阻塞性睡眠呼吸暫停低通氣綜合征和單純鼾癥者鼾聲的基頻及共振峰分析*

彭好 許輝杰 黃魏寧 楊弋 賀宇霞 李傳穎

阻塞性睡眠呼吸暫停低通氣綜合征(obstructive sleep apnea-hypopnea syndrome,OSAHS)是一類常見的睡眠呼吸障礙性疾病， 多導(dǎo)睡眠監(jiān)測(polysomnography,PSG)是診斷OSAHS的金標(biāo)準。但是，PSG需要患者來醫(yī)院或睡眠中心整夜監(jiān)測，檢查時需安裝多個導(dǎo)聯(lián)，患者會感覺不舒適，影響正常睡眠，且檢查費用昂貴。因此，能否研究出一種針對OSAHS患者的無創(chuàng)、簡易、方便、精確的監(jiān)測方法成為最近的研究熱點。

響亮的鼾聲是OSAHS患者的主要臨床表現(xiàn)之一，目前，借助嗓音聲學(xué)研究方法對此類患者鼾聲的聲學(xué)特征進行分析，并對OSAHS患者和單純打鼾(simple snoring,SS)者的鼾聲特點進行了一系列研究[1～3]，旨在尋找一種基于鼾聲分析的簡易、經(jīng)濟、準確的對OSAHS進行篩查的方法。本研究借助語音分析軟件對單純鼾癥和輕、中、重度OSAHS患者的鼾聲基頻和共振峰進行分析和比較，進一步為通過鼾聲分析大致識別OSAHS與SS以及判斷OSAHS的嚴重程度提供研究思路。

1 資料與方法

1.1研究對象 2010～2011年以打鼾為主訴于北京醫(yī)院耳鼻咽喉科就診，經(jīng)PSG檢查，根據(jù)中華醫(yī)學(xué)會耳鼻咽喉頭頸外科學(xué)分會2009年制定的《阻塞性睡眠呼吸暫停低通氣綜合征診斷和外科治療指南》[4]診斷為OSAHS及SS的患者70例，所有患者均為男性。其中SS組20例，年齡31～74歲，平均45.3±8.82歲，平均體重指數(shù)(body mass index,BMI)25.6±2.23；OSAHS組50例，年齡24～58歲，平均41.9±9.14歲，平均BMI 28.3±3.12,平均呼吸暫停-低通氣指數(shù)(apnea-hypopnea index,AHI)31.7±21.34,其中輕度16例，中度15例，重度19例。所有患者行常規(guī)耳鼻咽喉科檢查，排除上呼吸道腫瘤、神經(jīng)肌肉疾病，均無上呼吸道手術(shù)史。

1.2儀器設(shè)備 鼾聲監(jiān)測系統(tǒng)：傳聲器(MP201，北京聲望聲電技術(shù)有限公司)頻率響應(yīng)范圍0.02～20 kHz，本底噪聲<16 dB A；前置放大器(MA211，北京聲望聲電技術(shù)有限公司)，頻率響應(yīng)范圍0.02～100 kHz，本底噪聲<2.0 μV(A)，衰減<0.5 dB；恒流電壓源(BW61011型，上海北智儀器設(shè)備公司)，外置聲卡(Creative Soundblaster，馬來西亞，采樣精度16 bit)，BNC-BNC線纜(北京聲望聲電技術(shù)有限公司)，聲級計(HS5633型，浙江)，筆記本電腦(IBM Think Pad 400 WindowXP操作系統(tǒng))。

睡眠監(jiān)測系統(tǒng)：多導(dǎo)睡眠監(jiān)測儀(德國Model SOMNOscreen plus/EEG10-20)。

1.3監(jiān)測方法

1.3.1多導(dǎo)睡眠監(jiān)測(polysomnography,PSG) 所有患者在睡眠監(jiān)測室里行整夜多導(dǎo)睡眠監(jiān)測，監(jiān)測前禁服任何安眠及鎮(zhèn)靜藥物。檢查內(nèi)容包括腦電、眼電、下頜肌電、口鼻氣流(熱敏)、胸腹運動、血氧、脈搏、腿動導(dǎo)聯(lián)。由一名多導(dǎo)睡眠監(jiān)測技師(RPSGT)根據(jù)美國睡眠協(xié)會的PSG人工判讀標(biāo)準對所有患者監(jiān)測結(jié)果進行人工判讀。然后進行睡眠呼吸障礙的相關(guān)診斷。

1.3.2鼾聲監(jiān)測 在睡眠監(jiān)測室內(nèi)與睡眠監(jiān)測同步進行，環(huán)境本底噪聲<35 dB(A)，監(jiān)測時間為當(dāng)夜11點至次日晨5點，共6小時。所有患者睡前不使用任何鎮(zhèn)靜催眠藥物，在自然狀態(tài)下入睡。將傳聲器垂直懸吊于患者頭部之上，使之在患者仰臥位時位于口鼻之間，距皮膚表面18～20 cm，聲信號經(jīng)麥克風(fēng)采集后通過恒流電壓源放大，再經(jīng)過外置聲卡進行數(shù)字轉(zhuǎn)換，最后輸入電腦，使用windows下的音頻軟件Adobe Audition對聲信號進行記錄并保存于硬盤中。信號采樣率為16 000 Hz，采樣精度為16 bit。鼾聲均通過傾聽監(jiān)測錄音進行確認，從每例患者的整夜鼾聲中隨機截取分布于不同時間段的鼾聲各10次作為樣本進行分析。利用語音分析軟件Prrat(Prrat 5141,荷蘭)，分別提取、計算每個鼾聲樣本的基頻(fundamental frequency,FF)和前三個共振峰(F1、F2、F3)值，并進行分析比較。

1.4統(tǒng)計學(xué)方法 采用SPSS18.0統(tǒng)計軟件對各項指標(biāo)進行統(tǒng)計學(xué)分析。用Mann-Whitney方法進行非參數(shù)檢驗，P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

70例患者共截取鼾聲樣本700個,其中SS組200個,OSAHS組500個(輕度160個，中度150個，重度190個)。

2.1SS組和OSAHS組鼾聲基頻特點 SS組的鼾聲具有明顯的基頻，語圖顯示基頻連續(xù)穩(wěn)定(圖1)，基頻值為34.56～218.76 Hz，平均86.7±34.06 Hz，中位數(shù)為79.57 Hz；基頻在100 Hz以內(nèi)的鼾聲有153個(76.50%，153/200)，每例不同時間段截取的鼾聲基頻變化不大。SS組200次鼾聲基頻的散點圖見圖2，可見100 Hz以下的基頻散點圖曲線比較平直。

圖1 SS患者一次鼾聲的語圖 ▲ 表示連續(xù)基頻

圖2 SS組鼾聲基頻散點圖

OSAHS組的部分鼾聲基頻不能測出(基頻缺失)，鼾聲語圖表現(xiàn)為一次鼾聲中基頻的不連續(xù)和不穩(wěn)定(圖3)，輕度OSAHS組160個鼾聲中64個鼾聲基頻缺失(40.0%)，中度OSAHS組150個鼾聲中90個鼾聲基頻缺失(60.0%)，重度OSAHS組190個鼾聲中92個鼾聲基頻缺失(48.42%)，因而無法統(tǒng)計出平均基頻值。

圖3 OSAHS患者一次鼾聲語圖 ▲ 表示不連續(xù)的基頻片斷

2.2SS組和OSAHS組鼾聲的共振峰比較 SS組與OSAHS組鼾聲的F1、F2、F3頻率值比較見表1?？梢姡琒S組鼾聲的F1、F2、F3值均較OSAHS組的小，且兩組的F1、F2、F3的差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。由表2和表3可見，在OSAHS組中，F(xiàn)1值在輕、中、重三組中逐漸升高，且在任意兩組間的差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。輕度組鼾聲F2和F3較中、重度組低，但中度與重度OSAHS組鼾聲的F2值差異無統(tǒng)計學(xué)意義，輕度OSAHS組與中、重度OSAHS組患者鼾聲的F3值差異均無統(tǒng)計學(xué)意義。

表1 SS組與OSAHS組鼾聲的F1、F2、F3值比較

注：*與SS組比較，P<0.05

表2 不同程度OSAHS組鼾聲F1、F2、F3值比較

表3 不同程度OSAHS組與SS組之間及不同程度OSAHS組之間鼾聲F1、F2、F3比較的P值

3 討論

鼾聲是睡眠時上氣道軟組織，如軟腭、咽腔壁、會厭、舌等結(jié)構(gòu)的振動產(chǎn)生的聲音,鼾聲的形成與上氣道某個部位的狹窄、阻塞密切相關(guān)。上氣道是鼾聲共鳴腔，鼾聲產(chǎn)生后經(jīng)共鳴腔的作用，能量得以重新分布，某些頻段的能量加強，某些頻段的能量減弱，形成共振峰，共鳴腔的空間形態(tài)和大小對共振峰有很大影響[5]。語音是由發(fā)聲器官產(chǎn)生的，發(fā)聲時的氣流同樣受到聲道(從聲帶到口唇或鼻孔)中各空腔的共振作用[6]。語音分為元音和輔音，元音是口腔沒有阻礙時的濁音，而輔音是發(fā)聲時口腔的不同部位以不同的方式對氣流有阻礙的一些聲音，根據(jù)聲帶有無振動，分為清輔音和濁輔音；發(fā)清音時聲帶不振動，因氣流在由喉至唇的通路中所受阻塞或摩擦的作用不同而又分為塞音、擦音和塞擦音。因此，鼾聲在上氣道中的產(chǎn)生和傳播與語音中的輔音具有一定的相似之處[7]，這也是本研究嘗試使用語音分析軟件對鼾聲進行分析的原因。

3.1鼾聲的基頻分析 在語音學(xué)中，基頻指聲帶振動所產(chǎn)生的基本固有頻率[7]，其大小與聲帶的長短、薄厚、緊張度有關(guān)，它反映語音的音調(diào)。許輝杰等[1]通過對SS者鼾聲與OSAHS患者阻塞性呼吸暫停后的第一次鼾聲進行頻譜分析，認為前者有明顯的基頻-諧波結(jié)構(gòu)，而后者缺乏基頻-諧波結(jié)構(gòu)，和噪聲類似，對于OSAHS患者其它類型的鼾聲則沒有提及。Miyazaki等[8]通過結(jié)合上氣道測壓和鼾聲分析技術(shù)，分別對軟腭區(qū)、扁桃體或舌根區(qū)、軟腭-扁桃體舌根聯(lián)合區(qū)、喉咽區(qū)阻塞為主的OSAHS患者的非阻塞后鼾聲的基頻進行了監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)基頻小于150 Hz的鼾聲大部分來源于軟腭區(qū),而扁桃體或舌根區(qū)和喉咽區(qū)的鼾聲基頻值極差大，且均值高，并且認為鼾聲的基頻分析對OSAHS的程度和阻塞部位診斷是很好的輔助手段。

從本研究結(jié)果看，SS組的鼾聲有明顯的基頻，且同一SS患者的鼾聲基頻值比較穩(wěn)定。根據(jù)SS患者基頻的散點圖，可見其鼾聲的基頻在100 Hz以下的曲線較平直,在100 Hz以上者所占比例較低。根據(jù)基頻的定義，基頻的高低應(yīng)與聲音的來源結(jié)構(gòu)有關(guān)，Quinn等[5]在睡眠內(nèi)鏡下的觀察發(fā)現(xiàn)，鼾聲可以來源于軟腭、會厭上部、扁桃體、舌根的振動，其中軟腭來源的最多(70%)，非軟腭來源較少。因為軟腭來源的鼾聲振動頻率較低[9]，所以推測基頻在100 Hz以下的鼾聲以軟腭來源為主，但是由于本組例數(shù)有限，鼾聲基頻與來源的對應(yīng)關(guān)系有待于進一步的研究。

文中OSAHS組患者的部分鼾聲基頻缺失,中度和重度患者表現(xiàn)得尤為明顯，其原因可能是：①OSAHS患者的部分鼾聲，特別是阻塞后的第一次鼾聲，是在阻塞性呼吸暫停結(jié)束時，關(guān)閉的上氣道腔突然開放，其上部和下部氣流的壓力驟然平衡，使上氣道在短暫的時間內(nèi)重復(fù)發(fā)生多次開閉而產(chǎn)生，沒有基頻-諧波結(jié)構(gòu)，更類似于噪聲[1]；②由于OSAHS患者上氣道狹窄和順應(yīng)性高，從吸氣開始到結(jié)束的過程中上氣道塌陷程度和阻力都可能存在較大變化，從而影響上氣道組織的振動；③本研究是采用prrat語音分析軟件分析鼾聲的基頻，其基頻的提取方法也是基于語音，對于這種類似噪聲的鼾聲的基頻提取可能存在一定缺陷。

3.2鼾聲的共振峰分析 共振峰是聲學(xué)、語音學(xué)中的一個概念，是聲腔的共鳴頻率，是反映聲道諧振特性的重要特征，它代表發(fā)音信息的最直接的來源。國內(nèi)有學(xué)者比較了OSAHS患者手術(shù)前后語音的共振峰變化，徐文等[10]發(fā)現(xiàn)0SAHS患者行H—UPPP術(shù)后因上氣道的阻塞性因素解除，聲道共鳴腔結(jié)構(gòu)的擴大，發(fā)聲特點出現(xiàn)改變，隨術(shù)后時間的延長，共振峰頻率逐漸增高。盛建飛等[11]發(fā)現(xiàn)軟腭射頻消融術(shù)對輕中度OSAHS患者的嗓音共振峰沒有明顯影響。Ng等[12]對OSAHS和SS患者的鼾聲共振峰頻率進行研究，發(fā)現(xiàn)OSAHS患者的鼾聲比SS者的鼾聲共振峰頻率高，特別是F1 ，并認為F1>470 Hz時高度提示OSAHS,對于區(qū)分OSAHS和SS具有較高的敏感性和特異性。本研究的發(fā)現(xiàn)與Ng類似，即OSAHS組鼾聲的F1頻率顯著高于SS組(P<0.05)；另外，OSHAS組內(nèi)F1的頻率由低到高分別為輕度組、中度組、重度組，且差異都具有統(tǒng)計學(xué)意義，表明F1在三個共振峰中的意義最大。但本研究得出的F1、F2、F3頻率值與Ng等[12]具有較大差異，考慮可能與入選患者的情況、使用的儀器設(shè)備、鼾聲采集方法及分析軟件的差別有關(guān)，這些差別也被認為是目前各鼾聲研究文獻結(jié)果存在差異的主要原因之一[13]。由于本研究尚處于初步階段且例數(shù)有限，故尚不能得出對SS和OSAHS可能具有區(qū)分意義的F1數(shù)值。

共振峰頻率的特點是共鳴腔的空間結(jié)構(gòu)特點的反映，語音共振峰高低與聲道的長度和形態(tài)有關(guān)。傳統(tǒng)元音聲道模型理論認為：F1與咽腔的收縮程度有關(guān)，F(xiàn)1與開口度即舌位高低直接相關(guān)，舌位越高，F(xiàn)l的頻率就越低；F2與舌位前后有關(guān)，舌位越靠后，F(xiàn)2的頻率就越低；F3與軟腭下降及腭咽閉合有關(guān)，軟腭下降越低，F(xiàn)3就越低[12]，而對于輔音的共振峰沒有統(tǒng)一的模型。鼾聲雖然與語音有相似之處，但其產(chǎn)生機理、來源及其發(fā)出時共鳴腔的形態(tài)都與語音有不同之處，因此，其共振峰的形成機制和影響因素也具有和語音不同的特點。根據(jù)本研究和Ng等[12]的研究結(jié)果，初步推測鼾聲共振峰特點與上氣道狹窄程度相關(guān)，與SS者相比，OSAHS患者的上氣道更狹窄，因此共振峰頻率升高；而隨著AHI指數(shù)升高，上氣道的狹窄程度也升高，所以重度OSAHS患者鼾聲的共振峰值最高；三個共振峰中F1的意義最大，如果對患者整夜睡眠鼾聲的共振峰，特別是F1進行分析，可能有助于大致區(qū)分OSAHS患者及SS者和大致判斷OSAHS患者的嚴重程度。除了氣道的總體狹窄程度以外，氣道的長短，特別是軟腭后及舌后區(qū)域等不同水平的形狀和狹窄程度等其他影響氣道空間形態(tài)的因素也會對共振峰的高低產(chǎn)生不同影響，這些問題需結(jié)合影像學(xué)檢查進一步深入細致的研究。

對于鼾聲的產(chǎn)生機制和聲學(xué)特征的研究源于20世紀80年代。國內(nèi)外學(xué)者通過對鼾聲的頻譜分析[1,14，15]、峰頻率[16]、強度[15]和心理聲學(xué)指標(biāo)[17]等對于單純鼾癥者及阻塞性睡眠呼吸暫停低通氣綜合征患者的鼾聲聲學(xué)特征進行了一系列的研究，試圖通過鼾聲分析找到一種能夠?qū)Y進行診斷的簡便經(jīng)濟的檢查方法，但這些研究尚不成熟。本研究僅對OSAHS患者和SS者鼾聲的基頻和共振峰進行了初步分析，關(guān)于鼾聲的其他聲學(xué)特征以及鼾聲分析的臨床應(yīng)用價值還需要今后深入研究和探討。另外，此次研究借助了語音分析軟件，還有待于開發(fā)專門用于鼾聲分析的軟件。

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