阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征患者多维嗓音及发声空气动力学分析

魏梅 杜建群 王晓雨 王桂萍 林鹏

阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征(OSAHS)指睡眠时上气道塌陷阻塞而引起的呼吸暂停和通气不足进而导致睡眠结构紊乱，血氧饱和度下降等症状[1]。OSAHS是引起高血压、心脏病、中风和死亡的危险因素之一[2]，患者的症状为白天嗜睡、记忆力减退、注意力不集中等[3,4]。此外，重度OSASH患者因上气道阻塞对嗓音有一定的影响，现阶段已有很多的研究分析不同手术对于重度OSASH患者嗓音的作用[5～7]，而对此类患者嗓音的声学特征研究较少。因此，本研究应用多维嗓音分析及空气动力学检测方法对OSAHS患者的嗓音状况进行系统评估，以探讨该疾病对患者嗓音的影响。

1 资料与方法

1.1研究对象及分组 OSAHS组：选取经天津市第一中心医院耳鼻咽喉头颈外科确诊为重度阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征成年男性患者45例，年龄45～60岁，平均53.8±5.0岁。纳入标准：患者平均体重指数(BMI)为29.5±1.7 kg/m2，多导睡眠图(PSG)检测患者平均血氧饱和度为84%～98%，平均88.1%±2.9%，最低氧饱和度为43%～83%，平均61.8%±10.6%，呼吸暂停低通气指数44.7～95.6次/小时，平均为62.1±12.4次/小时。所有患者根据影像学检测阻塞平面均为腭咽及舌咽部阻塞，频闪喉镜检查声带外观及运动均正常，声带粘膜波正常，无声嘶及呼吸困难；既往无吸烟酗酒史，无呼吸系统、神经系统等疾病及相关手术史，没有受过专业发声或者歌唱训练。排除标准：长期酗酒吸烟、滥用药物，患有呼吸、循环、内分泌、泌尿、神经系统等疾病。

正常组：选取38例正常健康男性，年龄45～60岁，平均53.7±6.1岁，无咽喉、呼吸系统等影响呼吸功能的疾病史，口咽部结构正常，无鼾症等症状，不吸烟，没有受过专业发声或者歌唱训练，频闪喉镜检查其喉部无异常，声带黏膜波正常。

1.2研究方法

1.2.1多维嗓音分析方法 检测设备采用美国KAYPENTAX(凯益-宾得)公司生产的计算机语音工作站中的多维嗓音分析(multi-dimensional voice program，MDVP)软件，由同一位嗓音医师采用MDVP对两组受试者分别进行嗓音声学分析，受试者测试前可以先做练习，测试在环境噪声小于45 dB的隔声室内完成，受试者口距麦克风约15 cm，保持自然舒适坐姿，以平稳舒适音调发长元音/i:/，持续时间至少4秒，连续测3次，取平均值。

MDVP可以计算8个类别，共33项嗓音声学分析指标，①基频相关指标：基频(average fundamental frequency，F0)、平均基频(mean fundamental frequency，MF0)、最高基频(highest fundamental frequency，Fhi)、最低基频(lowest fundamental frequency，Flo)、基频标准差(standard deviation of F0，STD)、基频范围(phonatory F0-range in semi-tones，PFR)、平均周期(average pitch period，T0)；②基频微扰相关指标：绝对基频微扰(absolute jitter，jita)、基频微扰百分比(jitter percent，jitt)、相对平均扰动商(relative average perturbation，RAP)、音高周期扰动商(pitch period perturbation quotient，PPQ)、平滑音高周期扰动商(smoothed pitch period perturbation quotient，sPPQ)、基频变化系数(Fundamental frequency variation，Vf0)；③振幅微扰相关指标：振幅微扰(shimmer in dB，shdB)、振幅微扰百分比(shimmer percent，shim)、振幅扰动商(amplitude perturbation quotient，APQ)、平滑振幅扰动商(smoothed amplitude perturbation quotient，SAPQ)，振幅变化系数(peak-to-peak amplitude variation，VAM)；④噪声相关指标：噪谐比(noise to harmonic ratio，NHR)、嗓音紊乱指数(voice turbulence index，VTI)、软发音指数(soft phonation index，SPI)；⑤扰动相关指标：基频震颤频率(F0-tremor frequency，FFTR)、振幅震颤频率(amplitude-tremor intensity index，FATI)、基频扰动强度指数(frequency tremor intensity index，FTRI)、振幅扰动强度指数(amplitude tremor intensity index，ATRI)；⑥次谐波成分指标：次谐波值(number of sub-harmonic segments，NSH)、次谐波程度(degree of sub-harmonics，DSH)；⑦嗓音不规则性测量：无声值(number of Unvoiced segments，NUV)、无声比(degree of voiceless，DUV)；⑧嗓音中断测量：嗓音中断次数(number of voice breaks，NVB)、嗓音中断程度(degree of voice breaks，DVB)，上述8大类共31个指标，同时软件分析中还包括分析样本长度(length of analyzed sample，Tsam)以及分析段数(number of segments computed，SEG)，总共有33个指标。

MDVP分析软件会生成一个极性图，每条直线代表一个指标从中心向外延伸，与绿色交叉的每一个点代表正常阈值，正常值在圈内呈暗绿色，如果指标值大于正常值，超出的部分为红色。

1.2.2发声空气动力学检测 采用美国KAYPENTAX公司的言语发声空气动力学系统，利用唇音中断法原理，对受试者发声过程中的空气动力学相关指标进行检测，该系统不仅对气流率、声门阻力进行测量计算，还通过微型麦克风对受试者的嗓音声学相关指标进行评估。

测试方法：检查室内环境噪声<45 dB，检查时受试者保持自然、舒适的坐位，戴严面罩，罩住口鼻，避免漏气，口内管置于舌上方中央，使橡胶管末端与门齿距离约1厘米，将声强控制在75 dB左右，同时要避免牙齿及舌堵住口内管，开始记录声音、气流、气压信号后，以每秒约1.5～2个音节的速度连续发5～7个音节/pa/，取中间3次平稳值，测得声门下压(subglottic pressure，SGP)、平均气流率(mean airflow rate，MFR)、声门阻力(glottal resistance，GR)、发声效率(voice efficiency，VE)。

将两组差异有统计学意义的MDVP指标和空气动力学指标进行受试者工作特征曲线(receiver characteristic curve，ROC)分析，用ROC曲线确定敏感性和特异性的指标，以及指标取值，当ROC曲线的面积值在0.5～0.7时有较低准确性，0.7～0.9有一定的准确性，0.9以上则有较高的准确性。

2 结果

2.1OSAHS组与正常组的MDVP图对比 OSAHS组与正常组MDVP图见图1，OSAHS组中的基频微扰、振幅微扰及噪声相关指标均显现出异常。

2.2OSAHS组与正常组MDVP指标分析 初步分析两组MDVP的33个指标发现扰动相关指标数据不完整，次谐波成分指标、嗓音不规则性测量、噪音中断测量指标测量值均为0，Tsam为人为截取的分析数据发声长度，SEG是系统给出的分析段数，故将以上数据去除，仅对其余21个指标进行分析。

对两组MDVP的21个指标进行正态分布性检测，发现只有T0、jitt、sPPQ、APQ符合正态分布，其它指标中至少有一组不符合正态分布。分析两组数据发现，OSAHS组与正常组之间基频相关指标差异无统计学意义(P>0.002 4)，而OSAHS组的基频微扰相关指标、振幅微扰相关指标、噪声相关指标的谐噪比(HNR)、嗓音紊乱指数(VTI)明显高于正常组，且差异有统计学意义(P<0.002 4)(表1)。

2.3OSAHS组与正常组发声空气动力学指标分析 对两组的空气动力学指标进行正态分布性检测，只有声门下压(SGP)符合正态分布，其它指标中至少有一组不符合正态分布。发/pa/音时OSAHS组的平均气流率和声门下压较正常组明显增大(P<0.05)，OSAHS组的声门阻力和发声效率较正常组明显降低(P<0.05)(表2)。

图1 正常组与OSAHS组的MDVP分析图

表1 21项MDVP分析指标在正常组及OSAHS组之间的比较

表2 OSAHS组与正常组和MFP、GR、VE[M(P25,P75)]比较

2.4声学指标及空气动力学指标的ROC曲线

2.4.1基频微扰相关指标的ROC曲线 由图2可见，jita、jitt、RAP、PPQ、sPPQ、Vf0曲线下面积分别为0.916、0.913、0.913、0.910、0.894、0.98，其中，Vf0的曲线下面积最大，当数值为1.134%时，灵敏度为0.911，特异性为1，对诊断OSAHS具有较高的准确性。

2.4.2振幅微扰相关指标ROC曲线 由图3可见，shdB、shim、APQ、SAPQ、VAM曲线下面积分别为：0.923、0.904、0.920、0.843、0.827，其中，shdB曲线下面积最大，当数值为0.318 dB时，灵敏度为0.711，特异性为1，在振幅微扰相关指标中对检出OSAHS具有较高准确性。

图2 基频微扰相关指标的ROC曲线

图3 振幅微扰相关指标的ROC曲线

2.4.3噪声指标ROC曲线 由图4可见，NHR、VTI曲线下面积分别为0.804、0.800，其中NHR曲线下面积最大，当其数值为0.141时，灵敏度为0.778，特异性为0.816，对检出OSAHS具有较高准确性。

图4 噪声相关指标的ROC曲线

2.4.4空气动力学指标ROC曲线 由图5可见，SGP、MFR、GR、VE曲线下面积分别为0.710、0.681、0.276、0.301，其中，SGP曲线下面积最大，当数值为6.005 cmH2O时，灵敏度为0.867，特异性为0.600，SGP对检出OSAHS具有较高指导意义。

3 讨论

重度OSASH患者的腭咽和舌咽部阻塞会影响声音的共鸣腔大小和形状，进而影响声音质量[8]；上呼吸道结构的异常会引起声音在主观及声学特性上的变化[9]。多维嗓音分析指标涵盖嗓音的多个方面，用于评估多种病理嗓音，基频微扰和振幅微扰相关指标主要用来度量声带振动的稳定性或不规则性，可反映嗓音损害的程度；NHR能有效反映声门闭合情况，VTI与声带关闭不全或者内收时松弛有关。本研究结果显示OSAHS患者基频微扰相关指标、振幅微扰相关指标及噪声相关指标明显高于正常组，基频微扰相关指标及振幅微扰相关指标中，Vf0在检测OSAHS患者基频微扰中具有较高的灵敏度和特异性，shdB比其它振幅微扰相关指标在检测OSAHS患者振幅微扰中具有较高的灵敏度和特异性；NHR在检测OSAHS患者的声门闭合情况中具有较高的灵敏性及特异性，OSAHS组基频微扰及振幅微扰指标均高于正常组，表明OSAHS患者声带振动不规律，OSAHS组噪声相关指标比正常组高，表明患者声门闭合程度差。

图5 空气动力学指标ROC曲线

空气动力学可以测量喉将声门下的空气动能转换为声能的一系列指标，从而客观评价喉的发声功能。声门下压是研究最多的空气动力学指标之一，能够反映喉功能状态[10]；平均气流率值大小与声门的闭合程度相关，声门阻力与声门效率是由声门下压与平均气流率换算后所得到的指标，发声效率指经口辐射的声能与肺产生的空气动能的比值，能反映喉功能[11]。从文中结果看，OSAHS组患者的声门下压、平均气流率明显高于正常组，声门阻力及发声效率低于正常组，而声门下压在辅助检测OSAHS患者上具有较高的灵敏性和特异性。

声带在发声过程中起着重要的作用，发声时，气流由肺部发出并沿着气管到达声门下，当声门下压力达到一定水平时，闭合的声门打开并产生振动和黏膜波从而能够产生声音，在影响声带黏膜波的众多因素中，保持声带表面的湿润，对于声带形成正常的黏膜波具有重要的作用[12]。OSAHS患者因上气道解剖结构异常或病变，鼻腔、咽喉部狭窄，舌肌及咽肌张力不足，在呼吸周期中吸气期不能够保持气道的开放[13～15]，且患者张口呼吸的发生率较高[16]，口部呼吸的气流降低了上气道扩张肌的张力性活动，增加了咽部阻力，上气道的塌陷又使上气道阻力上升，更易引起张口呼吸，从而形成了一种恶性循环[17],在这种恶性循环下，OSAHS患者长期张口呼吸使吸入的气流失去被鼻腔加湿的作用而导致声带表面干燥[17]。Tao等[18]研究发现随着声带表面液体层水分的减少，发声阈压升高，当压力增加到一定的程度时会造成声带损伤。本研究中OSAHS组基频微扰及振幅微扰相关指标明显高于正常组，与王晓雨等[19]研究结果一致；OSAHS组噪谐比、嗓音紊乱指数及平均气流率明显高于正常组，声门阻力则低于正常组，表明OSAHS患者的声门闭合欠佳。另外，文中结果显示与正常组比较，OSAHS组的声门下压增大、发声效率降低，分析其原因，可能是声带表面干燥组织脱水后，声带组织黏滞度升高，使声带的摩擦力增大，消耗了部分空气动力能，而需要更高的声门下压维持声带振动，因此声门下压升高，而发声效率降低[20]。狗离体喉制成的脱水喉模型研究发现声带脱水会导致发声阈压增加，发声效率降低[21,22]，该模型的研究结果与文中结果一致。

本研究显示，重度OSAHS患者声带振动不规律、声门闭合欠佳，嗓音的基频微扰、振幅微扰及噪谐比升高，声门下压、平均气流率升高，声门阻力及发声效率降低。提示嗓音声学分析及发声空气动力学检测指标作为检测嗓音的客观指标具有较高的灵敏性，可用于对OSAHS患者嗓音状态的评估，是检测OSAHS患者发声功能的重要方法。