교신저자：김형태, 135-896 서울 강남구 신사동 638-13  예송이비인후과 음성센터
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서     론

   후두의 기능적 평가와 성대의 움직임을 관찰하기 위한 진단방법으로는 일반적으로 간접후두경검사, 굴곡성 후두섬유경검사, 화상회선경검사, 전산화단층촬영,¹⁾²⁾ 자기공명영상 등이 시행되어 왔다. 그러나 이러한 방법들은 주로 후두의 2차원적인 상태변화를 제공하게 되며 후두의 발성과 관련하여 음성학적인 측면에서 음조변화에 따른 성대부피의 변화나 양측성대 자유연의 접촉상태, 또한 갑상피열근(thyroarytenoid muscle)의 기능적인 변화를 관찰하는데 한계가 있으며, 성대발성생리의 새로운 모델인 mass control model³⁾을 이해하는데 어려움이 있다. 이러한 어려움을 극복하고 성대움직임에 대한 성대단면의 두정면(coronal view)을 얻기 위해 초음파 후두촬영(ultrasound laryngography) 등을 개발하는 노력이 있어왔다.^4)5)6)7) 그러나 영상의 미흡성과 기능적인 후두변화에 대한 정확한 영상을 얻을 수 없는 단점때문에 보편화되지 못하였다.
   따라서 본 연구에서는 후두 움직임의 2차원적인 관찰의 단점을 극복하고 환자의 자발적인 음높이의 변화 중에 기능적으로 후두상태를 관찰할 수 있는 새로운 방식의 '기능적 3차원적 후두전산화 촬영(Functional 3-dimensional laryngeal CT)'를 새롭게 시도하여 기존 후두영상 방법의 음성생리학적인 측면에서의 한계점을 보완하고 여러 후두질환을 진단하는 새로운 진단방법으로서의 유용성이 있는지를 성대마비 환자를 중심으로 확인하고자 하였다. 

대상 및 방법

대  상
   2003년 1월부터 2003년 5월까지 다양한 성대질환으로 가톨릭대학교 의과대학 성모병원을 방문하여 기능적 3차원 후두단층촬영(F3DLxCT)을 시행한 환자를 대상으로 하였다. 2명은 성대마비환자 그리고 2명은 성대마비로 갑상연골성형술 그리고 갑상연골성형술과 피열연골 내전술을 동시에 시행하였으나 음성개선이 없었던 환자를 대상으로 하였다. 4명의 정상촬영군을 대조군으로 하였다. 
   평균나이는 48세였으며, 남자가 3명, 여자가 5명이었다.

방  법
   기능적 3차원후두단층촬영은 환자를 충분히 안정된 상태를 유지하도록 하고 호흡 및 맥박이 정상수준에 있는 것을 확인한 후 시행하였다. 환자는 촬영 전 침과 분비물을 억제하기 위하여 atropine으로 전처치 하였다. 환자는 촬영에 앞서 3가지의 발성연습을 시켰다. 먼저 가장 편안한 보통 음의 강도로 아 /ah/를 내도록 하고, 두번째로 가성의 높은 소리인 히 /hi/를 내도록 하였으며, 세번째로 가장 낮게 낼 수 있는 음인 이 /ih/를 내도록 하였다. 환자를 일반 경부컴퓨터 단층촬영과 같이 촬영기 침대에 눕힌 후 후두가 잘 노출되도록 고개를 뒤로 약간 젖힌 상태로 하고, 후두가 침대와 수직으로 위치한 것을 확인하고 머리를 고정시켰다. 환자에게 기침을 시켜 분비물을 뱉어내게 한 후 편안한 상태에서 숨을 충분히 들이쉰 상태에서 각각의 소리를 10초간 길게 내는 동안 후두에 대한 촬영을 각각 시행하였다. 촬영부위는 갑상연골 상연에서 윤상연골 하연까지 국한하였다. 
   이를 위해 'multidetector spiral computer tomography'인 독일의 'Zimems'사의 Somaatom Volume Zoom’model을 사용하여 120 Kv, 180 mAs의 조건 하에서 0.5 mm 절편간격으로 연속촬영 하였다. 축면(axial)으로 촬영된 영상을 컴퓨터 소프트웨어를 이용하여 성대의 움직임의 두정면(coronal) 영상으로 재구성하여 얻어 안정시와 3가지 음성에 따른 영상을 분석하였고, 3차원 재구성은 CyberMed사의 Vworks 4.0 tm VOI(volume of interest)를 다양하게 하여 Surface rendering mode로 후두의 형태를 여러 각도에서 관찰하였고 축면 CT를 이용한 관상면의 형태도 분석하였다.

결     과

   정상 대조군의 안정시와 /아/, /히/, /이/의 발성시 다양한 성대 부피의 변화와 모양의 변화 및 두정면 변화를 3차원영상에서 관찰할 수 있었다(Fig. 1). 특히 각각의 발성시 성대의 접촉면과 형태, 성문하부와 성대부피의 변화를 특징적으로 관찰할 수있었다. 
   먼저 안정시에는 진성대와 가성대의 음영을 명확히 구분할 수 없고, 갑상피열근이 평평하게 넓어짐(broadening)을 관찰할 수 있었다. 가장 편안한 보통음에 해당하는 /아/ 발성 시에는 진성대의 모양이 구형을 이루면서 후두실(ventricle)의 공간이 넓어지기 시작하면서 양측성대의 접촉면이 비교적 평면을 이루었고 성대의 볼륨이 두드려져 부풀어져 있어 진성대의 면적이 증가해 있는 것을 확인할 수 있었다. 높은 가성음에 해당하는 /히/ 발성 시에는 특징적으로 후두실의 공간이 폭넓게 넓어져 있고, 진성대의 윤곽이 더욱 뚜렷해지면서 진성대의 용적은 작아지고, 양측성대의 접촉면이 작아지면서 성문하부의 후면의 상승이 뚜렷하여 성문하부가 어깨(shoulder)모양을 형성하며 두드러지게 형성하는것을 관찰할 수 있었다. 이는 피열연골이 윤상피열관절에서 pitch rotation에 의한 성대돌기의 내하방전이와 근돌기의 상승, 윤상갑상근의 수축에 의한 진성대의 긴장도 증가에 따른 형태의 변화로 생각된다(Fig. 2). 가장 저음인 /이/ 발성시에는 양측 성대의 접촉면이 평편해지면서 진성대의 크기가 증가하지 않고 성도의 축을 따라 넓게 평편해지면서 확장하는 소견을 보였다.
   3차원적 영상의 진단적 가치를 확인하기 위해 성대마비 환자와 갑상연골성형술 후의 환자평가를 시행하였다. 시행된 3차원 영상에서 성대마비 환자의 특징으로 마비된 진성대의 갑상피열근의 근위축으로 인한 후두실이 넓은 골짜기를 형성하는 것을 관찰하였으며(Fig. 3), 이는 마비로 인한 갑상피열근의 위축으로 형성되는 것으로 생각되며, 후두실의 공간크기를 측정하므로서 근위축정도를 판단할 수 있었다. 이것은 갑상연골성형술과 경피적 후두성형술(percutaneous injection laryngoplasty)시 성대의 보형물을 선택할 때 부피와 크기를 정하는데 매우 도움이 되리라 생각된다. 또한 안정시에 마비된 진성대가 정상성대에 비해 하방으로 쳐진 level difference정도 또한 측정가능하였다.
   /아/ 발성 시에는 마비된 측의 진성대의 볼륨의 변화가 없으나 정상성대의 갑상피열근의 볼륨의 증가와 성문하부의 '어깨형성(shoulder formation)'이 완만한 각도로 형성되고, 병변측의 피열연골의 pitch rotation의 제한으로 성문하부의 후방부의 상승이 건측에 비해 뚜렷하게 나타나지 않았다. 이는 성문하압의 형성과 관련되어 있는것으로 생각된다. 
   /히/ 발성 시에는 마비된 측의 진성대의 성문하부가 완만한 곡선으로 '어깨형성'을 하였고 후방부가 상승하였으며, 정상성대는 부피가 얇아지면서 용적이 감소하고 대신 직각에 가까운 어깨를 형성하고 성대의 길이가 길어지며, 정상과는 달리 후두실이 소실되고 가성대와 진성대의 보상적 내전현상이 두드러지게 나타나는 것이 관찰되었다.
   /이/발성 시에는 진성대길이의 단축과 마비된 측 진성대의 성문하부가 완만한 곡선으로 어깨를 형성하지 못하고 대신 정상성대는 완만한 곡선의 어깨를 형성하며, 성대용적이 늘어나면서 양측성대의 접촉면적이 늘어났다.
   환자의 술후 평가에 있어 제 1 형 갑상연골성형술 후 평균 호기류율이 0.329 l/sec, 최대 발성지속시간이 4.786초로 만족스럽지 못한 결과를 얻었던 환자에서 시행한 기능적 3차원후두단층촬영에서는 안정시와 발성시 모두 성대접촉면의 위상차를 확인할 수 있었고, 발성시에도 성대간극이 상당히 벌어져 있는것이 관찰되었으며, 삽입된 성대보형물질이 너무 성대보다 위쪽에 위치하고 있는것을 쉽게 확인할 수 있었다(Fig. 4). 
   제 1 형 갑상연골성형술과 피열연골내전술을 동시에 시행하고 약한 목소리와 이중음을 나타냈던 환자의 경우 안정시와 발성시 모두 양측 성대의 자유연이 위상차이 없이 잘 접촉하기는 하였으나 마비된 성대의 볼륨과 긴장도의 부족으로 인한 음성변화인 것을 확인할 수 있었다(Fig. 5).

고     찰 

   후두의 중요한 기능중의 하나인 발성은 폐에 근원하는 성문하 호기압(subglottic pressure)을 에너지 원으로 성대가 진동하고 인두를 따라서 성대음을 변화시키는 공명과정과 조음과정을 거쳐 완성된다. 각 소리의 음조(vocal pitch)는 후두에 있는 다양한 근육들에 의해서 미세하게 조절되게 된다. 후두를 구성하는 근육으로는 후두내근과 후두외근이 있으며, 후두내근에는 윤상갑상근, 후윤상피열근, 갑상피열근, 측윤상피열근, 사피열근, 횡피열근이 있다. 특히 발성과 관련되어 성대를 구성하는 중요한 근육으로는 윤상갑상근, 측윤상피열근, 갑상피열근이 목소리의 고저와 음색을 조절하는 중요한 기능을 갖는다. 
   이러한 근육들은 뇌신경 언어중추로부터 정밀한 움직임과 수축강도 및 상호작용을 조절하여 올바른 음색과 음조를 형성하도록 미세한 전기적인 신호를 보내게 된다. 그러므로 발성과 호흡 시 성대근육의 상호작용과 그들의 움직임을 관찰하고 측정하는 것은 진단 및 병태생리의 이해에 매우 중요한 부분을 차지하며, 음성생리학적 이해와 진단 및 치료에 필수적인 부분이 된다.
   성대의 음조를 조절하는데는 성대의 길이(length), 부피(mass), 긴장도(tension)의 변화가 주된 기전이며, 이들의 조절은 후두 내 성대의 근육들이 각각의 기능을 가지면서 상호 보완적으로 성대의 특징적인 모양을 만들어 이루어지게 된다. 현재까지 윤상갑상근의 수축은 성대의 길이와 긴장도를 증가시키는 것으로 알려져 왔다.^8)9)10)11) 이때 갑상피열근이 수축하고 성대의 부피를 증가시키면서 소리의 주파수를 조절하게 된다. 그러나 아직까지 갑상피열근에 대한 성대음의 변화에 따른 변화기전에 대한 구체적인 영상과 연구가 이루어진 바가 없다. 그러므로 이들 목소리의 주파수 변화 음조에 따른 3차원적 모양의 변화를 관찰하는 것은 후두생리 및 발성생리를 이해하는데 매우 중요한 부분이 된다.
   현재 많은 진단적 검사방법이 성대의 발성생리를 밝혀내기 위해 사용되고 있다. 전기성문파형검사, 후두내시경검사, 후두스트로보스코피검사, 초음파성문검사(ultrasonogloto graphy), 고속씨네마토그래피(high-speed cinematogra phy) 등 성대의 진동과 움직임을 관찰하기 위한 방법들이 개발되어 왔다. 그러나 성대의 발성생리를 이해하는데 매우 중요한 두정면의 성대 변화를 관찰하려는 노력은 많이 시도되었으나 만족스런 결과를 얻을 수 없었다.⁷⁾ 
   본 연구에서 기능적 3차원적 후두 전산화 단층촬영을 통한 입체적 성대의 움직임을 살펴보면 성대의 모양이 음조가 올라갈 수록 갑상피열근이 이완하여 성대의 긴장도가 약화되는 대신 부피가 얇아지는 특징을 갖게됨을 알 수 있었다. 고음조(high register)가 될 수록 갑상피열근이 능동적으로 이완하여 진성대의 부피는 얇게 만들어지나 성대길이는 길어지면서 긴장도를 유지시켜 성대의 접촉면적을 얇게하여 고주파의 진동을 유발하는 것을 알 수 있다. 저음조(lower register)에서는 갑상피열근이 수축하여 볼륨이 증가하고 길이가 짧아지면서 성대의 접촉면적을 넓게 하여 저주파의 성대점막진동을 유발하는 것을 확인할 수 있었다. 그러나 음조가 높을수록 후두실의 공간이 더 넓어지게 되는 소견에 대한 음향학적인 측면에서의 의의에 대해서는 앞으로의 많은 연구가 필요하리라 생각된다. 
   기능적 3차원 후두전산화 단층촬영의 성대질환에 대한 임상적 유용성에서 술전 성대마비의 정도와 술 후 평가 및 발성이상에 대한 새로운 원인을 밝혀낼 수 있음을 확인할 수 있었다. 
   성대마비의 경우 마비된 성대의 높이는 마비된 피열연골의 관찰모양에 따라서 달라지게 되며, 정상측 성대와의 높이 차이에 의하여 성대점막의 불완전 접촉으로 음성변화가 오고 적절한 성문하압을 형성하지 못하여 성대점막의 진동을 유발하지 못하게 된다. 또한 성문이 닫혀 있어도 높이 차이에 의하여 성대진동의 위상이 달라져 이중음성 등의 병적음성이 초래될 수 있다고 생각하였다.¹²⁾¹³⁾ 그러나 본 연구를 통하여 성대마비로 갑상연골성형술과 피열연골 내전술을 시행하였던 환자의 이중음성은 위상차이에 의한 것보다는 마비된 성대의 볼륨의 부족으로 인한 양쪽성대점막의 불규칙 진동이 원인이 되었음을 확인할 수 있었다. 
   그러므로 성대마비에서 성대의 pitch에 따른 모양과 용적의 변화가, 성문간격이나 성대 접촉면과 더불어 매우 중요하게 목소리 상태를 결정하는데 작용함을 확인할 수 있었다. 또한 갑상피열근이 위축되어 성대의 볼륨이 줄어든 정도를 3차원 입체영상으로 측정 가능하였으며 이를 통해 injection laryngoplasty나 갑상연골성형술시 주입될 성대보형 물질의 용량과 용적을 정하는데도 도움이 될 수 있었다.
   또한 성대마비의 수술 후에도 발성장애가 지속된 경우, 삽입된 성대 보형물질의 위치와 방향 및 용적의 적절성 또한 판단하는데 매우 유용하게 이용되며, 생리적인 측면에서 관찰하는데 매우 유용하였다. 다양한 pitch별 성대 움직임의 분석이 중요한 이유는 성대의 변화를 이해하는것이 음성수술에 매우 중요한 부분이 되기 때문이다. 또한 3차원 입체영상을 통하여 후두내근에 의한 윤상피열연골의 다양한 3차원적 움직임, 즉 전후 활주운동과 내 외측회전운동, 전 후방 흔들림 운동 등 음성생리적 움직임의 평가에 매우 도움이 될 수 있음을 확인하였다. 
   향후 연구에서 3차원 영상합성이 갖는 오차를 분석하고 최소화한다면 후두의 호흡과 발성시의 후두내 구조물들에 대한 거리와 용적의 능동적 변화에 대한 연구가 계속될 수 있으리라 사료된다.
   결론적으로 새롭게 개발하여 시도된 기능적 3차원 후두단층촬영은 간편하게 촬영이 가능하고 자기공명영상과는 다르게 촬영시간이 길지 않아 기능적 발성 하에서 촬영이 가능하고 이를 통해 후두생리 및 음성생리를 이해하는데 매우 큰 도움이 되었으며 성대질환에 대한 술전 및 술후 판정에 매우 유용하게 이용될 수 있는 진단적 방법이라 사료된다.

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