趙春娜黃永望田德潤(rùn)戴越榮慶林傅德慧莊丕偉

·臨床研究·

正常青年男性胸腔共鳴特征與共鳴腔體積和肺活量的相關(guān)性△

趙春娜1，2黃永望1田德潤(rùn)2戴越3榮慶林3傅德慧1莊丕偉1

目的 了解正常青年男性胸腔共鳴腔體積、肺活量與胸腔共鳴特征的相關(guān)性。方法 選取60例符合入選標(biāo)準(zhǔn)的正常青年男性，應(yīng)用多通道語音分析系統(tǒng)檢測(cè)受試者發(fā)／a：／音時(shí)胸腔共鳴的頻譜特征，統(tǒng)計(jì)0～999 Hz（FR1）、1 000～1 999 Hz（FR2）、2 000～2 999 Hz（FR3）、3 000～4 000 Hz（FR4）頻段能量分布情況；應(yīng)用多層螺旋CT快速三維重建方法對(duì)深吸氣末胸腔進(jìn)行快速成像，計(jì)算共鳴腔（氣管、支氣管及肺部）體積；應(yīng)用言語發(fā)聲空氣動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)行肺活量檢測(cè)，采用SPSS18.0統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)各組數(shù)據(jù)進(jìn)行Pearson相關(guān)分析。結(jié)果 正常青年男性肺活量為4.31±0.63 L，胸腔共鳴腔體積為5.69±0.52 L，共振能量集中在FR1（53.38%±2.14%），其他頻段依次遞減（FR230.72%±1.59%，F(xiàn)R310.53%±2.75%，F(xiàn)R45.35%±2.32%）；共鳴腔體積與FR1高度正相關(guān)（r＝0.854），與FR2中度正相關(guān)（r＝0.740），與FR3中度負(fù)相關(guān)（r＝-0.587），與FR4中度負(fù)相關(guān)（r＝-0.565）；肺活量與FR1中度正相關(guān)（r＝0.744），與FR2中度正相關(guān)（r＝0.699），與FR3中度負(fù)相關(guān)（r＝-0.632），與FR4低度負(fù)相關(guān)（r＝-0.429）。結(jié)論 正常青年男性胸腔共鳴腔體積及肺活量與胸腔共鳴能量分布有很高的相關(guān)性，胸腔共鳴腔體積、肺活量可能是影響發(fā)音效果的因素之一。

胸腔共鳴； 肺活量； 多通道語音分析； CT三維重建

發(fā)音是需要多系統(tǒng)共同協(xié)作才能完成的復(fù)雜過程，包括動(dòng)力系統(tǒng)、振動(dòng)系統(tǒng)、共鳴構(gòu)音系統(tǒng)及調(diào)控系統(tǒng)等部分。肺呼氣促使聲帶振動(dòng)，再調(diào)節(jié)聲道的長(zhǎng)度、形狀使聲音增減，最后經(jīng)過唇端輻射形成聽到的聲音，這些起共鳴作用的聲道即為共鳴系統(tǒng)［1］。近年來，國(guó)內(nèi)外嗓音工作者對(duì)嗓音生理及聲學(xué)分析做了大量工作［2，3］，但共鳴腔體在嗓音聲學(xué)中的意義研究不多。發(fā)音需要較大容量的空氣來維持呼氣，占肺活量的25%～40%［4］。研究顯示，肺功能異?；颊吲c正常人相比，在真聲最低音、真聲最高音、舒適發(fā)音時(shí)聲強(qiáng)明顯降低［5，6］。本研究旨在測(cè)量正常青年男性的胸腔共鳴腔體積、肺活量及胸腔共鳴特征，并研究其相關(guān)性，為嗓音醫(yī)學(xué)研究及歌唱生理研究提供參考。

1 資料與方法

1.1 研究對(duì)象 選取正常健康青年男性60例為研究對(duì)象，年齡25～44歲，平均34.18±1.56歲，均無發(fā)聲器官疾病，無內(nèi)分泌、神經(jīng)源性、精神性、吸煙等影響發(fā)音效果的因素，未經(jīng)過專業(yè)發(fā)聲或歌唱訓(xùn)練，征得本人同意并簽署知情同意書。

1.2 研究方法

1.2.1 胸腔共鳴特征評(píng)估［7］在隔聲室內(nèi)，應(yīng)用多通道語音分析系統(tǒng)，采用頻響80～13 000 Hz麥克風(fēng)1個(gè)和80～13 000 Hz振動(dòng)傳感器1個(gè)，將傳感器貼放在胸部，使其震動(dòng)信號(hào)不失真的傳入接收系統(tǒng)。囑受試者口距麥克風(fēng)15 cm，訓(xùn)練其在自然狀態(tài)下持續(xù)發(fā)／a：／音5 s。多通道語音分析系統(tǒng)可直觀顯示發(fā)聲的頻率和響度，指導(dǎo)受試者多次發(fā)聲練習(xí)。采集數(shù)據(jù)時(shí)，受試者發(fā)聲控制音調(diào)在150～200 Hz，響度在75～85 d B，重復(fù)測(cè)試三次記錄數(shù)據(jù)取平均值。將功率譜的頻率軸分為4部分，頻率范圍分別為0～999 Hz（FR1）、1 000～1 999 Hz（FR2）、2 000～2 999 Hz（FR3）、3 000～4 000 Hz（FR4）。將頻譜包絡(luò)面積計(jì)為總能量，再依次計(jì)算各部分包絡(luò)面積能量占總能量的百分?jǐn)?shù)，計(jì)算公式為［8］：

1.2.2 多層螺旋CT三維重建及圖像分析胸部共鳴腔體積 采用美國(guó)GE公司64排高速螺旋CT機(jī)，受試者取仰臥位，囑其深吸氣后屏氣，自氣管頂端至膈肌進(jìn)行CT快速螺旋掃描，管球電壓120 k V，管電流120 m A，掃描速度0.5秒／周，準(zhǔn)直器寬度10 mm，螺距1.375，圖像重建層厚1.25 mm，間隔1.25 mm，標(biāo)準(zhǔn)算法重建。利用機(jī)器配備的AW4.2工作站集成肺定量分析軟件進(jìn)行圖像后處理和分析。利用表面陰影技術(shù)（SSD）重建透視效果的含氣空腔三維圖像，根據(jù)計(jì)算機(jī)給出的數(shù)據(jù)，得出左支氣管體積、右支氣管體積、氣管體積、右肺體積、左肺體積，各體積相加得出共鳴腔體積。

1.2.3 肺活量檢測(cè) 采用凱益-賓得言語發(fā)聲空氣動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)（phonatory aerodynamic system，PAS），囑受試者進(jìn)行最大吸氣，然后手持手柄，將面罩緊扣于面部并且完全蓋住口、鼻，不能有縫隙使面罩內(nèi)氣體溢出，在程序啟動(dòng)后向面罩內(nèi)盡力呼氣，記錄最大呼氣量，重復(fù)三次取平均值。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 采用統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件SPSS18.0對(duì)各組數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，應(yīng)用Pearson相關(guān)分析等統(tǒng)計(jì)學(xué)方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，r＞0為兩變量正相關(guān)，r＜0為兩變量負(fù)相關(guān)，|r|＞0.8為高度相關(guān)，0.5＜|r|≤0.8為中度相關(guān)，0.3＜|r|≤0.5為低度相關(guān)，|r|≤0.3為相關(guān)程度極弱，以P＜0.05為相關(guān)性有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 肺活量、胸腔共鳴體積和胸腔共鳴特征 肺活量的計(jì)算見圖1，胸腔CT三維重建見圖2。正常成年人肺活量為4.31±0.63 L，共鳴腔體積為5.69± 0.52 L；正常人胸腔共振能量集中在FR1（53.38% ±2.14%），其他頻段依次遞減，F(xiàn)R2為30.72%± 1.59%，F(xiàn)R3為10.53%±2.75%，F(xiàn)R4為5.35%± 2.32%。

圖1 肺活量測(cè)量示意圖

2.2 胸腔共鳴體積與共鳴特征相關(guān)性 胸腔共鳴體積與FR1呈高度正相關(guān)性（r＝0.854），與FR2中

度正相關(guān)（r＝0.740），與FR3呈中度負(fù)相關(guān)（r＝-0.587），與FR4呈中度負(fù)相關(guān)（r＝-0.565），均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.01）（圖3）。

2.3 肺活量與胸腔共鳴特征相關(guān)性 肺活量與FR1呈高度正相關(guān)性（r＝0.744），與FR2呈中度正相關(guān)（r＝0.699），與FR3呈中度負(fù)相關(guān)（r＝-0.632），與FR4呈低度負(fù)相關(guān)（r＝-0.429），均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.01）（圖4）。

圖2 CT三維重建胸腔形態(tài)

圖3 正常青年男性胸腔共鳴體積和胸腔共振能量分布的相關(guān)性

圖4 正常青年男性肺活量和胸腔共振能量分布的相關(guān)性

3 討論

3.1 胸腔共鳴體積與共鳴特征相關(guān)性 發(fā)聲的共鳴系統(tǒng)由可變腔體和固有腔體組成［9］。作為最大的固有腔體，胸腔共鳴具有能量大、位置低、頻率低的特點(diǎn)，發(fā)出的聲音渾厚、寬廣，適于比較低的音調(diào)［10］。歐洲人體型高大、胸部寬廣，胸腔共鳴聲音比亞洲人發(fā)達(dá)［11］；教師和播音員運(yùn)用胸腔共鳴的技巧能使聲音更有力量和質(zhì)感［12］。這些說明胸腔共鳴體積的大小在發(fā)聲中起著一定的作用。胸腔共鳴主要通過大氣管及胸腔實(shí)質(zhì)部分產(chǎn)生共振，而非肺泡及肺泡內(nèi)氣體，發(fā)聲過程中對(duì)共鳴起主導(dǎo)作用的大氣管和胸腔實(shí)質(zhì)只發(fā)生了微小變化，對(duì)共鳴變化的影響較小。本研究為測(cè)量正常青年男性的胸腔共鳴體積與胸腔共鳴特征并計(jì)算其相關(guān)性，采用64排螺旋CT掃描，最大程度減少檢查時(shí)屏氣時(shí)間，排除了膈肌活動(dòng)造成的偽影影響，保證了結(jié)果的準(zhǔn)確性；SSD能自動(dòng)將肺組織、胸壁、氣管、心臟、肺門血管區(qū)別開來，提高了精確度和運(yùn)算速度［13］；本研究結(jié)果顯示，胸腔共鳴體積與FR1相關(guān)性最高，F(xiàn)R2、FR3、FR4相關(guān)性依次遞減，與四個(gè)頻段胸腔所占共振能量分布一致；而且胸腔共鳴體積與FR1、FR2呈正相關(guān)，與FR3、FR4呈負(fù)相關(guān)，說明胸腔容量對(duì)共鳴的影響在2 000 Hz范圍內(nèi)最大，有助于提升嗓音低頻部分的效果。

3.2 肺活量與胸腔共鳴特征的相關(guān)性 肺作為發(fā)聲的動(dòng)力系統(tǒng)，對(duì)聲帶振動(dòng)發(fā)聲起著至關(guān)重要的作用。成年男性的肺活量約為3 500～4 000 ml，成年女子約為2 500～3 000 ml，為檢測(cè)肺功能最直觀、最客觀的指標(biāo)［14］。練習(xí)胸腔共鳴過程中可通過發(fā)聲呼吸練習(xí)來增加肺活量，提高發(fā)聲時(shí)的氣息［15］。教師和播音員運(yùn)用胸腔共鳴的技巧能使聲音更有力量、質(zhì)感，除了個(gè)體的音色外，氣息也起了很重要的作用［16，17］。Watson等［18］發(fā)現(xiàn)，肺活量的大小與聲音平均壓力、平均基礎(chǔ)頻率成正相關(guān)。本研究結(jié)果顯示，正常青年男性肺活量與FR1、FR2相關(guān)性較高，呈正相關(guān)，與FR3、FR4相關(guān)性降低，呈負(fù)相關(guān)，結(jié)合上述研究結(jié)果，表明低音訓(xùn)練者更應(yīng)注意肺活量的鍛煉。

3.3 多通道語音分析系統(tǒng)的運(yùn)用 多通道語音分析系統(tǒng)運(yùn)用了生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)和物理聲學(xué)技術(shù)，通過測(cè)量共鳴腔附近的體表振動(dòng)信號(hào)，間接了解共鳴腔的共振特征以及他們之

間的關(guān)系特征，以了解發(fā)聲時(shí)聲道不同部位所產(chǎn)生的共振頻率特征、基頻、共振峰以及能量分布特征［19］。多通道語音分析系統(tǒng)一般被喉科醫(yī)師、語言病理學(xué)家用于進(jìn)行輔助診斷，可以作為歌者、播音員等語音工作者的篩選和指導(dǎo)訓(xùn)練［20］。本研究顯示，胸腔共鳴能量分布主要集中在1 000 Hz以內(nèi)，F(xiàn)R2、FR3、FR4能量分布依次遞減，說明正常人發(fā)音時(shí)胸腔主要是低頻共振，高頻共振相對(duì)較弱。這與以往的研究結(jié)果［21］一致。

綜上所述，本研究結(jié)果顯示胸腔共鳴體積與胸腔共鳴特征有很高的相關(guān)性，這為歌唱者尤其是低音歌唱者的選拔提供了一定的依據(jù)；而肺活量占胸腔共鳴體積的大部分，與胸腔共鳴有很高的相關(guān)性，說明在練習(xí)胸腔共鳴時(shí)提高肺活量是一個(gè)必要的措施。另外，本研究屬初步的探索性研究，將吸氣末的胸腔共鳴體積作為個(gè)體化的、基礎(chǔ)的共鳴腔體積，與實(shí)際發(fā)聲過程中的共鳴腔體積有所差異；發(fā)聲過程中隨著氣體的呼出，胸腔體積存在動(dòng)態(tài)變化，一般的CT難以精確測(cè)量。隨著呼吸門控技術(shù)的不斷成熟完善，測(cè)量實(shí)時(shí)胸腔共鳴腔體積將會(huì)推動(dòng)嗓音醫(yī)學(xué)研究的進(jìn)一步發(fā)展；并且一種指標(biāo)很難全面反映胸腔共鳴的特征。本研究對(duì)象為正常男性青年，其他如高年齡組和低年齡組肺活量與胸腔共鳴特征的關(guān)系，胸腔其他組織對(duì)共鳴腔的影響等有待進(jìn)一步研究。

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（2014-11-27收稿）

（本文編輯 周濤）

Relationship between Chest Volume and Pleural Resonance Features in Young Male Adults

Zhao Chunna*，Huang Yongwang，Tian Derun，Dai Yue，Rong Qinglin，F(xiàn)u Dehui，Zhuang Piwei
（*Department of Otolaryngology-Head and Neck Surgery，the Second Hospital of Tianjin Medical University，Tianjin，300211，China）

Objective To investigate the relationship between pleural resonance features and the chest volume and vital capacity in young male adults.Methods A total of 60 healthy young male adults were included in this study.Energy distribution of pleural resonance was measured with the multi-channel voice analysis system when they pronounced／a：／.The frequency spectrums were 0～999 Hz（FR1），1 000～1 999 Hz（FR2），2 000～2 999 Hz（FR3），3 000～4 000 Hz（FR4）.Fast 3D reconstruction of chest was detected by multi slice spiral CT to calculate the chest volume.The vital capacity was evaluated by aerodynamics system.SPSS 18.0 software was used to analyze the data.Results The vital capacity in healthy young male adults was 4.31±0.63 L，the chest volume was 5.69±0.52 L.The frequency spectrum of FR1was 53.38%±2.14%，F(xiàn)R2 was 30.72%±1.59%，F(xiàn)R3 was 10. 53%±2.75%，F(xiàn)R4 was 5.35%±2.32%，respectively.There was a highly positive correlation between the chest volume and FR1（r＝0.854），moderately positive correlation between the volume and FR2（r＝0.740），moderately negative correlation between the volume and FR3（r＝-0.587），moderately negative correlation between the volume and FR4（r＝-0.565）；There was a highly positive correlation between the vital capacity and FR1（r＝0.744），moderately positive correlation between the volume and FR2（r＝0.699），moderately neg ative correlation between the

Pleural resonance； Vital capacity； Multi-channel voice analysis； 3D reconstruction

10.3969／j.issn.1006-7299.2015.03.008

時(shí)間：2015-4-27 15：04

R767.92

A

1006-7299（2015）03-0244-04

△ 天津市教委社會(huì)科學(xué)重大項(xiàng)目基金（2012ZD49）資助

1 天津醫(yī)科大學(xué)第二醫(yī)院耳鼻咽喉頭頸外科（天津 300211）； 2 天津醫(yī)科大學(xué)研究生院； 3 天津醫(yī)科大學(xué)第二醫(yī)院放療科

趙春娜，女，天津人，在讀碩士研究生，主要研究方向?yàn)樯ひ艋A(chǔ)與人體解剖學(xué)。

田德潤(rùn)（Email：tiandr@tmu.edu.cn）

網(wǎng)絡(luò)出版地址：http：／／www.cnki.net／kcms／detail／42.1391.R.20150427.1504.002.html

volume and FR3（r＝-0.632），weakly negative correlation between the volume and FR4（r＝-0.429）.Conclusion There was a high correlation between the chest volume and pleural resonance，high correlation between vital capacity and pleural resonance in young male adults，which may be a influencing factor of pronunciation effect.