阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征和单纯鼾症者鼾声的基频及共振峰分析*

彭好 许辉杰 黄魏宁 杨弋 贺宇霞 李传颖

阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征(obstructive sleep apnea-hypopnea syndrome,OSAHS)是一类常见的睡眠呼吸障碍性疾病， 多导睡眠监测(polysomnography,PSG)是诊断OSAHS的金标准。但是，PSG需要患者来医院或睡眠中心整夜监测，检查时需安装多个导联，患者会感觉不舒适，影响正常睡眠，且检查费用昂贵。因此，能否研究出一种针对OSAHS患者的无创、简易、方便、精确的监测方法成为最近的研究热点。

响亮的鼾声是OSAHS患者的主要临床表现之一，目前，借助嗓音声学研究方法对此类患者鼾声的声学特征进行分析，并对OSAHS患者和单纯打鼾(simple snoring,SS)者的鼾声特点进行了一系列研究[1～3]，旨在寻找一种基于鼾声分析的简易、经济、准确的对OSAHS进行筛查的方法。本研究借助语音分析软件对单纯鼾症和轻、中、重度OSAHS患者的鼾声基频和共振峰进行分析和比较，进一步为通过鼾声分析大致识别OSAHS与SS以及判断OSAHS的严重程度提供研究思路。

1 资料与方法

1.1研究对象 2010～2011年以打鼾为主诉于北京医院耳鼻咽喉科就诊，经PSG检查，根据中华医学会耳鼻咽喉头颈外科学分会2009年制定的《阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征诊断和外科治疗指南》[4]诊断为OSAHS及SS的患者70例，所有患者均为男性。其中SS组20例，年龄31～74岁，平均45.3±8.82岁，平均体重指数(body mass index,BMI)25.6±2.23；OSAHS组50例，年龄24～58岁，平均41.9±9.14岁，平均BMI 28.3±3.12,平均呼吸暂停-低通气指数(apnea-hypopnea index,AHI)31.7±21.34,其中轻度16例，中度15例，重度19例。所有患者行常规耳鼻咽喉科检查，排除上呼吸道肿瘤、神经肌肉疾病，均无上呼吸道手术史。

1.2仪器设备 鼾声监测系统：传声器(MP201，北京声望声电技术有限公司)频率响应范围0.02～20 kHz，本底噪声<16 dB A；前置放大器(MA211，北京声望声电技术有限公司)，频率响应范围0.02～100 kHz，本底噪声<2.0 μV(A)，衰减<0.5 dB；恒流电压源(BW61011型，上海北智仪器设备公司)，外置声卡(Creative Soundblaster，马来西亚，采样精度16 bit)，BNC-BNC线缆(北京声望声电技术有限公司)，声级计(HS5633型，浙江)，笔记本电脑(IBM Think Pad 400 WindowXP操作系统)。

睡眠监测系统：多导睡眠监测仪(德国Model SOMNOscreen plus/EEG10-20)。

1.3监测方法

1.3.1多导睡眠监测(polysomnography,PSG) 所有患者在睡眠监测室里行整夜多导睡眠监测，监测前禁服任何安眠及镇静药物。检查内容包括脑电、眼电、下颌肌电、口鼻气流(热敏)、胸腹运动、血氧、脉搏、腿动导联。由一名多导睡眠监测技师(RPSGT)根据美国睡眠协会的PSG人工判读标准对所有患者监测结果进行人工判读。然后进行睡眠呼吸障碍的相关诊断。

1.3.2鼾声监测 在睡眠监测室内与睡眠监测同步进行，环境本底噪声<35 dB(A)，监测时间为当夜11点至次日晨5点，共6小时。所有患者睡前不使用任何镇静催眠药物，在自然状态下入睡。将传声器垂直悬吊于患者头部之上，使之在患者仰卧位时位于口鼻之间，距皮肤表面18～20 cm，声信号经麦克风采集后通过恒流电压源放大，再经过外置声卡进行数字转换，最后输入电脑，使用windows下的音频软件Adobe Audition对声信号进行记录并保存于硬盘中。信号采样率为16 000 Hz，采样精度为16 bit。鼾声均通过倾听监测录音进行确认，从每例患者的整夜鼾声中随机截取分布于不同时间段的鼾声各10次作为样本进行分析。利用语音分析软件Prrat(Prrat 5141,荷兰)，分别提取、计算每个鼾声样本的基频(fundamental frequency,FF)和前三个共振峰(F1、F2、F3)值，并进行分析比较。

1.4统计学方法 采用SPSS18.0统计软件对各项指标进行统计学分析。用Mann-Whitney方法进行非参数检验，P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

70例患者共截取鼾声样本700个,其中SS组200个,OSAHS组500个(轻度160个，中度150个，重度190个)。

2.1SS组和OSAHS组鼾声基频特点 SS组的鼾声具有明显的基频，语图显示基频连续稳定(图1)，基频值为34.56～218.76 Hz，平均86.7±34.06 Hz，中位数为79.57 Hz；基频在100 Hz以内的鼾声有153个(76.50%，153/200)，每例不同时间段截取的鼾声基频变化不大。SS组200次鼾声基频的散点图见图2，可见100 Hz以下的基频散点图曲线比较平直。

图1 SS患者一次鼾声的语图 ▲ 表示连续基频

图2 SS组鼾声基频散点图

OSAHS组的部分鼾声基频不能测出(基频缺失)，鼾声语图表现为一次鼾声中基频的不连续和不稳定(图3)，轻度OSAHS组160个鼾声中64个鼾声基频缺失(40.0%)，中度OSAHS组150个鼾声中90个鼾声基频缺失(60.0%)，重度OSAHS组190个鼾声中92个鼾声基频缺失(48.42%)，因而无法统计出平均基频值。

图3 OSAHS患者一次鼾声语图 ▲ 表示不连续的基频片断

2.2SS组和OSAHS组鼾声的共振峰比较 SS组与OSAHS组鼾声的F1、F2、F3频率值比较见表1。可见，SS组鼾声的F1、F2、F3值均较OSAHS组的小，且两组的F1、F2、F3的差异有统计学意义(P<0.05)。由表2和表3可见，在OSAHS组中，F1值在轻、中、重三组中逐渐升高，且在任意两组间的差异均有统计学意义(P<0.05)。轻度组鼾声F2和F3较中、重度组低，但中度与重度OSAHS组鼾声的F2值差异无统计学意义，轻度OSAHS组与中、重度OSAHS组患者鼾声的F3值差异均无统计学意义。

表1 SS组与OSAHS组鼾声的F1、F2、F3值比较

注：*与SS组比较，P<0.05

表2 不同程度OSAHS组鼾声F1、F2、F3值比较

表3 不同程度OSAHS组与SS组之间及不同程度OSAHS组之间鼾声F1、F2、F3比较的P值

3 讨论

鼾声是睡眠时上气道软组织，如软腭、咽腔壁、会厌、舌等结构的振动产生的声音,鼾声的形成与上气道某个部位的狭窄、阻塞密切相关。上气道是鼾声共鸣腔，鼾声产生后经共鸣腔的作用，能量得以重新分布，某些频段的能量加强，某些频段的能量减弱，形成共振峰，共鸣腔的空间形态和大小对共振峰有很大影响[5]。语音是由发声器官产生的，发声时的气流同样受到声道(从声带到口唇或鼻孔)中各空腔的共振作用[6]。语音分为元音和辅音，元音是口腔没有阻碍时的浊音，而辅音是发声时口腔的不同部位以不同的方式对气流有阻碍的一些声音，根据声带有无振动，分为清辅音和浊辅音；发清音时声带不振动，因气流在由喉至唇的通路中所受阻塞或摩擦的作用不同而又分为塞音、擦音和塞擦音。因此，鼾声在上气道中的产生和传播与语音中的辅音具有一定的相似之处[7]，这也是本研究尝试使用语音分析软件对鼾声进行分析的原因。

3.1鼾声的基频分析 在语音学中，基频指声带振动所产生的基本固有频率[7]，其大小与声带的长短、薄厚、紧张度有关，它反映语音的音调。许辉杰等[1]通过对SS者鼾声与OSAHS患者阻塞性呼吸暂停后的第一次鼾声进行频谱分析，认为前者有明显的基频-谐波结构，而后者缺乏基频-谐波结构，和噪声类似，对于OSAHS患者其它类型的鼾声则没有提及。Miyazaki等[8]通过结合上气道测压和鼾声分析技术，分别对软腭区、扁桃体或舌根区、软腭-扁桃体舌根联合区、喉咽区阻塞为主的OSAHS患者的非阻塞后鼾声的基频进行了监测，发现基频小于150 Hz的鼾声大部分来源于软腭区,而扁桃体或舌根区和喉咽区的鼾声基频值极差大，且均值高，并且认为鼾声的基频分析对OSAHS的程度和阻塞部位诊断是很好的辅助手段。

从本研究结果看，SS组的鼾声有明显的基频，且同一SS患者的鼾声基频值比较稳定。根据SS患者基频的散点图，可见其鼾声的基频在100 Hz以下的曲线较平直,在100 Hz以上者所占比例较低。根据基频的定义，基频的高低应与声音的来源结构有关，Quinn等[5]在睡眠内镜下的观察发现，鼾声可以来源于软腭、会厌上部、扁桃体、舌根的振动，其中软腭来源的最多(70%)，非软腭来源较少。因为软腭来源的鼾声振动频率较低[9]，所以推测基频在100 Hz以下的鼾声以软腭来源为主，但是由于本组例数有限，鼾声基频与来源的对应关系有待于进一步的研究。

文中OSAHS组患者的部分鼾声基频缺失,中度和重度患者表现得尤为明显，其原因可能是：①OSAHS患者的部分鼾声，特别是阻塞后的第一次鼾声，是在阻塞性呼吸暂停结束时，关闭的上气道腔突然开放，其上部和下部气流的压力骤然平衡，使上气道在短暂的时间内重复发生多次开闭而产生，没有基频-谐波结构，更类似于噪声[1]；②由于OSAHS患者上气道狭窄和顺应性高，从吸气开始到结束的过程中上气道塌陷程度和阻力都可能存在较大变化，从而影响上气道组织的振动；③本研究是采用prrat语音分析软件分析鼾声的基频，其基频的提取方法也是基于语音，对于这种类似噪声的鼾声的基频提取可能存在一定缺陷。

3.2鼾声的共振峰分析 共振峰是声学、语音学中的一个概念，是声腔的共鸣频率，是反映声道谐振特性的重要特征，它代表发音信息的最直接的来源。国内有学者比较了OSAHS患者手术前后语音的共振峰变化，徐文等[10]发现0SAHS患者行H—UPPP术后因上气道的阻塞性因素解除，声道共鸣腔结构的扩大，发声特点出现改变，随术后时间的延长，共振峰频率逐渐增高。盛建飞等[11]发现软腭射频消融术对轻中度OSAHS患者的嗓音共振峰没有明显影响。Ng等[12]对OSAHS和SS患者的鼾声共振峰频率进行研究，发现OSAHS患者的鼾声比SS者的鼾声共振峰频率高，特别是F1 ，并认为F1>470 Hz时高度提示OSAHS,对于区分OSAHS和SS具有较高的敏感性和特异性。本研究的发现与Ng类似，即OSAHS组鼾声的F1频率显著高于SS组(P<0.05)；另外，OSHAS组内F1的频率由低到高分别为轻度组、中度组、重度组，且差异都具有统计学意义，表明F1在三个共振峰中的意义最大。但本研究得出的F1、F2、F3频率值与Ng等[12]具有较大差异，考虑可能与入选患者的情况、使用的仪器设备、鼾声采集方法及分析软件的差别有关，这些差别也被认为是目前各鼾声研究文献结果存在差异的主要原因之一[13]。由于本研究尚处于初步阶段且例数有限，故尚不能得出对SS和OSAHS可能具有区分意义的F1数值。

共振峰频率的特点是共鸣腔的空间结构特点的反映，语音共振峰高低与声道的长度和形态有关。传统元音声道模型理论认为：F1与咽腔的收缩程度有关，F1与开口度即舌位高低直接相关，舌位越高，Fl的频率就越低；F2与舌位前后有关，舌位越靠后，F2的频率就越低；F3与软腭下降及腭咽闭合有关，软腭下降越低，F3就越低[12]，而对于辅音的共振峰没有统一的模型。鼾声虽然与语音有相似之处，但其产生机理、来源及其发出时共鸣腔的形态都与语音有不同之处，因此，其共振峰的形成机制和影响因素也具有和语音不同的特点。根据本研究和Ng等[12]的研究结果，初步推测鼾声共振峰特点与上气道狭窄程度相关，与SS者相比，OSAHS患者的上气道更狭窄，因此共振峰频率升高；而随着AHI指数升高，上气道的狭窄程度也升高，所以重度OSAHS患者鼾声的共振峰值最高；三个共振峰中F1的意义最大，如果对患者整夜睡眠鼾声的共振峰，特别是F1进行分析，可能有助于大致区分OSAHS患者及SS者和大致判断OSAHS患者的严重程度。除了气道的总体狭窄程度以外，气道的长短，特别是软腭后及舌后区域等不同水平的形状和狭窄程度等其他影响气道空间形态的因素也会对共振峰的高低产生不同影响，这些问题需结合影像学检查进一步深入细致的研究。

对于鼾声的产生机制和声学特征的研究源于20世纪80年代。国内外学者通过对鼾声的频谱分析[1,14，15]、峰频率[16]、强度[15]和心理声学指标[17]等对于单纯鼾症者及阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征患者的鼾声声学特征进行了一系列的研究，试图通过鼾声分析找到一种能够对鼾症进行诊断的简便经济的检查方法，但这些研究尚不成熟。本研究仅对OSAHS患者和SS者鼾声的基频和共振峰进行了初步分析，关于鼾声的其他声学特征以及鼾声分析的临床应用价值还需要今后深入研究和探讨。另外，此次研究借助了语音分析软件，还有待于开发专门用于鼾声分析的软件。

4 参考文献

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