侧腭化语音障碍儿童舌体运动模式的多模态研究△

朱孟贤 姜成惠 周广超 汪彬昺 李盛 施星辉

腭化和侧化发音是临床上较常见的一种语音障碍，是由不正常的舌腭接触造成的一种异常发音模式。Fukusako在1974年对腭裂患者牙槽辅音的研究中首次提出腭化发音这一概念；腭化发音时，舌体收缩使舌与硬腭后部边界及软腭前部接触闭合，使气流从舌体中间通过。Foster在1960年对腭裂患者的语音研究中首次提出了侧化发音；侧化发音时，舌侧缘未与上颌牙槽突接触，如同英语中[l]发音，气流从舌侧缘溢出。超声舌影像技术(ultrasound tongue imaging，UTI)可实时、直观地捕捉发音过程中舌体软组织的运动状态[1, 2]，已在腭裂患者语音[3]、舌癌患者术后语音障碍[4]、功能性语音障碍及运动性构音障碍[5, 6]等群体中有一些尝试性的研究；国内研究也发现，超声也是一项有效的嗓音诊断辅助检查手段[7]。虽然侧腭化发音主要涉及辅音，但是临床发现，侧腭化发音累及的音节在元音分布上有一定规律，特征元音可能对侧腭化构音的产生有一定的影响；同时，作为侧腭化发音系列研究的起步，元音构音特征是一个很好的尝试。目前针对侧腭化异常发音的形成机制尚缺乏深入认识，故本研究采用超声舌成像技术联合声学分析技术，研究侧腭化发音患者发普通话单元音的舌体运动模式和声学特征，为临床侧腭化发音的诊治提供参考。

1 资料与方法

1.1研究对象及分组 招募2019年9月至2020年11月期间在南京医科大学附属口腔医院语音康复门诊就诊的侧腭化发音患者(侧腭化组)18例。因临床上侧腭化构音障碍的患者以男性为主，所以本研究样本性别均为男性。年龄4～13岁，平均6±0.6岁。侧腭化组研究对象的纳入标准：由两位语音师评估后共同诊断为侧腭化异常发音；无口腔颌面部器质性病变；以汉语普通话为主要交流语言；无听力、认知障碍；口腔内无金属修复体；无其他嗓音异常；未进行正畸治疗。另设立对照组18例，均为男性，年龄4～10岁，平均6±0.3岁，纳入标准：要求无言语、嗓音异常或障碍；以汉语普通话为主要交流语言；无听力、认知障碍；口腔内无金属修复体；未接受正畸治疗。本研究获得南京医科大学附属口腔医院伦理委员会的批准。在研究前对所有受试者均进行了研究介绍并且签署了知情同意书。

1.2语音样本 以普通话中8个基本单元音为主要考察语料，包括[a]、[o]、[]、[i]、[u]、[y]、[]、[]，这8个元音是汉语普通话中最常见的单元音，参与了绝大多数音节的构成。[]和[]是元音[i]的两个音位变体，其中元音[]主要来自[ts, tsH, s]，[]主要来自[t§, t§H, §]。

1.3普通话元音舌体运动超声影像采集 研究在南京医科大学附属口腔医院口腔影像科B超室内进行(本底噪声<40 dB A)。采用PHILIPS HD7超声仪器(C5-2探头，频率30 Hz，深度10 cm)记录两组研究对象在发音时的舌体运动模式。同步通过JVC摄像机(型号：GZ-R10SAC)进行视频采集，其中音频信号由连接摄像机的麦克风(型号：Sony UWP-D11)置于研究对象衣领处(约在颏下10 cm处)进行同步采集，声级计测得该处噪声水平为28 dB A。有研究表明[8]，低阶的共振峰抗噪能力比较强，高阶共振峰在有噪声的情况下会产生比较明显的偏移或者消失。本研究主要结果在F1、F2上，即在低阶共振峰上，抗噪声能力强。

研究人员手持探头握柄，为避免空气等对超声成像造成干扰，在超声探头上涂抹适量超声耦合剂，将扇形探头顶端置于研究对象颏下皮肤，使探头与颏下皮肤紧密接触但不用力挤压，以免造成舌体形变。采集舌矢状位图像：将超声探头置于下颌骨颏棘点和舌骨连线上，前后调整至舌体图像(从舌尖至舌根)清晰可视。在研究人员的带读下，研究对象以每秒1个音节的速度将每个元音跟读5遍。采集冠状面图像：在舌矢状面图像采集完成后，将超声探头顺时针旋转90°，前后调整探头位置至舌体图像清晰后保持静止，重复上述发音过程进行舌冠状面图像的采集。超声影像数据以研究对象编号命名，以MTS格式存储。

将保存的MTS格式视频文件，导入Adobe Premiere Pro 2020@，由一位研究人员(第一作者)对每个元音5次发音的中间3次的舌体运动模式进行逐帧分析，确定每个元音每次发音的中位数帧，并截取中位数帧的舌超声图像。将截取的图像导入Adobe Photoshop 2020@中，利用标尺功能测量所截取图像中的以下指标，取3次的均值记为该指标值(图1):①矢状面舌体高度(saggital height of peak point，SHP)：以cm为单位测量P1点到D1点连线的距离，该值越大表明舌体高度越高，舌体收缩越强;②矢状面舌尖舌高点距离(sagittal distance between tongue tip and peak point，SDTP)：以cm为单位测量B1点到D1点的距离，该值越小表明舌高点越接近舌尖，舌尖部收缩越明显;③矢状面舌体长度(sagittal distance between tongue root and tip，SD)：以cm为单位测量A1点到B1点的距离，该值越小表明舌体收缩越强;④矢状面舌背约束指数(sagittal tongue dorsum constraint index，STCI)：SHP值和SD值的比值，该值越大表明舌体收缩越强;⑤矢状面舌高点偏移指数(sagittal peak point offset distance，SPOD)：SDTP值和SD值的比值，该值越小表明舌高点越接近舌尖，舌尖部收缩越明显;⑥冠状面舌体高度(coronal height of peak point，CHP)：以cm为单位测量P点到D点的距离，并规定冠状面向上突起高度为负值，向下突起高度为正值,该值越小表明舌体向上凸起越明显，腭化发音模式越严重;⑦冠状面舌体宽度(coronal distance，CD)：以cm为单位测量A点到B点的距离，该值越大表明舌体宽度越大，即舌体向两侧扩展越大，舌面趋于平坦，腭化发音模式越严重;⑧冠状面舌背约束指数(coronal tongue dorsum constraint index，CTCI)：PD值和AB值的比值，并规定冠状面向上突起高度为负值，向下突起高度为正值,该值越小表明舌向上突起趋势越严重，腭化发音模式越严重。

1.4普通话元音声学分析 两组对象普通话元音声学数据的采集于南京医科大学附属口腔医院语音治疗室的录音室内进行(本底噪声<40 dB A)。通过安装有软件Audacity@(2.1.2)的便携式电脑(LenovoThink Pad)连接单向拾音器(SHURE@SM58)进行语音采集,研究对象端坐于拾音器前，保持口距离拾音器10 cm左右，采样频率44.1 kHz；在研究人员的带读下，研究对象以每秒1个音节的速度将每个元音跟读五遍，录制完毕后，声学数据以研究对象编号命名，以WAV格式保存。

提取各元音的第一共振峰F1、第二共振峰F2、第三共振峰F3。通过Praat@6.1.16语音分析软件导入音频数据，为避免产生首尾音节的扭曲现象，选取每个元音5个发音中的中间3个，通过Format listing获取该元音的F1、F2、F3，每个元音取3次共振峰的均值记为该元音的共振峰值。

1.5统计学方法 采用SPSS 23.0统计软件对实验数据进行分析，对于符合正态分布的数据采用独立样本t检验分析病例组和对照组之间的统计学差异，对于非正态分布的数据采用U检验，P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1侧腭化组和对照组发元音时舌体的超声影像指标比较 侧腭化组和对照组超声舌体图像的分析结果见表1～8，可见，在发元音 [a]、[o]、[]、[i]、[u]、[y]时,仅表现出冠状面指标的差异；侧腭化组的CHP和CTCI 指标小于正常对照组，差异有统计学意义(P<0.05)。

表1 侧腭化组和正常组发[a]音时舌体的超声影像测量数据

表2 侧腭化组和正常组发[o]音时舌体的超声影像测量数据

表3 侧腭化组和正常组发[]音时舌体的超声影像测量数据

表3 侧腭化组和正常组发[]音时舌体的超声影像测量数据

组别CD(cm)CHP(cm)CTCISD(cm)SHP(cm)SDTP(cm)SPODSTCI侧腭化组4.966±1.537-0.535±1.047-0.066±0.1988.447±1.3613.852±1.0034.431±1.0370.524±0.0910.459±0.112对照组3.892±1.1080.431±0.5410.117±0.1228.546±1.6923.890±1.2414.412±1.3480.510±0.0990.461±0.129P值0.0220.0020.0020.8490.9200.9630.6710.982

表4 侧腭化组和正常组发[i]音时舌体的超声影像测量数据

表5 侧腭化组和正常组发[u]音时舌体的超声影像测量数据

表6 侧腭化组和正常组发[y]音时舌体的超声影像测量数据

表7 侧腭化组和正常组发[]音时舌体的超声影像测量数据

表7 侧腭化组和正常组发[]音时舌体的超声影像测量数据

组别CD(cm)CHP(cm)CTCISD(cm)SHP(cm)SDTP(cm)SPODSTCI侧腭化组4.632±1.789-0.206±1.1680.018±0.1958.282±1.0172.644±0.8233.852±0.9740.466±0.1040.317±0.079对照组5.056±0.9620.717±0.2760.146±0.0638.569±1.4792.357±0.8284.819±1.0990.564±0.0990.279±0.105P值0.3840.0040.0150.5020.3040.0090.0070.231

表8 侧腭化组和正常组发[]音时舌体的超声影像测量数据

表8 侧腭化组和正常组发[]音时舌体的超声影像测量数据

组别CD(cm)CHP(cm)CTCISD(cm)SHP(cm)SDTP(cm)SPODSTCI侧腭化组4.621±1.638-0.479±1.199-0.047±0.2299.044±1.6392.787±0.8713.834±0.9740.426±0.0790.308±0.073对照组3.929±1.1510.573±0.5920.169±0.1359.583±1.7462.865±0.7394.842±1.2460.507±0.0950.304±0.080P值0.1530.0030.0020.3460.7730.0110.0090.900

2.2侧腭化组和对照组发元音时F1、F2、F3比较 侧腭化组和对照组发各元音的F1、F2、F3结果见表9～12，可见，侧腭化组发[]音的第二共振峰大于对照组，差异有统计学意义(P<0.05)，其余7个元音的F1、F2、F3均无统计学差异(P>0.05)。

3 讨论

元音发音稳定，在音节长度及强度上占有较大优势，便于超声仪器获得舌体稳定的图像(stone等，2005)。从声学角度看，元音发音时发音器官间无直接接触，声谱中无噪声成分，有特定的共振峰型，易获得准确的数据。故本研究联合超声影像技术和声学分析技术，观察分析侧腭化发音患者发单元音时舌体运动模式，结果表明，侧腭化发音患者发单元音时舌体的运动模式与正常儿童存在差异，侧腭化组表现出舌体中线上抬和舌尖部收缩，发[a]、[o]、[]、[i]、[u]、[y]时仅冠状血指标出现差异，发[]、[]时矢忙面和冠状面指标均出现差异，说明侧腭化发音在发[i]音的变体音[]、[]时表现的犹为明显。因此在未来的侧腭化语音研究中，[i]音及[]、[]音更适合作为研究语料。Mann等(2007)认为，在儿童语音发展过程中，[]音要比[]音更早习得，未来对于低龄段儿童的侧腭化语音的研究中，[]音是一个更好的选择。

文中超声影像结果提示，所有研究对象的舌体运动超声影像冠状面指标CTCI值、CHP值均显著小于对照组，说明侧腭化发音时舌体中线上抬，与先前研究结果一致。Michi等在1986年利用腭电图仪对腭化发音患者检查发现，患者发音时舌体上抬，气流从两侧颊侧间隙中流出。本研究结果显示在矢状面图像中，侧腭化组发[]、[]音时的SDTP 和SPOD值显著小于对照组，提示侧腭化发音时舌尖部收缩明显。1981年Yukari等通过头颅侧位片研究侧腭化构音时发现，侧腭化发音的舌位表现为舌尖部收缩和舌背中后部上抬，使得舌与硬腭后部接触；本研究结果与此基本一致。

表9 两组发元音[a]、[o]时F1、F2、F3比较

表10 两组发元音[]、[i]时F1、F2、F3比较

表10 两组发元音[]、[i]时F1、F2、F3比较

组别[ɘ]F1F2F3[i]F1F2F3侧腭化组637.654±116.7231501.504±270.0253161.687±669.306443.439±107.8632253.364±1052.1743546.451±392.034对照组993.817±141.4241371.003±250.4813395.207±221.604628.277±138.3372489.920±1143.0323637.672±226.802P值0.5800.3030.1690.3160.5230.399

表11 两组发元音[u]、[y]时F1、F2、F3比较

表12 两组发元音[]、[]时F1、F2、F3比较

表12 两组发元音[]、[]时F1、F2、F3比较

组别[ɨ]F1F2F3[ʉ]F1F2F3侧腭化组420.403±109.1671770.837±627.6043312.525±525.266495.806±102.7552058.083±329.3843221.616±411.369对照组493.732±144.6651770.837±627.6043320.782±324.971540.330±109.7621780.667±395.6952930.992±652.487P值0.5800.0940.9560.2180.0290.119

共振峰F2与舌位的前后密切相关，舌位越靠前，F2越高；舌位越靠后，F2越低。本研究结果提示侧腭化组发[]音的F2显著增大，表明侧腭化发[]音时舌位靠前，这与[]音的超声指标结果一致。除[]音外, 其他元音的声学共振峰未发现显著性差异，考虑主要是由于声学共振峰对于舌体位置的提示作用尚存在争议。Savariaux等1995年报道，F1和F2是元音发音时舌体在上下维度及前后维度的关键感知指标；也有学者比较元音[u:]和[ʊ]在音节“fool”和“full”中的超声舌型和声学指标发现，音节“fool”中舌体位置明显向前，但声学指标F2并没有显著差异，因此提出共振峰F2并不能敏感地提示舌体位置的细微改变[9]，声学指标在提示细微舌体形态改变的敏感度上不如超声影像技术。因此，侧腭化构音的舌体运动研究中，超声影像分析是一项更有效、更可靠的方法。

本研究利用超声成像技术和声学分析技术对于侧腭化发音障碍患者发单个元音时舌体的形态特征进行了研究，发现发[i]音的变体音[]、[]时的超声舌体图像对于侧腭化语音功能障碍具有明显的提示作用。侧腭化发音的超声图像表现为冠状面的舌中线上抬，矢状面表现为舌尖部收缩，舌高点前移。但本研究采用的测试语料较为单一，仅为普通话中的单元音；在未来研究中，可针对辅音+[i]音的音节进行进一步的研究。侧腭化构音在腭裂术后患者中常见，目前尚缺乏对侧腭化构音伴腭裂和不伴腭裂之间的比较，因此，在下一步研究中，可根据是否伴腭裂进行深入研究。本研究针对侧腭化发音异常患者治疗前，今后可展开对治疗前后的对比研究，为临床诊治提供更为丰富的参考。