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Korean Journal of Otorhinolaryngology-Head and Neck Surgery 1999;42(5): 634-638. |
| A Study for Changes of Acoustic Parameters between Pre and Postoperative Voice in Laryngeal Nodule and Polyp. |
| Su Hyun Park, Seung Gyun Lee, Nam Soon Cho, Min Jae Lee, Byung Don Lee, Hyuck Soon Chang, Ju Won Kang |
| Department of Otorhinolaryngology, College of Medicine, Soonchunhyang University, Seoul, Korea. BDLEE12@sch.hosp.ac.kr |
| 후두결절 및 후두폴립의 술 전·후 음향학적 지표의 변화에 관한 연구 |
| 박수현 · 이승균 · 조남순 · 이민재 · 이병돈 · 장혁순 · 강주원 |
| 순천향대학교 의과대학 이비인후과학교실 |
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| 주제어:
애성ㆍ음성기본주파수ㆍJitterㆍShimmer. |
| ABSTRACT |
BACKGROUND:
Laryngeal nodule and laryngeal polyp are the most common diseases that cause hoarseness and their incidences are increased currently. Since the invention of computerized voice analysis, it became possible to display voice quantitatively and visibly.
MATERIALS AND METHODS:
To evaluate the voice of 30 patients with laryngeal nodule and polyp before and after laryngomicrosurgery, the sound spectrogram of the Korean vowel /e/ were analyzed.
RESULTS:
1) The valuable parameters for measuring the voice improvement were the range of fundamental frequency fluctuation, jitter and shimmer before and after surgery of laryngeal nodule and polyp. 2) On the first postoperative day, the change of the acoustic parameters of laryngeal nodule and polyp on postoperative showed statistically significant improvements. 3) The acoustic parameters of laryngeal nodule and polyp came within the normal range by the 7th postoperative day. 4) The extent of change in the acoustic parameters of laryngeal polyp was greater than in laryngeal nodule.
CONCLUSION:
We concluded that the valuable parameters for measuring the voice improvement were the range of fundamental frequency fluctuation, jitter and shimmer. The normalization of this parameter occurred at the first operative week. |
| Keywords:
HoarsenessㆍFundamental frequencyㆍJitterㆍShimmer |
서론
성대 병변을 가진 환자의 가장 흔한 증상은 애성으로 이에 대한 객관적인 지표로서 여러 가지가 사용되어오고 있으며, 최근에는 음향검사를 시행하여 음향학적 지표로서 병적 음성을 구별할 수 있게 되었다. 1980년 Imaizumi 등1)은 기본 주파수의 동요폭, 진폭동요의 속도, 발성시작의 진폭증대속도, 발성 종말의 진폭감쇠속도, 고주파성분의 강도 등 8개의 지표를 보고했고, 1982년 Kim 등2)에 의해 제 1 음형대(formant)도 지표로서의 유용성을 주장하였다. 그 중에서 기본 주파수 동요의 폭은 후두의 병변 정도 즉 애성의 정도를 객관적으로 판명할 수 있는 음향지표로서 그 유용성이 인정되어 왔다. 이에 본 교실에서는 애성을 유발하는 후두 질환 중 빈도가 가장 많은 후두 결절과 폴립 환자에서 술 전·후의 기본주파수에 관련된 지표들을 관찰함으로써 수술의 효과를 알 수 있는 지표로서 활용하고자 본 연구를 시행하였다.
대상 및 방법
대상
1997년 2월부터 1997년 7월까지 순천향대학 부속 서울병원에서 후두결절 이나 폴립으로 진단받은 환자 40명을 대상으로 하였으며, 후두질환의 병력이 없는 건강한 남녀 각 20명을 대조군으로 하였다. 후두결절로 진단받은 환자 20명중 남성이 9명, 여성이 11명이었으며, 후두폴립으로 진단받은 환자 20명중 남성이 8명, 여성이 12명이었다.
방법
환자들은 모두 고식적 후두미세수술을 시행 받았으며, 입원직후 술 전 음성분석을 실시하였고 술 후 1일째, 7일째 및 28일째 음성 분석을 시행하였다. 음성분석은 EZ voice program(r)(Parrot software Co. USA)을 이용하여 평균 기본주파수, 기본주파수의 동요폭, 주파수 변이도 및 shimmer를 측정하였다.
음성표본
음성의 녹음은 방음장치가 되어 있는 방음실에서 국어모음 /에/를 가장 편안한 상태에서 평상시의 음 높이 및 음량으로 3초 이상 3번 반복하여 녹음한 다음, 음성분석을 위해 녹음된 음성을 재생, 청취하여 가장 양호한 음성을 선정하여 분석하였다.
분석방법
입력된 음성은 디지탈 신호 처리기에 의하여 디지탈 신호로 변환된 후 software에 의해 분석될 수 있는 음성신호로 나타나게 된다(Fig. 1). 기본주파수의 분석은 화면 제일 하단의 time waveform window에서 나타나며, 소리 에너지가 시간에 따라 일정한 음압정도로 표시된다. 이를 msec단위로 하여 기본 주파수가 분석된 후, 입력된 시간(3초)만큼의 지속모음에 대하여 기본 주파수의 평균값 및 변동폭이 우측 window에 기록된다. 이 파형을 기준으로 하여 주파수 변이도와 shimmer를 얻게 된다. 또한 통계학적 분석은 paired t-test를 이용하였다.
결과
후두결절
음성기본주파수
술 전 음성기본주파수는 남성에서 186.52 Hz, 여성에서 221.42 Hz 이었다. 술 후 1일째는 남성이 175.80 Hz, 여성이 215.27 Hz 이었고, 술 후 7일째는 남성이 170.28 Hz, 여성이 210.30 Hz 이었으며, 술 후 28일째는 남성이 167.52 Hz, 여성이 205.72 Hz로 남성은 정상 범위로 회복되지 않았으나 여성은 정상 범위로 회복되었다. 전체적으로는 정상범위에 가깝게 감소하는 경향을 보였으나 통계적 의의는 없었다(p>0.05).
기본 주파수의 변동폭
술 전 음성기본주파수의 변동폭은 남성이 31.02 Hz, 여성이 15.21 Hz로 남성의 변동폭이 여성에 비하여 컸으며, 술 후 1일째는 남성이 11.23 Hz, 여성이 12.03 Hz 이었고, 술 후 7일째는 남성이 7.29 Hz, 여성이 14.27 Hz 이었으며, 술 후 28일째는 남성이 5.01 Hz, 여성은 11.25 Hz로 남성은 술 후 기간이 경과할수록 통계적으로 유의한 감소를 보였으나(p<0.05), 여성은 변화가 없었다. 그러나 전체적으로는 정상범위로 회복되었다.
주파수 변이도
술 전 주파수 변이도는 남성이 0.31 msec, 여성이 0.20 msec 이었으며, 술 후 1일째는 남성이 0.26 msec 여성이 0.17 msec 이었고, 술 후 7일째는 남성이 0.20 msec, 여성이 0.17 msec 이었으며, 술 후 28일째는 남성이 0.17 msec, 여성은 0.16 msec로 남녀 모두 정상범위로 회복되었으나 남성에서만 술 전·후 통계적으로 유의한 변화를 보였다(p<0.05).
Shimmer
술 전 shimmer는 남성이 0.50%, 여성이 0.26% 이었으며, 술 후 1일째는 남성이 0.23%, 여성이 0.29%로 남성은 현저히 감소하였으나 여성은 오히려 나빠졌다. 술 후 7일째는 남성이 0.20%, 여성은 0.20% 이었고 술 후 28일째는 남성이 0.15%, 여성은 0.19%로 양자 모두 통계적으로 유의한 감소를 보였으며(p<0.05), 남녀 모두 정상범위로 회복되었다.
후두폴립
음성기본주파수
술 전 음성기본주파수는 남성이 160.60 Hz, 여성이 199.01 Hz 이었다. 술 후 1일째는 남성이 152.18 Hz, 여성이 168.28 Hz 이었고, 술 후 7일째는 남성이 138.01 Hz, 여성이 162.01 Hz 이었으며, 술 후 28일째 남성은 126.80 Hz,여성은 160.01 Hz로 남성에서만 통계적으로 유의한 감소를 보였으며(p<0.05), 정상범위로 회복되었으나, 여성은 술 후 계속 정상범위 보다 낮은 주파수를 보였다.
기본주파수의 변동의 폭
술 전 기본주파수의 변동의 폭은 남성이 79.04 Hz, 여성이 85.26 Hz로 여성의 변동폭이 남성에 비하여 약간 컸으며, 술 후 1일째는 남성이 18.25 Hz, 여성이 76.02 Hz 이었고, 술 후 7일째는 남성이 16.28 Hz, 여성이 10.25 Hz 이었으며, 술 후 28일째는 남성이 7.25 Hz, 여성은 8.03 Hz로 양자 모두 술 후 기간이 경과할 수록 통계적으로 유의한 감소를 보였고(p<0.01), 남성은 정상 범위에 가깝게 회복되었고, 여성에서는 정상범위로 회복되었다.
주파수 변이도
술 전 주파수 변이도는 남성이 0.51 msec, 여성이 0.40 msec 이었으며, 술 후 1일째는 남성이 0.39 msec, 여성이 0.29 msec 이었고, 술 후 7일째는 남성이 0.25 msec, 여성이 0.28 msec 이었으며, 술 후 28일째는 남성이 0.15 msec, 여성이 0.28 msec로 모두 술 후 기간이 경과할수록 통계적으로 유의한 감소를 보였고(p<0.05), 남성은 정상범위로 회복되었으나, 여성은 오히려 정상범위보다 낮은 변이도를 보였다.
Shimmer
술 전 shimmer는 남성이 0.68%, 여성이 0.49% 이었고, 술 후 1일째는 남성이 0.42%, 여성이 0.47%이었으며, 술 후 7일째는 남성이 0.16%, 여성은 0.15% 이었고, 술 후 28일째 남성은 0.12%, 여성이 0.36%로 양자 모두 감소하였고, 통계적으로도 유의한 변화를 보였으며(p<0.05), 정상범위로 회복되었다.
고찰
애성을 유발하는 후두 질환 중 후두결절과 후두폴립은 사회문화의 발달과 암에 대한 관심이 증가하면서 최근 빈도가 증가하는 추세에 있다. 이러한 환자들의 병적인 음성은 많은 음성언어 병리학자 혹은 이비인후과 의사들에 의해 다양한 방법으로 연구되어왔다. 그 방법들에는 공기역학검사를 비롯하여 성대진동검사 등에 의해 시행되어지고 있지만 그 중에서도 특히 음향음성학적 연구가 활발하며, 최근 컴퓨터공학의 발달로 인해 음향분석이 손쉽게 되었으나 국내에서는 정상 성인과 성대 마비를 포함하는 질환들의 음향음성적 분석만 이루어졌다. 본 교실에서는 컴퓨터를 이용한 음성파형분석시스템으로 16 bit 디지탈 신호 처리기를 이용하여 음성추출에서 분석까지 손쉽게 해낼 수가 있는3-8) Parrot software사의 음향 스펙트럼분석 program인 EZ voice를 이용하여 환자들의 음성을 분석하였다. 이러한 음향분석기를 이용한 방법들은 대개 음향 스펙트로그램을 이용한 모음에 관한 음향지표로 기본주파수의 동요폭, 기본주파수의 동요속도, 진폭의 동요폭, 진폭동요속도, 음성의 상승속도, 음성의 하강속도, 잡음성분의 강도, 고주파성분의 강도 및 제 1 음형대의 주파수 등이 있다.1) 이중에서 특히 유용성이 인정된 것은 질병군과 연구자에 따라 다르지만 기본주파수의 동요폭, 잡음성분의 강도, 고주파성분의 강도 및 제 1 음형대의 주파수 등으로, 성대 진동에 의해 발생되는 음성파형 분석을 통한 성대진동의 난폭도 또한 음향지표로서 인정되어3-9) 이것을 성대진동의 진폭도(pitch pertubation)라 하였고, 이것에 관한 지표는 각 성대진동 간격(pitch period) 사이의 비정상적인 간섭현상으로 시간에 따른 불규칙성을 의미하는 성대진동의 진폭분포양상과 평균주파수변이도 및 주파수변이도율 등이 있으며 진폭의 불규칙성을 의미하는 shimmer 등이 있다.8)10)
성대의 주파수는 성대가 한번 열렸다가 닫힌 후 다시 열릴 때까지의 시간이며, 기본 주파수는 가장 편안한 상태에서 평상 발성시 나타나는 주파수로 사람마다 다르며 각기 다른 기본주파수에 의해 각기 다른 성대진동의 진폭도, formant 및 소음치 등 서로 다르게 나타나 각 개인에 따른 특징적인 음성의 차이를 나타낸다. 또한 정상적인 상태에서도 이러한 기본주파수에는 다소의 차이가 나타나는 바 이것을 기본주파수의 동요폭이라고 하였다.5) 이러한 기본주파수의 동요폭은 후두의 병변정도에 따라 달라 애성의 정도를 객관적으로 판명할 수 있는 음향지표에서 그 유용성이 인정되어 왔다.5) 또한 성대진동의 난폭도는 발성시의 성대진동의 불규칙성을 의미하는 용어로 조조성(roughness)을 의미하는데, 정상적으로 모든 사람에서 매우 적은 정도지만 반드시 존재하며 고유한 음질을 나타내는 하나의 요소로서 대표적인 것으로 주파수 변이도와 shimmer 등이 있다.11)
주파수 변이도는 1961년 Lieberman에 의해 처음 기술되었으며,10) 정상 음성에서도 나타나지만 특히 병적인 음성에서 잘 나타나기에 성대 병변의 정도를 객관적으로 측정하는데 하나의 지표로서 이용되었다.6) 그 중에서도 특히 음파에서 나타나는 성대진동의 진폭도는 후두의 정신신체적 조건이나 각종 병변의 정도에 따라 그 정도가 심해진다고 하여 이것이 후두 병변의 진단 및 치료에 있어서 일정한 지속성의 모음의 음파가 의의있으며, 발성음파에서는 병변의 정도와 성대진동의 진폭도의 정도가 일치하지 않는다 하였다.10) 그 이유로는 발성 시작과 끝에서는 성대진동(pitch)의 변화정도가 크며 발성시의 말의 억양과 감정에 따라 변화가 나타나며 후두의 긴장 및 수축정도가 각기 다르고 기술적으로 분석하기가 어렵다.6) Horii 등,8) Koike,12) Hollien 등13) 및 Michel 14)도 지속모음발성을 이용한 주파수 변이도와 shimmer의 측정이 정상적인 발성과 병적인 발성의 특징을 기술하는데 유용하다고 하였는데, 특히 Horii6)는 정상적인 발성과 병적인 발성의 특성을 연구한 바, 기본주파수의 변이폭, 주파수 변이도 및 shimmer가 서로 주목할 만한 상관성이 있음을 보고하였다.
기본주파수에 대한 보고를 보면 Hollien 등13)과 Michel14)에 의하면, 남성은 78∼462 Hz의 범위를, 여성은 144∼538 Hz의 범위를 갖는다고 하였으며, Hong 등11)은 남성이 124.80±13.10 Hz, 여성은 233.40±23.50 Hz의 범위를 보고하였다. 본 교실의 연구에서 남성이 114.43±14.10 Hz, 여성은 227.43±35.28 Hz로 Hong 등11)의 결과와 거의 유사하였는데 이는 서양인과 동양인의 차이라 생각되었다. 남자의 후두폴립의 경우만이 술 전후의 기본주파수가 통계적 유의성을 보였고, 그외의 경우에는 유의성이 없었다.
Kim 등1)은 기본 주파수의 변동폭이 애성 환자의 후두미세수술 후 음성의 호전도를 객관적으로 판정하는데 유용한 지표라고 하였는데, 본 저자도 여자의 후두결절 환자를 제외하고는 통계적 유의성을 보여 기본 주파수 값 자체보다도 변동의 폭을 관찰하는 것이 더 유용한 것으로 사료되었다. 특히 본 연구에서 여성 후두결절 환자의 기본주파수 변동폭과 주파수 변이도가 통계학적 유의성이 없었는데 이는 수술적인 문제 등 여러 요인이 복합되어진 결과로 향 후 추적관찰을 필요로 한다고 생각된다.
주파수 변이도의 정도를 나타내는 방법에는 여러 지표들이 있다. 그 중에서도 대표적인 것이 주파수 변이도의 분포양상, 평균 주파수 변이도, 주파수 변이도 비율 및 주파수 변이도 지표가 있다.6) 본 교실에서는 이중에서 평균 주파수 변이도를 이용하였다. Iwata에 의하면15) 정상인에서는 주파수 변이도의 정도가 -0.6 msec에서 ＋0.5 msec 사이이며 분포곡선도 대칭을 이룬다고 하였으며, 분포의 정도는 0.1 msec 이내가 63.9%, 0.3 msec 이내가 94.3%, 0.5 msec 이내가 98.1%로 특히 남성에서 0.5 msec이상의 주파수 변이도는 없다고 하였고 여성에서는 남성보다 주파수 변이도의 정도가 약간 심하며 또한 0.7 msec이상의 주파수 변이도는 없다고 하였다. Hong 등6)은 남성이 0.40±0.15 msec, 여성이 0.49±0.11 msec라고 보고하였다. 본 연구에서는 남성이 0.15±0.09 msec, 여성이 0.21±0.10 msec로 Hong 등11)의 보고보다 낮은 수치를 보였고 후두결절과 폴립에서 남녀 모두 술 전후의 통계적 유의성이 있었다. Robert 등7)도 병적인 음성의 평가에서 단적으로 기본주파수만을 관찰하는 것보다 기본 주파수를 감안한 주파수 변이도가 더 유용한 지표라고 하였다.
Kitajima 등16)은 45명의 정상성인의 음성을 분석하여 shimmer가 0.04∼0.21%의 범위를 갖는다고 하였고, Hong 등6)은 남성에서 0.27±0.12%, 여성은 0.21±0.08%의 정상범위를 보고하였는데, 본 연구에서 후두결절과 폴립의 환자에서 술 전후의 통계적 유의성이 인정되었다. Horii8) 역시 주파수 변이도와 shimmer, 주파수 변이도와 기본주파수 변동폭간에 통계적 상관관계가 있음을 보고하였다.
후두미세수술 후 음성의 회복과 재활기간에 대해서는 저자마다 논란이 있으나 후두결절 및 후두폴립에서는 가능한 한 빠른 음성재활을 권하고 있으며, 대부분 술 후 2주 동안 발성을 금하도록 하고 있지만 최근에는 술 후 1일째부터 음성재활을 권하고 있다.17) 대개 술 후 3∼4주정도면 음성학적으로 안정된 수치의 지표를 보인다고 하였고3) 후두결절 및 폴립에서 후두미세수술 후 적어도 3∼4주까지 각별한 성대관리가 필요하다고 하였다. 본 교실의 경우는 술 후 1주에 후두결절과 후두폴립 환자의 음향지표들이 정상범위로 회복됨을 관찰할 수 있었다.
본 교실에서는 애성을 호소하는 환자들의 객관적인 음성분석으로서 고가의 장비를 구입하지 않고도 간단한 software를 기존의 컴퓨터에서 쉽고, 간단하며, 빠르게 기록, 분석할 수 있는 EZ voice를 이용하여 음성기본주파수, 변동폭, 주파수 변이도 및 shimmer를 후두결절과 후두폴립 환자를 대상으로 술 전·후의 음성분석을 통하여 술 후 효과에 대한 객관적 자료를 얻을 수 있었다.
결론
최근에 점차 증가하는 추세에 있는 후두질환 중 후두결절과 후두폴립을 대상으로 음성기본주파수, 주파수 변이도 및 shimmer 등을 분석하고 술 전 음향학적 특성 및 술 후 특성을 비교하였으며, 술 후 효과에 대한 객관적 지표로 삼고자 본 연구를 시행하여 다음과 같은 결론을 얻었다. 후두결절 및 폴립의 경우, 술 전·후의 음성에 대한 객관적 평가 지표로서 음성기본주파수의 변화폭, 주파수 변이도, Shimmer 등이 유용한 지표가 되었다. 술 후 1일째 후두결절과 폴립에 있어 음성분석지표는 통계적 유의성을 보였으며, 술 후 28일째 후두결절과 폴립의 음성분석지표는 대부분 정상범위로 되었다. 음성분석지표의 변화폭은 남녀간의 통계적 유의성은 없었다. 후두결절에서 주파수 변이도는 술 전후의 차이는 없었으나 후두폴립의 경우, 음성분석지표의 변화폭이 후두결절보다 컸다.
이상의 결과로 후두결절 및 폴립의 수술 전후 음성의 변화를 측정할 때 음성기본주파수의 변동폭, 주파수 변이도, shimmer가 유용한 음향학적 지표가 될 수 있을 것으로 사료되며, 향 후 이에 대한 지속적인 추적관찰이 필요하여 술 후의 환자관리에 유용하리라 생각된다.
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