阻塞性睡眠呼吸暫停低通氣綜合征患者多維嗓音及發(fā)聲空氣動力學分析

魏梅 杜建群 王曉雨 王桂萍 林鵬

阻塞性睡眠呼吸暫停低通氣綜合征(OSAHS)指睡眠時上氣道塌陷阻塞而引起的呼吸暫停和通氣不足進而導致睡眠結(jié)構(gòu)紊亂，血氧飽和度下降等癥狀[1]。OSAHS是引起高血壓、心臟病、中風和死亡的危險因素之一[2]，患者的癥狀為白天嗜睡、記憶力減退、注意力不集中等[3,4]。此外，重度OSASH患者因上氣道阻塞對嗓音有一定的影響，現(xiàn)階段已有很多的研究分析不同手術對于重度OSASH患者嗓音的作用[5～7]，而對此類患者嗓音的聲學特征研究較少。因此，本研究應用多維嗓音分析及空氣動力學檢測方法對OSAHS患者的嗓音狀況進行系統(tǒng)評估，以探討該疾病對患者嗓音的影響。

1 資料與方法

1.1研究對象及分組 OSAHS組：選取經(jīng)天津市第一中心醫(yī)院耳鼻咽喉頭頸外科確診為重度阻塞性睡眠呼吸暫停低通氣綜合征成年男性患者45例，年齡45～60歲，平均53.8±5.0歲。納入標準：患者平均體重指數(shù)(BMI)為29.5±1.7 kg/m2，多導睡眠圖(PSG)檢測患者平均血氧飽和度為84%～98%，平均88.1%±2.9%，最低氧飽和度為43%～83%，平均61.8%±10.6%，呼吸暫停低通氣指數(shù)44.7～95.6次/小時，平均為62.1±12.4次/小時。所有患者根據(jù)影像學檢測阻塞平面均為腭咽及舌咽部阻塞，頻閃喉鏡檢查聲帶外觀及運動均正常，聲帶粘膜波正常，無聲嘶及呼吸困難；既往無吸煙酗酒史，無呼吸系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)等疾病及相關手術史，沒有受過專業(yè)發(fā)聲或者歌唱訓練。排除標準：長期酗酒吸煙、濫用藥物，患有呼吸、循環(huán)、內(nèi)分泌、泌尿、神經(jīng)系統(tǒng)等疾病。

正常組：選取38例正常健康男性，年齡45～60歲，平均53.7±6.1歲，無咽喉、呼吸系統(tǒng)等影響呼吸功能的疾病史，口咽部結(jié)構(gòu)正常，無鼾癥等癥狀，不吸煙，沒有受過專業(yè)發(fā)聲或者歌唱訓練，頻閃喉鏡檢查其喉部無異常，聲帶黏膜波正常。

1.2研究方法

1.2.1多維嗓音分析方法 檢測設備采用美國KAYPENTAX(凱益-賓得)公司生產(chǎn)的計算機語音工作站中的多維嗓音分析(multi-dimensional voice program，MDVP)軟件，由同一位嗓音醫(yī)師采用MDVP對兩組受試者分別進行嗓音聲學分析，受試者測試前可以先做練習，測試在環(huán)境噪聲小于45 dB的隔聲室內(nèi)完成，受試者口距麥克風約15 cm，保持自然舒適坐姿，以平穩(wěn)舒適音調(diào)發(fā)長元音/i:/，持續(xù)時間至少4秒，連續(xù)測3次，取平均值。

MDVP可以計算8個類別，共33項嗓音聲學分析指標，①基頻相關指標：基頻(average fundamental frequency，F(xiàn)0)、平均基頻(mean fundamental frequency，MF0)、最高基頻(highest fundamental frequency，F(xiàn)hi)、最低基頻(lowest fundamental frequency，F(xiàn)lo)、基頻標準差(standard deviation of F0，STD)、基頻范圍(phonatory F0-range in semi-tones，PFR)、平均周期(average pitch period，T0)；②基頻微擾相關指標：絕對基頻微擾(absolute jitter，jita)、基頻微擾百分比(jitter percent，jitt)、相對平均擾動商(relative average perturbation，RAP)、音高周期擾動商(pitch period perturbation quotient，PPQ)、平滑音高周期擾動商(smoothed pitch period perturbation quotient，sPPQ)、基頻變化系數(shù)(Fundamental frequency variation，Vf0)；③振幅微擾相關指標：振幅微擾(shimmer in dB，shdB)、振幅微擾百分比(shimmer percent，shim)、振幅擾動商(amplitude perturbation quotient，APQ)、平滑振幅擾動商(smoothed amplitude perturbation quotient，SAPQ)，振幅變化系數(shù)(peak-to-peak amplitude variation，VAM)；④噪聲相關指標：噪諧比(noise to harmonic ratio，NHR)、嗓音紊亂指數(shù)(voice turbulence index，VTI)、軟發(fā)音指數(shù)(soft phonation index，SPI)；⑤擾動相關指標：基頻震顫頻率(F0-tremor frequency，F(xiàn)FTR)、振幅震顫頻率(amplitude-tremor intensity index，F(xiàn)ATI)、基頻擾動強度指數(shù)(frequency tremor intensity index，F(xiàn)TRI)、振幅擾動強度指數(shù)(amplitude tremor intensity index，ATRI)；⑥次諧波成分指標：次諧波值(number of sub-harmonic segments，NSH)、次諧波程度(degree of sub-harmonics，DSH)；⑦嗓音不規(guī)則性測量：無聲值(number of Unvoiced segments，NUV)、無聲比(degree of voiceless，DUV)；⑧嗓音中斷測量：嗓音中斷次數(shù)(number of voice breaks，NVB)、嗓音中斷程度(degree of voice breaks，DVB)，上述8大類共31個指標，同時軟件分析中還包括分析樣本長度(length of analyzed sample，Tsam)以及分析段數(shù)(number of segments computed，SEG)，總共有33個指標。

MDVP分析軟件會生成一個極性圖，每條直線代表一個指標從中心向外延伸，與綠色交叉的每一個點代表正常閾值，正常值在圈內(nèi)呈暗綠色，如果指標值大于正常值，超出的部分為紅色。

1.2.2發(fā)聲空氣動力學檢測 采用美國KAYPENTAX公司的言語發(fā)聲空氣動力學系統(tǒng)，利用唇音中斷法原理，對受試者發(fā)聲過程中的空氣動力學相關指標進行檢測，該系統(tǒng)不僅對氣流率、聲門阻力進行測量計算，還通過微型麥克風對受試者的嗓音聲學相關指標進行評估。

測試方法：檢查室內(nèi)環(huán)境噪聲<45 dB，檢查時受試者保持自然、舒適的坐位，戴嚴面罩，罩住口鼻，避免漏氣，口內(nèi)管置于舌上方中央，使橡膠管末端與門齒距離約1厘米，將聲強控制在75 dB左右，同時要避免牙齒及舌堵住口內(nèi)管，開始記錄聲音、氣流、氣壓信號后，以每秒約1.5～2個音節(jié)的速度連續(xù)發(fā)5～7個音節(jié)/pa/，取中間3次平穩(wěn)值，測得聲門下壓(subglottic pressure，SGP)、平均氣流率(mean airflow rate，MFR)、聲門阻力(glottal resistance，GR)、發(fā)聲效率(voice efficiency，VE)。

將兩組差異有統(tǒng)計學意義的MDVP指標和空氣動力學指標進行受試者工作特征曲線(receiver characteristic curve，ROC)分析，用ROC曲線確定敏感性和特異性的指標，以及指標取值，當ROC曲線的面積值在0.5～0.7時有較低準確性，0.7～0.9有一定的準確性，0.9以上則有較高的準確性。

2 結(jié)果

2.1OSAHS組與正常組的MDVP圖對比 OSAHS組與正常組MDVP圖見圖1，OSAHS組中的基頻微擾、振幅微擾及噪聲相關指標均顯現(xiàn)出異常。

2.2OSAHS組與正常組MDVP指標分析 初步分析兩組MDVP的33個指標發(fā)現(xiàn)擾動相關指標數(shù)據(jù)不完整，次諧波成分指標、嗓音不規(guī)則性測量、噪音中斷測量指標測量值均為0，Tsam為人為截取的分析數(shù)據(jù)發(fā)聲長度，SEG是系統(tǒng)給出的分析段數(shù)，故將以上數(shù)據(jù)去除，僅對其余21個指標進行分析。

對兩組MDVP的21個指標進行正態(tài)分布性檢測，發(fā)現(xiàn)只有T0、jitt、sPPQ、APQ符合正態(tài)分布，其它指標中至少有一組不符合正態(tài)分布。分析兩組數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，OSAHS組與正常組之間基頻相關指標差異無統(tǒng)計學意義(P>0.002 4)，而OSAHS組的基頻微擾相關指標、振幅微擾相關指標、噪聲相關指標的諧噪比(HNR)、嗓音紊亂指數(shù)(VTI)明顯高于正常組，且差異有統(tǒng)計學意義(P<0.002 4)(表1)。

2.3OSAHS組與正常組發(fā)聲空氣動力學指標分析 對兩組的空氣動力學指標進行正態(tài)分布性檢測，只有聲門下壓(SGP)符合正態(tài)分布，其它指標中至少有一組不符合正態(tài)分布。發(fā)/pa/音時OSAHS組的平均氣流率和聲門下壓較正常組明顯增大(P<0.05)，OSAHS組的聲門阻力和發(fā)聲效率較正常組明顯降低(P<0.05)(表2)。

圖1 正常組與OSAHS組的MDVP分析圖

表1 21項MDVP分析指標在正常組及OSAHS組之間的比較

表2 OSAHS組與正常組和MFP、GR、VE[M(P25,P75)]比較

2.4聲學指標及空氣動力學指標的ROC曲線

2.4.1基頻微擾相關指標的ROC曲線 由圖2可見，jita、jitt、RAP、PPQ、sPPQ、Vf0曲線下面積分別為0.916、0.913、0.913、0.910、0.894、0.98，其中，Vf0的曲線下面積最大，當數(shù)值為1.134%時，靈敏度為0.911，特異性為1，對診斷OSAHS具有較高的準確性。

2.4.2振幅微擾相關指標ROC曲線 由圖3可見，shdB、shim、APQ、SAPQ、VAM曲線下面積分別為：0.923、0.904、0.920、0.843、0.827，其中，shdB曲線下面積最大，當數(shù)值為0.318 dB時，靈敏度為0.711，特異性為1，在振幅微擾相關指標中對檢出OSAHS具有較高準確性。

圖2 基頻微擾相關指標的ROC曲線

圖3 振幅微擾相關指標的ROC曲線

2.4.3噪聲指標ROC曲線 由圖4可見，NHR、VTI曲線下面積分別為0.804、0.800，其中NHR曲線下面積最大，當其數(shù)值為0.141時，靈敏度為0.778，特異性為0.816，對檢出OSAHS具有較高準確性。

圖4 噪聲相關指標的ROC曲線

2.4.4空氣動力學指標ROC曲線 由圖5可見，SGP、MFR、GR、VE曲線下面積分別為0.710、0.681、0.276、0.301，其中，SGP曲線下面積最大，當數(shù)值為6.005 cmH2O時，靈敏度為0.867，特異性為0.600，SGP對檢出OSAHS具有較高指導意義。

3 討論

重度OSASH患者的腭咽和舌咽部阻塞會影響聲音的共鳴腔大小和形狀，進而影響聲音質(zhì)量[8]；上呼吸道結(jié)構(gòu)的異常會引起聲音在主觀及聲學特性上的變化[9]。多維嗓音分析指標涵蓋嗓音的多個方面，用于評估多種病理嗓音，基頻微擾和振幅微擾相關指標主要用來度量聲帶振動的穩(wěn)定性或不規(guī)則性，可反映嗓音損害的程度；NHR能有效反映聲門閉合情況，VTI與聲帶關閉不全或者內(nèi)收時松弛有關。本研究結(jié)果顯示OSAHS患者基頻微擾相關指標、振幅微擾相關指標及噪聲相關指標明顯高于正常組，基頻微擾相關指標及振幅微擾相關指標中，Vf0在檢測OSAHS患者基頻微擾中具有較高的靈敏度和特異性，shdB比其它振幅微擾相關指標在檢測OSAHS患者振幅微擾中具有較高的靈敏度和特異性；NHR在檢測OSAHS患者的聲門閉合情況中具有較高的靈敏性及特異性，OSAHS組基頻微擾及振幅微擾指標均高于正常組，表明OSAHS患者聲帶振動不規(guī)律，OSAHS組噪聲相關指標比正常組高，表明患者聲門閉合程度差。

圖5 空氣動力學指標ROC曲線

空氣動力學可以測量喉將聲門下的空氣動能轉(zhuǎn)換為聲能的一系列指標，從而客觀評價喉的發(fā)聲功能。聲門下壓是研究最多的空氣動力學指標之一，能夠反映喉功能狀態(tài)[10]；平均氣流率值大小與聲門的閉合程度相關，聲門阻力與聲門效率是由聲門下壓與平均氣流率換算后所得到的指標，發(fā)聲效率指經(jīng)口輻射的聲能與肺產(chǎn)生的空氣動能的比值，能反映喉功能[11]。從文中結(jié)果看，OSAHS組患者的聲門下壓、平均氣流率明顯高于正常組，聲門阻力及發(fā)聲效率低于正常組，而聲門下壓在輔助檢測OSAHS患者上具有較高的靈敏性和特異性。

聲帶在發(fā)聲過程中起著重要的作用，發(fā)聲時，氣流由肺部發(fā)出并沿著氣管到達聲門下，當聲門下壓力達到一定水平時，閉合的聲門打開并產(chǎn)生振動和黏膜波從而能夠產(chǎn)生聲音，在影響聲帶黏膜波的眾多因素中，保持聲帶表面的濕潤，對于聲帶形成正常的黏膜波具有重要的作用[12]。OSAHS患者因上氣道解剖結(jié)構(gòu)異?；虿∽儯乔?、咽喉部狹窄，舌肌及咽肌張力不足，在呼吸周期中吸氣期不能夠保持氣道的開放[13～15]，且患者張口呼吸的發(fā)生率較高[16]，口部呼吸的氣流降低了上氣道擴張肌的張力性活動，增加了咽部阻力，上氣道的塌陷又使上氣道阻力上升，更易引起張口呼吸，從而形成了一種惡性循環(huán)[17],在這種惡性循環(huán)下，OSAHS患者長期張口呼吸使吸入的氣流失去被鼻腔加濕的作用而導致聲帶表面干燥[17]。Tao等[18]研究發(fā)現(xiàn)隨著聲帶表面液體層水分的減少，發(fā)聲閾壓升高，當壓力增加到一定的程度時會造成聲帶損傷。本研究中OSAHS組基頻微擾及振幅微擾相關指標明顯高于正常組，與王曉雨等[19]研究結(jié)果一致；OSAHS組噪諧比、嗓音紊亂指數(shù)及平均氣流率明顯高于正常組，聲門阻力則低于正常組，表明OSAHS患者的聲門閉合欠佳。另外，文中結(jié)果顯示與正常組比較，OSAHS組的聲門下壓增大、發(fā)聲效率降低，分析其原因，可能是聲帶表面干燥組織脫水后，聲帶組織黏滯度升高，使聲帶的摩擦力增大，消耗了部分空氣動力能，而需要更高的聲門下壓維持聲帶振動，因此聲門下壓升高，而發(fā)聲效率降低[20]。狗離體喉制成的脫水喉模型研究發(fā)現(xiàn)聲帶脫水會導致發(fā)聲閾壓增加，發(fā)聲效率降低[21,22]，該模型的研究結(jié)果與文中結(jié)果一致。

本研究顯示，重度OSAHS患者聲帶振動不規(guī)律、聲門閉合欠佳，嗓音的基頻微擾、振幅微擾及噪諧比升高，聲門下壓、平均氣流率升高，聲門阻力及發(fā)聲效率降低。提示嗓音聲學分析及發(fā)聲空氣動力學檢測指標作為檢測嗓音的客觀指標具有較高的靈敏性，可用于對OSAHS患者嗓音狀態(tài)的評估，是檢測OSAHS患者發(fā)聲功能的重要方法。