无创性空气动力学检查在嗓音医学中的研究进展＊

林生智 综述 庄佩耘 郭永清 蒋家琪 审校

嗓音医学是一门研究发声的基本原理、探讨发声障碍的病因、发病机制、治疗及预防的科学。嗓音功能评价可以量化发声障碍的严重程度，指导选择合理的治疗方法及评估治疗的有效性。常用的嗓音评估方法包括：声带振动特征测试、嗓音质量的主客观评估、空气动力学评估等。空气动力学检查作为嗓音功能评估的重要组成部分，是通过测量喉作为能量转换器将声门下的空气动力能转换为声能的一系列相关指标，给喉功能做一个客观的评价［1］。近年来，由于无创性空气动力学检查的简便性、结果的精确性，其临床应用价值日益显现。为此，特对近年来有关无创性空气动力学检查的检测指标、检查方法及临床应用等方面的进展进行综述。

1 空气动力学的检测指标

声门下气流和压力是使声带振动而发出声音的动力源，气流和压力是空气动力学研究的两大基本因素，可根据不同的发声状态，将气流和压力细分为不同的指标，应用于发声的空气动力学研究。自上世纪80年代早期至今，已有多种指标用于研究。常用的指标包括声门下压（subglottal pressure，SGP）、平均发音气流率（mean phonation flow rate，MFR）、发声效率（vocal efficiency，VE）及声门阻力（glottal resistance）等。声门下压是指肺内气压到达声门下的压力，是空气动力学研究最多的指标之一，能反映喉功能状态，其在不同性别、年龄间无明显差异，与音频、音强相关［2］。平均气流率指发声时单位时间内通过声门的气流量，与声门闭合程度有关［3］。声门阻力和发声效率是由声门下压和平均气流率换算后所得的指标［4］，声门阻力是声门下压与平均气流率的商，发声效率是空气动力能与声能的商，两者均可反映喉功能。这些指标已经成为相关实验研究中空气动力学检查的代表指标，但是随着对发声机理的深入研究，这些常用指标已不能完全表达空气动力学检查对喉功能的描述，而需要将整个发声过程精确地划分成不同的阶段后分别描述。

发声阈压（phonation threshold pressure ，PTP）是指能够引起声带振动的最小声门下压，用于表示发声的难易程度［5］。通过喉模型研究显示发声阈压能反映声带厚度、黏膜波速度、组织粘滞性以及声道的惯性等声带的生物力学特性［6］。Jiang等［7］研究显示声带息肉患者的PTP 值在三个不同音强时均较正常人明显增高。发声阈气流（phonation threshold flow，PTF）是Jiang等［6］在2007年提出的一项新的评估喉功能的指标，指引起发声最小的气流量，反映发声的难易程度，他们通过物理和数学推理得出在以下情况下PTF会降低：声门面积减小，声带组织粘滞性和黏膜波动速度降低，声带硬度增加，声道的垂直长度增加，预发音的收敛角度减小或是预发音的散开角扩大，气道阻力降低等，随后的一系列动物实验证实了这一推论。Zhuang等［8］的实验表明声带息肉患者与正常人之间PTF 有显著差异，且PTF与性别有关。由发声阈压与发声阈气流的乘积推导出的发声阈能（phonation threshold power，PTPw）是反映发声难易程度的另一个指标。这些指标是近年来空气动力学研究的热点。

空气动力学的研究应向着检测方法简单、指标灵敏度和特异度较高的方向发展。由于气流测量的简便性及反映病变的敏感性，目前着重于对气流的研究，如发声前峰气流（pre－p honation flow peak，PPFP）、发声不稳定气流（phonation instability flow，PIF）、发声气流范围（phonation flow range，PFR）等。这些新指标尚需经历更多的动物和人体的实验、测试与比较。

2 各指标的检查方法

空气动力学中各指标的测量，特别是声门下压的测量，一直都是空气动力学检测的研究重点。早期的测量方法因其固有的局限，在临床上的应用受到很大限制，随着理论研究的深入和科技的进步，间接无创的测量方法在精确性和稳定性上不断改善，在临床中的应用价值日益显现。

2.1 早期检查方法 早期对于声门下压的检查方法包括：①经气道穿刺直接测量；②通过食管内的气囊间接测量声道内气压；③使用压力探测器直接置于声门上下测量跨声门压［7］。这些测量方法由于其有创性和不稳定性等，在临床使用中受限。直接有创的测量方法现一般仅用于验证某些新技术，但仍是最可靠最准确的测量声门下压的方法。

2.2 反滤波法（inverse filtering） 简便无创的测量方法是从反滤波法开始的。反滤波法是通过测量口腔呼出的气流和输出的声音数据，经传感器转换成声门波形，同时记录口腔内压和语音质量维度。Rothenberg在1972年利用反滤波器测量声门的气流速度波形，并根据声门波形结合口腔内压力变化数据推断了声门下压。1975年，Kolke等将反滤波器技术用于喉部疾病的诊断，结果显示病态喉与正常喉的压力波形存在显著差异。目前反滤波法主要应用于艺术嗓音研究。

2.3 唇音中断法（labial interruption） 该方法的发明是无创性空气动力学检查方法的一个重大突破。该方法是通过让受试者主动发／pi／或／pa／这个含有辅音和元音的音符串，在发／p／这个爆破音前，声门下气管压力快速上升促使口腔内压力上升，其中有一小段时间声门下压与口腔内压力一致，而此时为口腔内压力最高的时刻，因而可以通过口腔内压推测声门下压。Smitheran 等［4］在1981 年首次采用此方法记录声门下压和平均气流率，并推算出声门阻力。这种间接测量方法已经为直接有创的测量方法所证实，能准确反映声门下压值。为了确保测量结果的准确性和稳定性，要求受试者使用流畅均匀的呼吸发每一个／pi／或／pa／音符串，便于获得一致的口内压峰值；在每一个音符串之间要顺利衔接，不能有停顿；在发浊辅音／p／之前应口含并闭紧口内管以免漏气影响口内压值，发高前元音（highfront vowel，指发该元音时的舌位前、高）／i／以保证腭咽密闭［9］。因该检查方法简便实用，至今仍广泛应用于临床实践中。

2.4 气流阻断法（airflow interruption） 单纯的唇音中断测量系统仍存在一些不足之处，如需要受试者双唇主动闭合，并需经过一定的训练，以免造成声门结构改变，影响实验结果的客观性和准确性［7］。Bard［10］在1992 年用一个新方法可以去除唇音中断固有的缺陷，此方法是将一个可迅速充气放气的气囊与一个放置在口腔内的导管相连，当患者发元音后通过给气囊快速充气暂时阻断发声气流，气囊膨胀时会刺激患者双唇紧闭，使口腔内压力上升，当口腔内压力升至与声门下压一致时，上升曲线变为水平曲线。这种气流阻断的方法消除了双唇主动闭合时声门结构的改变，能准确测量出声门下压，比单纯通过唇音中断法测得的数据更客观。Jiang等［11］在1999年用这种方法测量了帕金森病患者的空气动力学指标，同年用该方法成功测量了PTP［7］。但应用气流阻断法测量声门下压，需完全阻断发音，这会令受试者产生不适，引起听喉反射（auditory－laryngeal reflexes），因而近年来科学家对此法进行了改良。研究显示引起听喉反射的潜伏期通常在150～175 毫秒间，Hoffman等［12］通过固定气囊充气时间为150毫秒，在产生听喉反射前测量声门下压，使测量值更加稳定。人的发声频率和音强会受到听觉反馈的影响，Hoffman等［13］采用录有实验者本人声音的耳机进行屏蔽，这为受试者提供一个目标频率和音强，并将外源性噪声掩蔽，结果显示，掩蔽后的测量值更加稳定，误差明显减小。

2.5 不完全气流阻断法（incomplete airflow interruption） 应用气流阻断法的缺点是气囊充气膨胀产生噪声及阻断过程中受试者音频和音强发生改变，容易令受试者产生听喉反射，从而改变声门结构［14］。因而Jiang［15］在2006 年用不完全气流阻断的方法测量发声时的声门下压。该方法使用一个肺阻力计与“Y”型管道的输出端相连接，气囊充气后阻断其中一个分叉管道，测量另一个分叉管道内的相关数值，然后再交换测量一次，通过修正的欧姆定律（压力＝气流×阻力）可以测出声门下压，经验证其灵敏度和特异度也很高。该方法同完全阻断气流一样能快速而简便的测量声门下压，同时能让受试者在检测过程中发声，减少了对受试者的不良影响，更适合于临床应用。

2.6 气流重定向法（airflow redirection） 在使用完全气流阻断法时，未经训练的受试者在长时间的发声中断中无法维持一致发声，导致测得的水平曲线不平稳。Baggott等［16］提出一种新的测量方法：气流重定向法，此方法与Bard方法的区别是在连接气囊与面罩的导管中连接一个配有压力计的储气罐，通过单向阀，储气罐内压力会随着口腔内压力的改变而改变，电脑记录每次阻断时储气罐内峰压力值，峰压力值相当于声门下压值。该设计的阻断时间为135毫秒，避免引起听喉反射。喉模型测量和直接测量的结果证实，此方法测得的数值误差小［16］，在正常人测的压力值稳定，变异度小。此方法对于未经训练的受试者更为实用，有利于临床的广泛开展与应用。

3 临床应用

随着无创性空气动力学检查的精度不断提高，检查结果所能表达的信息也不断完善，其应用价值日益显现。Yiu 等［17］研究显示空气动力学评估能作为嗓音功能评估的重要辅助手段。根据空气动力学检查在嗓音功能评估中的作用，可分为单独评估和综合评估。

3.1 单独评估 单独应用无创性空气动力学检查评估某些疾病的喉功能情况具有独特优势。帕金森病患者容易出现嗓音问题，这主要是对肌肉的控制障碍导致的，患者还可能伴随有张口、吞咽障碍等肌张力相关问题，因而无法行常规喉镜检查或嗓音分析，故使用空气动力学检查对这部分患者进行嗓音评估。Jiang等［11］在1999 年用气流阻断方法测量了帕金森病患者的空气动力学相关指标，结果显示其PTP 和喉阻力较正常人明显增高。然后随访了声带注射或左旋多巴胺等药物治疗的效果［18～20］，通过测量患者的空气动力学指标，证实声带胶原纤维注射对治疗帕金森病的声门闭合不全确有一定疗效；而且发声效率的提高也改善了发声疲劳的情况，为患者进一步的言语治疗提供了很好的辅助条件［20］。应用离体狗喉制成的脱水喉模型［21，22］显示脱水会导致PTF和PTP增加，发声效率减低，在通过利尿剂诱导［23］和经血液透析［24］导致脱水的人群中，测得的PTP也增加。这些实验不仅表明脱水不利于嗓音，也提示将来在同类动物实验中需注意所使用的空气的含水量等问题，以便使离体实验更接近在体的实际情况。国内张碧茹等［25］对非器质性病变的肌紧张性发声障碍患者行空气动力学检测，结果显示声门下压升高和最长发声时间缩短，可见应用空气动力学检查评估肌紧张性发声障碍患者的喉功能状态有一定的临床意义，可用于诊断和疗效观察。

3.2 综合评估 单纯应用喉镜或者声学分析无法全面地反映受试者的喉功能，并且存在一定的应用限制。Holmberg［26］、Gorman 等［27］应用声学和空气动力学检测综合评估经过治疗的声带小结患者、老年人的喉功能，此外，对声带麻痹的动物模型［28］和手术疗效评估［29］等也大多采用综合分析方法。

4 结语

相对于早期有创的检查，无创性空气动力学检查在精确性和稳定性上有了显著改进，可以作为一种可靠的、客观的、有效的检查在嗓音评估中普及应用。但是寻找更灵敏的指标及更简便准确的测量设备，仍是未来研究的方向和重点。此外，如何将空气动力学与传统声学、影像学及频闪喉镜检查等评估方法相结合，从而更客观、全面地评价喉功能，仍需进行更多探讨。

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