但果 綜述 陳作鵬 審校

隨著醫(yī)療電子技術(shù)飛速發(fā)展，喉內(nèi)高速攝像機(jī)、喉鏡（間接喉鏡、電子喉鏡、纖維喉鏡）、電聲門圖儀、計(jì)算機(jī)嗓音測試儀等在臨床喉科檢測中得到了廣泛應(yīng)用。電聲門圖檢測作為一種非侵入式、無創(chuàng)檢測技術(shù)，彌補(bǔ)了喉鏡的不足，盡最大可能保留了原始發(fā)聲環(huán)境。目前關(guān)于電聲門圖儀應(yīng)用于嗓音疾病檢測的報(bào)道屢見不鮮，但是對電聲門圖儀的原理研究卻相對薄弱。本文就電聲門圖的定義及檢測方法、技術(shù)原理、指標(biāo)定量分析、應(yīng)用進(jìn)行綜述。

1 電聲門圖的定義及檢測方法

傳統(tǒng)的電聲門圖檢測是在測試者的頸部甲狀軟骨兩側(cè)對稱放置兩片電極，發(fā)元音／a／或／?／，持續(xù)3～5s，采集測試者聲帶振動(dòng)的信息，經(jīng)計(jì)算機(jī)分析處理后得到嗓音聲學(xué)指標(biāo)?，F(xiàn)代的電聲門圖儀在傳統(tǒng)的電極采集數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上增加麥克風(fēng)通道，融合計(jì)算機(jī)嗓音測試儀的特點(diǎn)。檢測方法：選擇元音／a／或／?／，環(huán)境噪聲控制在45dB SPL 以下；測試時(shí)，麥克風(fēng)距受試者口腔10～15cm，電極放置在甲狀軟骨處，受試者先經(jīng)過短暫的發(fā)聲訓(xùn)練，直到能平穩(wěn)發(fā)出元音為止；然后平穩(wěn)地用胸聲區(qū)發(fā)穩(wěn)態(tài)元音3～5 s，采集的信號(hào)經(jīng)前端調(diào)理電路后送至計(jì)算機(jī)，利用分析軟件處理，得到嗓音各指標(biāo)值。

2 技術(shù)原理

電聲門圖信號(hào)的采集：將兩片電極對稱放置在甲狀軟骨處，在電極上施加一個(gè)固定頻率的恒定電流（或電壓），測量受聲帶振動(dòng)調(diào)制的阻抗（或?qū)Ъ{）。得到的阻抗信號(hào)經(jīng)過一個(gè)高通濾波器（或小波降噪處理）、解調(diào)器、帶通放大濾波器，送至計(jì)算機(jī)處理。對于施加電流頻率選擇，萬明習(xí)［1］研究指出在1～4 MHz可以有效去除微音器效應(yīng)、高通濾波器濾除發(fā)聲時(shí)甲狀軟骨附近其他軟骨、肌肉組織運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的干擾噪聲。值得注意的是高通濾波器截止頻率會(huì)歪曲電聲門圖形狀，影響后面結(jié)果分析，Baken［2］指出不同電聲門圖儀廠家設(shè)置的高通濾波器截止頻率各有不同，這會(huì)引起電聲門圖非接觸段的形狀變化，定量分析結(jié)果受到極大影響，因此如何選擇電聲門圖儀的高通濾波器截止頻率仍是一個(gè)值得研究的課題。高通濾波器并不能完全解決噪聲問題，有學(xué)者嘗試小波變換降噪方法［8］去除干擾噪聲，保留原始信號(hào)重要信息，效果比高通濾波器好；但需對閾值選取進(jìn)行詳細(xì)研究。帶通濾波器帶寬選擇與語音基頻有關(guān)，國人平均言語基頻的分布在104～1 033 Hz，隨著年齡增大而減?。?］。

嗓音信號(hào)采集：利用麥克風(fēng)采集語音信號(hào)，經(jīng)過一個(gè)帶通濾波器放大，送至計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。

電聲門圖和嗓音兩個(gè)信號(hào)采集通道是獨(dú)立工作的，互不影響。電聲門圖部分參數(shù)目前在學(xué)術(shù)上仍有爭議，例如聲門接觸面的基礎(chǔ)算法、聲帶關(guān)閉點(diǎn)和開啟點(diǎn)的測定。對電聲門圖進(jìn)行定量分析時(shí)，首先要在電聲門圖波形圖上確定聲帶關(guān)閉點(diǎn)和開啟點(diǎn)，目前主要有兩種算法：尺度算法、微分電聲門圖算法。Rothenberg［4］提出尺度算法，指出使用信號(hào)總幅度20%～50%的尺度為開啟點(diǎn)和關(guān)閉點(diǎn)；Henrich等［5］運(yùn)用電聲門圖的一階導(dǎo)數(shù)（二階導(dǎo)數(shù)）的最大（?。┲?，提出Decom（分解）算法，導(dǎo)數(shù)的最大（?。┲荡碇晭шP(guān)閉點(diǎn)和開啟點(diǎn)，高速攝影跟電聲門圖的比較研究指出這些峰值能對應(yīng)聲門的關(guān)閉點(diǎn)和開啟點(diǎn)。在這兩種算法中，尺度算法在抗噪性和穩(wěn)定性方面有優(yōu)勢，但只靠一個(gè)尺度來確定聲帶關(guān)閉點(diǎn)和開啟點(diǎn)，在精確度方面不如微分算法。微分算法在精確度方面比較好，但穩(wěn)定性不好，它易受到噪聲成分影響，經(jīng)常遇到雙峰或無峰問題，故大部分電聲門圖儀廠商采用尺度算法。如何確定正確的尺度標(biāo)準(zhǔn)，成為眾多學(xué)者研究的熱點(diǎn)問題，Herbst［6］通過電聲門圖和喉記波掃描圖像（Videokymography，VKG）的對比研究，提出20%～25%尺度最準(zhǔn)確說法。目前電聲門圖儀廠商都有自己的尺度算法，針對某些跟尺度相關(guān)的指標(biāo)，臨床上應(yīng)用較多的是患者自身治療或康復(fù)訓(xùn)練前后結(jié)果對照，不同的產(chǎn)品間結(jié)果一致性差別較大。

3 電聲門圖指標(biāo)的定量分析

3.1 電聲門圖波形（EGG） 聲帶振動(dòng)時(shí)，聲帶接觸阻抗變化引起調(diào)制電流變化，聲門張開時(shí)阻抗高，閉合時(shí)阻抗低，形成電聲門圖。正常的電聲門圖波形曲線類似光滑有規(guī)律正弦波，曲線由閉合相（接觸段）和開放相（不接觸段）組成，反映了發(fā)聲過程中聲帶接觸面積的變化［7］（圖1）。當(dāng)聲帶病變時(shí)，電聲門圖波形會(huì)有切跡、陡直、平坦、毛刺及粗糙等現(xiàn)象。不同的病理性聲帶的波形各有其特點(diǎn)。

圖1 電聲門圖波形分析

3.2 臨床常用的電聲門圖分析指標(biāo) 臨床上常用的分析指標(biāo)是基頻F0、基頻微擾（jitter）、振幅微擾（shimmer）、標(biāo)準(zhǔn)化噪聲能量（normalized noise energy，NNE）和諧噪比（harmonic－to－noise，HNR），兩個(gè)通道數(shù)據(jù)采集方法不同，得到的結(jié)果相差不大；從電聲門圖波形曲線還可以得到接觸率（contact quotient，CQ）、接觸率微擾（contact quotient perturbation，CQP）、接觸冪（contact Index，CI）和接觸冪微擾（contact index perturbation，CIP）等臨床常用指標(biāo)。

基頻反映了聲帶振動(dòng)的頻率；噪聲能量、諧噪比反映了聲門不完全閉合程度；基頻微擾、振幅微擾反映了聲音的聲嘶、粗糙程度。這幾個(gè)指標(biāo)臨床上應(yīng)用比較多。NNE算法比較多，頻域上有梳狀濾波器法［8］、獨(dú)立分量分析法［9］、聽覺流法［10］、噪聲基底法等，時(shí)域上有加零補(bǔ)齊法、動(dòng)態(tài)時(shí)間卷積法和零相傳輸法。但是嗓音是一個(gè)復(fù)雜和非完全周期振動(dòng)的信號(hào)，其中諧波與噪聲成份很難定量分析，目前已有的方法仍沒有得到令人滿意的結(jié)果。

另外，當(dāng)前的電聲門圖儀在嗓音高頻段檢測存在不足，在頻段上注重嗓音低頻段（人的嗓音基頻處在低頻段），不能有效檢測早期聲帶疾病。聲帶早期病變者嗓音噪聲首先在頻譜的高端（4 000 Hz）出現(xiàn)。隨著病情加重，噪聲開始逐步在越來越低的頻段出現(xiàn)，即對于早期喉疾病的嗓音信號(hào)，一般低頻段諧波能保持正常，極少有噪聲出現(xiàn)，必須檢測頻譜的高端噪聲是否存在。語音中低頻成份占極大的比例，高次諧波一般都會(huì)以5～30dB 的速率遞減，王修信［11］提出應(yīng)用小波變換方法提取高頻段的噪聲，可用于早期聲帶疾病的檢測。

接觸率（CQ）是指聲帶接觸段時(shí)間與聲帶振動(dòng)時(shí)間之比，它反映聲帶的閉合程度。當(dāng)聲帶發(fā)生占位病變時(shí)，聲帶振動(dòng)時(shí)不完全閉合，如聲帶帶蒂大息肉、廣基小息肉，均表現(xiàn)為CQ 增高；聲帶帶蒂小息肉、聲帶麻痹表現(xiàn)為CQ 下降。該指標(biāo)也可以通過小波變換多尺度積方法從一段語音信號(hào)中獲?。?2］，但比較少用。

接觸率微擾（CQP）是指相鄰振動(dòng)周期間接觸率的變化量，如果聲帶的關(guān)閉和開放有規(guī)律，則接觸率微擾值較小。CQP 增高常見于聲帶息肉、小結(jié)、白斑及癌等。

接觸冪（CI）是指聲帶振動(dòng)時(shí)漸閉相與漸開相的對稱度，在一定程度上體現(xiàn)了聲帶開閉運(yùn)動(dòng)在垂直面上相位差，該指標(biāo)對聲帶麻痹非常敏感。CI增高見于聲帶麻痹、白斑、癌等。

接觸冪微擾（CIP）是指相鄰振動(dòng)周期間接觸冪的變化量，若聲帶在振動(dòng)周期內(nèi)漸閉相和漸開相對稱性好，則聲帶振動(dòng)有規(guī)律，CIP較小。CIP增高見于聲帶息肉、小結(jié)、白斑及癌。

4 電聲門圖的應(yīng)用

4.1 電聲門圖臨床應(yīng)用

4.1.1 正常人的電聲門圖 正常人的電聲門圖呈現(xiàn)有規(guī)律的類正弦光滑曲線，曲線由閉合相和開放相組成，其中閉合相由漸閉相（關(guān)閉段）和漸開相（分離段）組成。開放、關(guān)閉周期呈規(guī)律性；聲帶閉合比開放快（圖2）。

圖2 正常人電聲門圖

4.1.2 聲帶息肉 與息肉大小、基底寬窄有關(guān)，聲帶小息肉患者的電聲門圖波形為閉合相縮短，呈尖峰狀，偶有雙峰，開放相稍延長（圖3）；聲帶大息肉波形為峰頂變寬且扁平，并出現(xiàn)雙峰（圖4）；廣基息肉波形為開放相陡直，波峰平坦（圖5）；帶蒂小息肉CQ、F0值降低；帶蒂大息肉CQ 升高，F(xiàn)0 值降低；廣基息肉CQ、F0值升高，shimmer值異常；其中聲帶息肉的波形具有特異性，CQ 值較靈敏［13］?；颊咝g(shù)前jitter、shimmer和NNE值異常，術(shù)后有明顯降低，2周后聲音恢復(fù)正常［14］。

圖3 聲帶帶蒂小息肉患者電聲門圖

圖4 聲帶帶蒂大息肉患者電聲門圖

圖5 聲帶廣基息肉患者電聲門圖

4.1.3 聲帶小結(jié) 聲帶小結(jié)引起聲門閉合不徹底，開放時(shí)則因聲帶黏膜彈性彈起而使接觸時(shí)間延長，在電聲門圖上表現(xiàn)為閉合相縮短，開放相延長，且有切跡、毛刺和波峰平坦（圖6）；jitter、shimmer、NNE值均異常，接觸時(shí)間（contact phase，CP）升高。jitter、shimmer和嗓音障礙嚴(yán)重程度指數(shù)（dysphonia severity index，DSI）指標(biāo)［15］可用于喉顯微手術(shù)微創(chuàng)切除聲帶小結(jié)效果評(píng)估。

圖6 聲帶小結(jié)患者電聲門圖

4.1.4 聲帶腫瘤 電聲門圖波形曲線呈現(xiàn)鋸齒狀改變，波峰低矮，閉合相及開放相均不對稱，出現(xiàn)雙峰（圖7）。jitter、shimmer、NNE 值均異常，CIP 值增大。中晚期喉癌患者喉環(huán)狀軟骨上部分切除環(huán)舌骨吻合術(shù)（supracricoid partial laryngectomy－cricohyoidopexy，SCPL－CHP）手術(shù)后言語發(fā)聲重建效果評(píng)估，可以長期觀察jitter、shimmer和NNE 指標(biāo)［16］。

圖7 聲帶腫瘤患者電聲門圖

4.1.5 聲帶麻痹 因聲帶為非對稱性振動(dòng)，波形表現(xiàn)為非對稱性的移動(dòng)波，且曲線呈扁平狀，開放相明顯延長（圖8）。CQ 減少，CI、CQP及CIP增大。

圖8 聲帶麻痹患者電聲門圖

4.1.6 聲帶白斑 電聲門圖波形因白斑多少及部位不同而形態(tài)各異，大多與聲帶小息肉波形相似（圖9）。jitter、shimmer、NNE 值均異常，CQP、CIP 值增大。

圖9 聲帶白斑患者電聲門圖

4.1.7 聲帶局部肥厚 聲帶肥厚多見于聲帶的中段，使聲帶生理特征發(fā)生改變，造成與聲帶振動(dòng)密切相關(guān)的jitter與shimmer升高，同時(shí)由于聲門關(guān)閉不完全，NNE值較高［15］。

4.1.8 男聲女調(diào) 患者在接受發(fā)聲訓(xùn)練后，可通過電聲門圖儀對發(fā)聲矯治效果進(jìn)行客觀評(píng)估。經(jīng)過發(fā)聲訓(xùn)練后，F(xiàn)0、CQ 明顯下降［16］。

4.1.9 聲帶囊腫 電聲門圖波形表現(xiàn)為漸開相有切跡或陡直，漸閉相有切跡。jitter、shimmer 和HNR 異常。手術(shù)后EGG 多數(shù)回歸正常［17］。

4.1.10 功能性發(fā)聲障礙 肌緊張性發(fā)聲障礙患者jitter、shimmer數(shù)值升高，NNE在正常范圍，而聲譜圖高頻區(qū)諧波不規(guī)則、斷裂、消失或不平穩(wěn)、抖動(dòng)，噪聲成分增多等［18］。

4.1.11 吞咽障礙 正常人在吞咽開始后，喉上提與咽收縮一致，阻抗增大，電聲門圖有一尖銳直立波。正常電聲門圖多為2～3相，吞咽障礙時(shí)出現(xiàn)直立波潛伏期延長、波形經(jīng)過時(shí)間延長、出現(xiàn)多相波（大于等于5相）。但由于特定肌肉的潛伏期、波幅尚無正常值，一次檢查不能做定量分析；而且有主觀干擾及運(yùn)動(dòng)偽跡存在，所以尚不能廣泛應(yīng)用于臨床。

4.1.12 帕金森言語障礙 帕金森言語障礙患者的jitter升高，HNR、F0降低，且不受疾病時(shí)間和強(qiáng)度影響，術(shù)后這些指標(biāo)有所改善，可用于臨床腦卒中患者言語障礙的診治和康復(fù)效果評(píng)價(jià)。

4.2 電聲門圖在嗓音學(xué)研究中的潛在應(yīng)用 隨著藝術(shù)類人才培養(yǎng)需要，可以引入電聲門圖儀對藝術(shù)嗓音信號(hào)進(jìn)行分析，得到藝術(shù)嗓音評(píng)估指標(biāo)，通過人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法得出一個(gè)客觀的平均分?jǐn)?shù)，與主觀聽感知評(píng)估結(jié)果具有較好一致性。藝術(shù)嗓音評(píng)價(jià)指標(biāo)與電聲門圖評(píng)估指標(biāo)不一致，王修信、王建群等提出了一系列的評(píng)估指標(biāo)［19，20］，其中一個(gè)很重要的指標(biāo)是共振峰頻率。但究竟哪些指標(biāo)更適合對藝術(shù)嗓音進(jìn)行評(píng)估，有待更多學(xué)者進(jìn)一步研究。

5 小結(jié)

電聲門圖儀是一種具有無創(chuàng)、客觀、可量化指標(biāo)等特點(diǎn)的喉科檢測手段，由于它采用測量聲門阻抗變化的手段檢測，也具有一定的局限性。首先是缺乏直觀性，不能提供可視化圖像，無法了解病變的部位、大小、形態(tài)，需要借助其他設(shè)備來確診，比較適合一些無法使用侵入式檢查手段的患者，如三歲以下兒童。針對一些學(xué)術(shù)上尚有爭議的指標(biāo)，需要借助更多其它的手段來輔助論證，力求更加科學(xué)。對于電聲門圖儀電極作用于聲帶振動(dòng)過程中許多理論（喉內(nèi)的電場分布、聲帶振動(dòng)時(shí)的電場擾動(dòng)、聲門圖靈敏度分布、微音效應(yīng)、聲帶振動(dòng)模型等）目前研究還不夠深入，需要更多的學(xué)者關(guān)注。

嗓音的形成是一種復(fù)雜的多維現(xiàn)象，單憑電聲門圖數(shù)據(jù)無法全面評(píng)價(jià)發(fā)聲功能正?；虍惓＃R床上常與喉鏡檢查配合使用。因此電聲門圖的可視化研究日益迫切，與纖維喉鏡配合，利用數(shù)字圖像處理技術(shù)，通過圖像快速定位病灶位置，并進(jìn)一步探討電聲門圖特異性，將對喉科的研究和喉疾病診斷起重要作用。同時(shí)與臨床醫(yī)生配合，在電聲門圖檢測技術(shù)的基礎(chǔ)上引入治療手段，將形成檢測、治療于一體的體系。另外，藝術(shù)嗓音評(píng)價(jià)也是今后電聲門圖應(yīng)用發(fā)展一個(gè)重要領(lǐng)域，可為藝術(shù)嗓音訓(xùn)練效果評(píng)價(jià)、人才選拔提供一種客觀的評(píng)價(jià)手段。

1 萬明習(xí)，燕金元，程敬之.聲門圖信號(hào)特征及其數(shù)字處理［J］.中國醫(yī)療器械雜志，1990（01）：1.

2 Baken RJ，Orlikoff RF.Clinical measurement of speech and voice［M］.2nd Revised edition edition，Thomsoni Singular Publishing Group Inc，2002.216～227.

3 王蓓，楊玉芳，呂士楠.漢語韻律層級(jí)結(jié)構(gòu)邊界的聲學(xué)分析［J］.聲學(xué)學(xué)報(bào)，2004，29：29.

4 Rothenberg MJ，Mashie JJ.Monitoring vocal fold abduction through vocal fold contact area［J］.Journal of Speech and Hearing Research，1988，31：338.

5 Henrich N，d’Alessandro C，Doval B，et al.On the use of the derivative of electroglottographic signal for characterization of nonpathological［J］.Journal of the Acoustical Society of America，2004，115：1 321.

6 Herbst C，Sten T.A comparison of different methods to measure the EGG contact quotient［J］，Logopedics Phoniatrics Vocology，2006，31：126.

7 Krausert CR，Olszewski AE，Taylor LN，et al.Mucosal wave measurement and visualization techniques［J］.Journal of Voice，2011，25：395.

8 Kasuya H，Ogawa S，Mashima K，et al.Normalized noise energy as an acoustic measure to evaluate pathologic voice［J］.The Journal of the Acoustical Society，1986，80：1 329.

9 鄒原，萬明習(xí)，牛海軍，等.嗓音源諧波噪聲獨(dú)立分量分離估計(jì)方法［J］.聲學(xué)學(xué)報(bào)，2001，26：521.

10 王迪，付強(qiáng)，楊琳，等.基于人耳聽覺模型的自動(dòng)嗓音評(píng)估方法［J］.物理學(xué)報(bào)，2008，57.

11 王修信，胡維平，梁冬冬，等.基于小波變換的相對信噪比在喉疾病檢測中的意義［J］.聽力學(xué)及言語疾病雜志，2002，10：225.

12 Bouzid A，Ellouze N.Open quotient measurements based on multiscale product of speech signal wavelet transform［M］.NY，United Stated：Hindawi Publishing Corporation，2007.5～12.

13 方紅雁.電聲門圖在喉部疾病及嗓音聲學(xué)研究中的應(yīng)用［J］.聽力學(xué)及言語疾病雜志，2002，10：60.

14 周紅宇，屈季寧.嗓音聲學(xué)分析和電聲門圖在聲帶息肉手術(shù)療效評(píng)估中的應(yīng)用［J］.武漢大學(xué)學(xué)報(bào)（醫(yī)學(xué)版），2008，29：660.

15 許倩，陳磊，趙運(yùn)華，等.聲帶小結(jié)患者顯微手術(shù)前后嗓音聲學(xué)分析［J］.聽力學(xué)及言語疾病雜志，2012，20：113.

16 叢林海，何曉光，李玉曉，等.喉環(huán)狀軟骨上部分切除－環(huán)舌骨吻合術(shù)治療中晚期喉癌及發(fā)聲功能重建效果研究［J］.聽力學(xué)及言語疾病雜志，2011，19：26.

17 劉睿清，林建云.聲帶小結(jié)及聲帶局部肥厚患兒嗓音聲學(xué)及電聲門圖分析［J］.聽力學(xué)及言語疾病雜志，2007，15：318.

18 陳佳媚，杜建群，楊寶琦.青春期后持續(xù)性假聲發(fā)聲矯治前后的電聲門圖變化［J］.中國中西醫(yī)結(jié)合耳鼻咽喉科雜志，2010，18：226.

19 魏春生，王薇，陳小玲.聲帶囊腫顯微喉鏡手術(shù)前后的電聲門圖評(píng)估［J］.中國臨床醫(yī)學(xué)，2004，11：95.

20 徐潔潔，陸美萍，陳曦，等.肌緊張性發(fā)聲障礙的臨床特征及嗓音聲學(xué)評(píng)估［J］.聽力學(xué)及言語疾病雜志，2008，16：462.

21 王修信，徐國鈺，梁冬冬，等.藝術(shù)嗓音歌聲客觀評(píng)價(jià)初探［J］.聽力學(xué)及言語疾病雜志，2007，15：372.

22 王建群，高下，劉曉宙，等.藝術(shù)嗓音中不同唱法的元音共振峰研究［J］.臨床耳鼻咽喉頭頸外科雜志，2008，22：679.