 和喉阻力較正常人明顯增高。然后隨訪了聲帶注射或左旋多巴胺等藥物治療的效果［18～20］，通過測量患者的空氣動力學(xué)指標(biāo)，證實聲帶膠原纖維注射對治療帕金森病的聲門閉合不全確有一定療效；而且發(fā)聲效率的提高也改善了發(fā)聲疲勞的情況，為患者進(jìn)一步的言語治療提供了很好的輔助條件［20］。應(yīng)用離體狗喉制成的脫水喉模型［21，22］顯示脫水會導(dǎo)致PTF和PTP增加，發(fā)聲效率減低，在通過利尿劑誘導(dǎo)［23］和經(jīng)血液透析［24］導(dǎo)致脫水的人群中，測得的PTP也增加。這些實驗不僅表明脫水不利于嗓音，也提示將來在同類動物實驗中需注意所使用的空氣的含水量等問題，以便使離體實驗更接近在體的實際情況。國內(nèi)張碧茹等［25］對非器質(zhì)性病變的肌緊張性發(fā)聲障礙患者行空氣動力學(xué)檢測，結(jié)果顯示聲門下壓升高和最長發(fā)聲時間縮短，可見應(yīng)用空氣動力學(xué)檢查評估肌緊張性發(fā)聲障礙患者的喉功能狀態(tài)有一定的臨床意義，可用于診斷和療效觀察。

3.2 綜合評估 單純應(yīng)用喉鏡或者聲學(xué)分析無法全面地反映受試者的喉功能，并且存在一定的應(yīng)用限制。Holmberg［26］、Gorman 等［27］應(yīng)用聲學(xué)和空氣動力學(xué)檢測綜合評估經(jīng)過治療的聲帶小結(jié)患者、老年人的喉功能，此外，對聲帶麻痹的動物模型［28］和手術(shù)療效評估［29］等也大多采用綜合分析方法。

4 結(jié)語

相對于早期有創(chuàng)的檢查，無創(chuàng)性空氣動力學(xué)檢查在精確性和穩(wěn)定性上有了顯著改進(jìn)，可以作為一種可靠的、客觀的、有效的檢查在嗓音評估中普及應(yīng)用。但是尋找更靈敏的指標(biāo)及更簡便準(zhǔn)確的測量設(shè)備，仍是未來研究的方向和重點。此外，如何將空氣動力學(xué)與傳統(tǒng)聲學(xué)、影像學(xué)及頻閃喉鏡檢查等評估方法相結(jié)合，從而更客觀、全面地評價喉功能，仍需進(jìn)行更多探討。

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