动态喉镜图像定量分析技术的应用
作者：魏春生 王薇 陈小玲 陈锋
单位：上海医科大学眼耳鼻喉科医院耳鼻咽喉科(200031)
关键词：动态喉镜；声带振动；声带麻痹
听力学及言语疾病杂志990307
【摘要】 目的 探索图像定量分析技术在声带振动研究中的应用。方法 应用计算机软件、分析60例正常人和20例单侧声带麻痹患者的动态喉镜图像。结果 正常组声带振动均呈规律性，多数声门闭合完全；麻痹组声带振动均不规律，多数声门闭合不全，发声相声门最小面积(Amin)麻痹组明显大于正常组，而最大面积(Amax)两组间无显著性差异。结论 动态喉镜计算机图像分析技术可用于声带振动功能的定量分析。
Application of Quantitative Analysis of Laryngostroboscopic Image
, http://www.100md.com
Wei Chunsheng,Wang Wei,Chen Xiaoling,et al.
(Department of Otolaryngology,EENT Hospital of Shanghai Medical University,Shanghai, 200031)
【Abstract】 Objective To study the application of quantitative measurement of laryngostroboscopic image on vocal fold vibratory function.Methods We adopted a new computerized image analysis technique in 60 normal speakers and 20 patients with unilateral vocal fold paralysis Results Normal speakers had regular vocal fold vibration with complete glottal closure in majority,while unilateral vocal fold paralysis patients appeared irregular vibration with incomplete glottal closure.The patients had larger minimal glottal area than the normal people,but maximal glottal area were similar between the two groups.Conclusion The quantitative measures of laryngostroboscopic image became feasible and could be used to analyze vocal fold vibration
, 百拇医药
【Key words】 Laryngostroboscopy Vocal fold vibration Vocal fold paralysis
动态喉镜采用差频原理，将声带振动减慢，被广泛用于喉部病变的诊断、术中监控和疗效观察等[1～4]，但迄今对其图像多为主观性观察。近年来，随着计算机技术的发展，精确、客观的定量分析成为可能[5，6]。现应用新开发的软件，处理正常人和单侧声带麻痹患者的动态喉镜图像，探索定量分析技术的初步应用。
1 资料与方法
1.1 临床资料 无喉部疾病及上呼吸道阻塞性病变的正常人，不嗜烟酒，男女各30例，年龄18～55岁，平均37.3岁；单侧声带麻痹患者20例，男7例，女13例，年龄29～81岁，平均50.1岁，病程半月至一年半。病因：甲状腺术后4例，颈部外伤2例，颈部肿块、肺结核、食管癌、胃溃疡术后各1例，不明原因10例，其中5例发病前有明确的“上呼吸道感染”史。
, 百拇医药
1.2 测试方法 硬管喉镜(90°)和动态光源系统(Bruel & Kjaer,type 5912)摄、录像机及监视器、计算机、图像卡(Inc Miro VIDEO DC30)动态喉镜图像处理软件：Dr.laryngology1.0(上海泰亿格电子有限公司开发)。
表麻后导入喉镜，充分暴露喉腔后，受试者发胸声区舒适的元音/i/，持续三个声带振动周期以上。录像机采用Pal制式，每40 ms录制一幅图像。经A/D转换输入计算机，编辑、测量发声时的声门面积(glottal area)和声门长度(glottal length)。以声门长度为校准，标化声门面积值。以振动图像帧数(frame)为横坐标，标化的声门面积(area/length)为纵坐标。绘制声门面积曲线(glottal area waveform,GAW)(图1)，从中求取发声相最大声门面积(Amax)和最小声门面积(Amin)。
, 百拇医药
图1 发声相声门面积曲线示意图
1.3 统计方法 数据行正态检验和方差齐性检验后，采用t检验，分析正常组和麻痹组之间声门闭合度的差异。
2 结果
根据由各声门面积值绘制的GAW波形之间的一致性，将声带振动模式分为振动规律和不规律(如图2、3)；根据发声相Amin是否等于零，将声门闭合分为闭合完全和不完全。统计分析见表1、2。
图2 正常人发声相GAW
(示声带振动规律、声门闭合完全)图3 单侧声带麻痹患者GAW
, 百拇医药
(示声带振动不规律，声门闭合不全) 正常组声带振动呈规律性(60/60，100%)，且多数声门闭合完全(51/60，85%)；麻痹组声带振动均不规律(20/20，100%)，且多数声门闭合不全(16/20，80%)。两者差异呈高度显著性(P<0.01)。
表1 受试者声带振动模式分类
振动规律
闭合完全
振动规律
闭合不全
振动不规律
闭合完全
振动不规律
闭合不全
, 百拇医药
正常组
51/60
9/60……
麻痹组……
4/20
16/20
表2 受试者发声时声门面积值
Amax
Amin
正常组
4.63±1.11
0.17±0.42
, 百拇医药
麻痹组
5.44±2.13
1.51±1.38
P
>0.05
<0.05
发声时，麻痹组声门最大面积略大于正常组，但无显著性差异(P>0.05)；而声门最小面积，麻痹组明显大于正常组，呈显著性差异(P<0.05)。
3 讨论
声带振动的研究方法包括动态喉镜、高速摄影和声门图等。由于动态喉镜检查具有直观、相对简便等优点，使用较为广泛。文中采用新开发的喉镜图像分析软件Dr.laryngology(1.0)，具有图像录制、选取、增强、放大、旋转等处理功能，并有自动求值、绘制曲线等特点，由于动态喉镜镜面与声带的距离可因同一受试者不同的测试内容以及各受试者间存在差异，为消除该误差，参照有关文献[5]，以声门长度(前后联合间的距离)为校准值，标化声门面积。
, 百拇医药
声带振动是一复杂的三维运动，既有轻微的开闭运动，又有垂直和水平方向的粘膜波动。根据肌弹性-空气动力学学说，声带振动是两侧声带肌内部弹力、来自呼吸系统的空气动力和Bernoulli效应相互作用的结果[1，7]。正常人声门多数闭合完全，少数闭合不全者，声带振动仍呈现一定的规律性。检测的正常人声带振动均呈现规律性，声门闭合完全率达85%。声带麻痹多为神经源性病变，其中又以喉返神经麻痹最常见。声带麻痹是一种弛缓性麻痹，振动的组织学基础即双重振动体结构(被膜层和体层)被“单一振动体”所取代，振动的规律性下降，且由于声带张力和弹性力减弱，更主要的是声带运动障碍，导致多数患者声门闭合不全[2，8]。文中检测结果显示麻痹患者声带振动均不规律，且80%患者声门闭合不全。参数Amin则纯粹反映了声门闭合的程度，麻痹患者Amin明显高于正常人。参数Amax体现发声相声门的最大开放度，它不同于呼吸相声门的最大宽度，因此尽管一侧声带运动障碍，但由于对侧声带运动良好，故Amax两组之间并无明显差异。此外这是否与本文收集的麻痹病例较少，可能掩盖了部分信息有关，还有待进一步的研究。
, http://www.100md.com
总之，利用计算机技术，将动态喉镜图像从定性分析发展为定量分析，并对单侧声带麻痹患者声带振动的特点作了初步探索，以期有助于临床上声门闭合程度的测量和声带麻痹等病变疗效的客观评估。
4 参考文献
1 杨式麟，何平.频闪喉镜的原理和应用.中华耳鼻咽喉科杂志1996，31：123
2 Kitzing P.Stroboscopy-a pertinent laryngological examination.J Otolaryngol，1985,14:151.
3 Bless DM,Hirano M,Feder RJ.Videostroboscopic evaluation of the larynx.Ear Nose Throat J,1987,66:48.
, 百拇医药 4 Sataloff RT, Spiegel JR, Hawkshaw MJ, et al. Strobovideo-l aryngoscopy: results and clinical value. Ann Otol Rhinol Laryngol, 1991, 100:725.
5 Woo P.Quantification of videostrobolaryngoscopic findings-measurement of the normal glottal cycle.Laryngoscope,1996,106(S79):1.
6 Sercarz JA,Berke GS,Amstein D,et al.A new technique for quantitative measurement of laryngeal videostroboscopic images.Arch Otolarngol Head Neck Surg,1991,117:871.
7 黄昭鸣.嗓音和言语-语言病理学的基础和临床应用，见：王正敏主编.耳鼻喉科学新理论与新技术.上海：上海科技教育出版社，1997，151～169.
8 Sercarz JA,Berke GS,Ming Y,et al.Videostroboscopy of human vocal fold paralysis.Ann Otol Rhinol Laryngol,1992,101:567.
(1998-09-08收稿 1999-12-15修回), 百拇医药
单位：上海医科大学眼耳鼻喉科医院耳鼻咽喉科(200031)
关键词：动态喉镜；声带振动；声带麻痹
听力学及言语疾病杂志990307
【摘要】 目的 探索图像定量分析技术在声带振动研究中的应用。方法 应用计算机软件、分析60例正常人和20例单侧声带麻痹患者的动态喉镜图像。结果 正常组声带振动均呈规律性，多数声门闭合完全；麻痹组声带振动均不规律，多数声门闭合不全，发声相声门最小面积(Amin)麻痹组明显大于正常组，而最大面积(Amax)两组间无显著性差异。结论 动态喉镜计算机图像分析技术可用于声带振动功能的定量分析。
Application of Quantitative Analysis of Laryngostroboscopic Image
, http://www.100md.com
Wei Chunsheng,Wang Wei,Chen Xiaoling,et al.
(Department of Otolaryngology,EENT Hospital of Shanghai Medical University,Shanghai, 200031)
【Abstract】 Objective To study the application of quantitative measurement of laryngostroboscopic image on vocal fold vibratory function.Methods We adopted a new computerized image analysis technique in 60 normal speakers and 20 patients with unilateral vocal fold paralysis Results Normal speakers had regular vocal fold vibration with complete glottal closure in majority,while unilateral vocal fold paralysis patients appeared irregular vibration with incomplete glottal closure.The patients had larger minimal glottal area than the normal people,but maximal glottal area were similar between the two groups.Conclusion The quantitative measures of laryngostroboscopic image became feasible and could be used to analyze vocal fold vibration
, 百拇医药
【Key words】 Laryngostroboscopy Vocal fold vibration Vocal fold paralysis
动态喉镜采用差频原理，将声带振动减慢，被广泛用于喉部病变的诊断、术中监控和疗效观察等[1～4]，但迄今对其图像多为主观性观察。近年来，随着计算机技术的发展，精确、客观的定量分析成为可能[5，6]。现应用新开发的软件，处理正常人和单侧声带麻痹患者的动态喉镜图像，探索定量分析技术的初步应用。
1 资料与方法
1.1 临床资料 无喉部疾病及上呼吸道阻塞性病变的正常人，不嗜烟酒，男女各30例，年龄18～55岁，平均37.3岁；单侧声带麻痹患者20例，男7例，女13例，年龄29～81岁，平均50.1岁，病程半月至一年半。病因：甲状腺术后4例，颈部外伤2例，颈部肿块、肺结核、食管癌、胃溃疡术后各1例，不明原因10例，其中5例发病前有明确的“上呼吸道感染”史。
, 百拇医药
1.2 测试方法 硬管喉镜(90°)和动态光源系统(Bruel & Kjaer,type 5912)摄、录像机及监视器、计算机、图像卡(Inc Miro VIDEO DC30)动态喉镜图像处理软件：Dr.laryngology1.0(上海泰亿格电子有限公司开发)。
表麻后导入喉镜，充分暴露喉腔后，受试者发胸声区舒适的元音/i/，持续三个声带振动周期以上。录像机采用Pal制式，每40 ms录制一幅图像。经A/D转换输入计算机，编辑、测量发声时的声门面积(glottal area)和声门长度(glottal length)。以声门长度为校准，标化声门面积值。以振动图像帧数(frame)为横坐标，标化的声门面积(area/length)为纵坐标。绘制声门面积曲线(glottal area waveform,GAW)(图1)，从中求取发声相最大声门面积(Amax)和最小声门面积(Amin)。
, 百拇医药
图1 发声相声门面积曲线示意图
1.3 统计方法 数据行正态检验和方差齐性检验后，采用t检验，分析正常组和麻痹组之间声门闭合度的差异。
2 结果
根据由各声门面积值绘制的GAW波形之间的一致性，将声带振动模式分为振动规律和不规律(如图2、3)；根据发声相Amin是否等于零，将声门闭合分为闭合完全和不完全。统计分析见表1、2。
图2 正常人发声相GAW
(示声带振动规律、声门闭合完全)图3 单侧声带麻痹患者GAW
, 百拇医药
(示声带振动不规律，声门闭合不全) 正常组声带振动呈规律性(60/60，100%)，且多数声门闭合完全(51/60，85%)；麻痹组声带振动均不规律(20/20，100%)，且多数声门闭合不全(16/20，80%)。两者差异呈高度显著性(P<0.01)。
表1 受试者声带振动模式分类
振动规律
闭合完全
振动规律
闭合不全
振动不规律
闭合完全
振动不规律
闭合不全
, 百拇医药
正常组
51/60
9/60……
麻痹组……
4/20
16/20
表2 受试者发声时声门面积值
Amax
Amin
正常组
4.63±1.11
0.17±0.42
, 百拇医药
麻痹组
5.44±2.13
1.51±1.38
P
>0.05
<0.05
发声时，麻痹组声门最大面积略大于正常组，但无显著性差异(P>0.05)；而声门最小面积，麻痹组明显大于正常组，呈显著性差异(P<0.05)。
3 讨论
声带振动的研究方法包括动态喉镜、高速摄影和声门图等。由于动态喉镜检查具有直观、相对简便等优点，使用较为广泛。文中采用新开发的喉镜图像分析软件Dr.laryngology(1.0)，具有图像录制、选取、增强、放大、旋转等处理功能，并有自动求值、绘制曲线等特点，由于动态喉镜镜面与声带的距离可因同一受试者不同的测试内容以及各受试者间存在差异，为消除该误差，参照有关文献[5]，以声门长度(前后联合间的距离)为校准值，标化声门面积。
, 百拇医药
声带振动是一复杂的三维运动，既有轻微的开闭运动，又有垂直和水平方向的粘膜波动。根据肌弹性-空气动力学学说，声带振动是两侧声带肌内部弹力、来自呼吸系统的空气动力和Bernoulli效应相互作用的结果[1，7]。正常人声门多数闭合完全，少数闭合不全者，声带振动仍呈现一定的规律性。检测的正常人声带振动均呈现规律性，声门闭合完全率达85%。声带麻痹多为神经源性病变，其中又以喉返神经麻痹最常见。声带麻痹是一种弛缓性麻痹，振动的组织学基础即双重振动体结构(被膜层和体层)被“单一振动体”所取代，振动的规律性下降，且由于声带张力和弹性力减弱，更主要的是声带运动障碍，导致多数患者声门闭合不全[2，8]。文中检测结果显示麻痹患者声带振动均不规律，且80%患者声门闭合不全。参数Amin则纯粹反映了声门闭合的程度，麻痹患者Amin明显高于正常人。参数Amax体现发声相声门的最大开放度，它不同于呼吸相声门的最大宽度，因此尽管一侧声带运动障碍，但由于对侧声带运动良好，故Amax两组之间并无明显差异。此外这是否与本文收集的麻痹病例较少，可能掩盖了部分信息有关，还有待进一步的研究。
, http://www.100md.com
总之，利用计算机技术，将动态喉镜图像从定性分析发展为定量分析，并对单侧声带麻痹患者声带振动的特点作了初步探索，以期有助于临床上声门闭合程度的测量和声带麻痹等病变疗效的客观评估。
4 参考文献
1 杨式麟，何平.频闪喉镜的原理和应用.中华耳鼻咽喉科杂志1996，31：123
2 Kitzing P.Stroboscopy-a pertinent laryngological examination.J Otolaryngol，1985,14:151.
3 Bless DM,Hirano M,Feder RJ.Videostroboscopic evaluation of the larynx.Ear Nose Throat J,1987,66:48.
, 百拇医药 4 Sataloff RT, Spiegel JR, Hawkshaw MJ, et al. Strobovideo-l aryngoscopy: results and clinical value. Ann Otol Rhinol Laryngol, 1991, 100:725.
5 Woo P.Quantification of videostrobolaryngoscopic findings-measurement of the normal glottal cycle.Laryngoscope,1996,106(S79):1.
6 Sercarz JA,Berke GS,Amstein D,et al.A new technique for quantitative measurement of laryngeal videostroboscopic images.Arch Otolarngol Head Neck Surg,1991,117:871.
7 黄昭鸣.嗓音和言语-语言病理学的基础和临床应用，见：王正敏主编.耳鼻喉科学新理论与新技术.上海：上海科技教育出版社，1997，151～169.
8 Sercarz JA,Berke GS,Ming Y,et al.Videostroboscopy of human vocal fold paralysis.Ann Otol Rhinol Laryngol,1992,101:567.
(1998-09-08收稿 1999-12-15修回), 百拇医药