CC BY
1УДК 004.934.2
ОСОБЕННОСТИ ГОЛОСА У ДЕТЕЙ ПОСЛЕ ОПЕРАЦИЙ НА ГОРТАНИ
Младший научный сотрудник, Республиканский специализированный научно-практический медицинский центр педиатрии (РСНПМЦП), Ташкент, Узбекистан
НАДЖМУТДИНОВА НОЗИМА ШАМСУТДИНОВНА
Научный руководитель - доктор медицинских наук, РСНПМЦП, Ташкент, Узбекистан
АБДУКАЮМОВ АБДУМАННАП АБДУМАЖИДОВИЧ
доктор медицинских наук, РСНПМЦП, Ташкент, Узбекистан
ИНОЯТОВА ФЛОРА ИЛЬЯСОВНА
руководитель научной программы, академик АН РУз, РСНПМЦП, Ташкент, Узбекистан
Аннотация. В статье представлены результаты исследования гортани детей больных с дисфонией проведенные методами ларингоскопии и спектрального компьютерного акустического анализа голоса. В исследованиях были обследованы 113 детей в возрасте от 3 до 17 лет с охриплостью голоса при длительности дисфонии более 1 месяца после проведенных оперативных вмешательств в области гортани. Врачом фониатром проводилось визуальное обследование гортани и оценивалось состояние гортани методом видеоэндостробоскопии. Методом компьютерного акустического анализа голоса были получены спектрограммы с показателями акустических характеристик голоса. Результаты показали, что после операции на гортани у больных детей наблюдается улучшение дыхательной функции гортани, но не всегда улучшается голосовая функция. Результаты исследования показали, что при дисфункции движения голосовых связок показатель нулевых точек был в 3,9 раза выше, чем этот показатель в контрольной группе здоровых детей. Установлено, что информативными являются показатели минимальных и максимальных значений звукового сигнала и энергия дискретных сигналов. Большинство параметров характеристики голоса (громкость, высота, тембр, частота основного тона) являются субъективными характеристиками, которые могут варьироваться в широких пределах, имея лишь некоторые различия в максимальных и минимальных значениях. Однако, акустические характеристики голоса являются объективными характеристиками, которые позволяет быстро и качественно оценить степень нарушения голоса, оценить эффективность проводимого лечения и разработать тактику лечения дисфонии.
Ключевые слова: голос, дисфония, видеоэндостробоскопия, компьютерный спектральный акустический анализ голоса, спектрограмма.
Дисфония - это нарушение голосовой функции, которое выражается слабостью, хрипотой и осиплостью голоса детей в виде охриплости различной степени от острого ларингита до тяжелых поражений респираторного папилломатоза и заболеваний гортани (узелки голосовых связок, односторонние парезы голосовых связок). Модифицирующими факторами дисфонии (факторами приводящими или провоцирующими дисфонию) могут быть: операции или манипуляции по обеспечению неотложной проходимости дыхательных путей, или непосредственно на гортани, что может привести к изменениям структуры гортани и патологии голоса [1]. Длительная эндотрахеальная интубация приводит к дисфонии - так прямая ларингоскопия при интубации у 94% больных вызывает травму гортани с потерей
АЛИЕВА МУНИРА УЛУГБЕКОВНА
ВВЕДЕНИЕ
голоса в течение более четырех дней (в среднем девять дней) [2]. При этом постоянные паттерны, наблюдаемые при длительной интубации, включают отек гортани и изъязвления средней и задней трети голосовых складок. У 44% больных при длительной интубации (более 4 недель) могут развиться гранулемы голосовых складок. В 18% случаев наблюдается длительная истинная неподвижность голосовых связок в течении месяца после экстубации, так же может развиваться хроническая голосовая дисфункция после длительной интубации. Кратковременная интубация при общей анестезии может привести к дисфонии и патологии голосовых связок в более чем 50% случаев, при этом нивелирование симптомов происходит через 5 дней [3]. У новорожденных детей длительная интубация может привести к эрозии черпаловидного отростка и изъязвлению слизистой задней комиссуры с развитием дисфонии. Хроническая дисфония довольно часто встречается у детей младшего возраста от 15 до 24%. У детей дисфония в 77% случаях обусловлена узелками на голосовых складках, которые при отсутствии полноценного лечения могут длительно сохраняться и до подросткового возраста
[4]. Причинами дисфонии могут быть также черепно-лицевые аномалии, такие как орофациальные расщелины, связанные с нарушением голоса, обусловленные резонаторными расстройствами, требующими совершенно другого подхода, как к диагностике, так и лечению
[5]. У младенцев причинами дисфонии могут быть родовая травма, внутричерепная патология (мальформация Арнольда-Киари), образования задней ямки или патология средостения [6].
Традиционно для диагностики дисфонии используются визуализация гортани с помощью ларингоскопии. Однако, обследование ларингоскопией необходимо проводить после трех месяцев длительности дисфонии, так как позитивные изменения могут носить преходящий характер с учетом модифицирующих факторов и клинической картины заболевания.
В настоящее время диагностика и эффективное лечение дисфонии обеспечивается внедрением в практику врача фониатра современных инновационных методов оценки состояния голосовой функции гортани. Метод компьютерного спектрального акустического анализа голоса является неинвазивным методом диагностики дисфонии, который основывается на субъективных и объективных данных голоса пациента [7,8,19,10], а акустические параметры голоса объективно отражают качественные и количественные характеристики голоса [11,12,13].
Цель данной работы - изучение параметров голоса детей с дисфониями методом компьютерного спектрального акустического анализа голоса и выявление особенностей функциональных характеристик голоса детей с дисфониями.
Материал и методы исследования
В исследованиях были обследованы 113 детей в возрасте от 3 до 17 лет с дисфониями, 65 мальчиков (57,5%) и 48 девочек (42,5%). По возрасту больные дети были: 3 -6 лет - 63 больных (55,8%), 7-11 лет - 32 больных (28,3%), 12-17 лет - 18 больных (15,9%). Субъективная оценка степени нарушения голоса (степень охриплости голоса) была проведена по специальной шкале N. Yanagihara (1967г.) в баллах от 0 по 5 [14]: 0 - нормальный голос; 1 - глухой голос; 2 - легкая степень охриплости; 3 - средняя степень охриплости; 4 - тяжелая степень охриплости; 5 - афония.
Основные акустические характеристики голоса пациентов были оценены на основании метода спектрального компьютерного анализа голоса. В специальном помещение кабинета, снабженного звукоизоляцией, голоса детей записывали с помощью микрофона, оснащенного встроенным измерителем уровня шума. Микрофон располагали на расстоянии 30 см от рта ребенка. Оптимальным режимом для записи голоса был уровень шума не более 40 дБ. В качестве тестового сигнала записывали протяжный звук «а» с частотой дискретизации звука (sample rate) 44,1 кГц [3], а на микрофоне осуществляли запись звучания голоса ребенка на компьютере с аудио сигналами wav формата с частотой дискретизации 44100 Гц, типа mono в программном обеспечение для записи и редактирования записи аудио данных Audacity.
Записи голосов детей были проведены при произношение гласных звуков «А», «И», «У» с одинаковой силой голоса и получены соответствующие спектрограммы.
На основание спектрограмм были созданы графики и проведена оценка голосов по пяти акустическим параметрам голоса:
1) Энергия дискретных сигналов (Energy of discrete signals) имеет важную роль при обнаружении полезных сигналов на фоне помех и шумов, т.к. полезные компоненты звуковых сигналов имеют большую энергию, чем случайные помехи и шумы. Энергия дискретного сигнала формируется как сумма квадратов отсчетов на заданном отрезке:
N-1
E = £ X 2(0 (1)
к=1
Энергия дискретных сигналов характеризует силу затрачиваемую на выработку голоса.
2) Энтропия (Entropy) - мера полезной информации в процессе передачи звуковых сигналов, т.е. количество информации, приходящейся на одно элементарное сообщение источника звуковой волны. Звуковые сигналы нужные и полезные для получателя являются информацией, а неполезные сигналы - это шумы и помехи. Если сигнал на выходе канала связи является точной копией сигнала на входе то, с точки зрения теории информации, это означает отсутствие энтропии, а отсутствие шума означает максимум информации. Мерой количества информации К. Шеннон предложил считать функцию, названную им энтропией
где: pi — вероятность наступления i-го исхода.
Показатель энтропии не зависит от громкости записи и от того с какой силой произнесен голос. Показатель энтропии является личностной индивидуальной характеристикой голоса.
3) Максимальное значение сигнала (Maximum signal value) - наибольшее мгновенное значение звукового сигнала на протяжении заданного интервала времени. Значение f(x0) функции y=f (x) в точке х0еХ называют наибольшим значением функции f (x) на множестве X, если для любой точки хеХ выполнено неравенство f(x) <
А*о).
4) Минимальное значение сигнала (Minimum signal value) — наименьшее мгновенное значение звукового сигнала на протяжении заданного интервала времени. Значение f(x0) функции y=f (x) в точке х0еХ называют наименьшим значением функции f (x) на множестве X, если для любой точки хеХ выполнено неравенство f(x) > f(Xo)
5) Количество нулевых точек (Zero points number) - акустический параметр голоса, содержащий в себе информацию о количестве пересечений нуля (нулевой амплитуды). С точки зрения разработки программы, вводится понятие счетчика, который фиксирует количество нулевых точек и увеличение счетчика на один осуществляется, если в векторе значений сигнала встречаются положительное и следом отрицательное значений или наоборот. Количество нулевых точек является показателем зашумленности как речевых, так и неречевых сигналов.
Результаты исследования
Результаты исследования показали, что модифицирующими факторами развития дисфонии являются: длительная интубация с развитием рубцовых изменений - 19 больных (16,8%), узелки голосовых связок - 25 больных (22,1%), респираторный папилломатоз гортани - 58 больных (51,3%), врожденные патологии (мембраны) - 11 больных (9,7%).
Результаты показали, что дисфония 2 степени наблюдается у 57 больных (50,4%), из них: 25 больных после удаления узелков голосовых связок (УГС), 7 больных после ликвидации
мембраны гортани (МГ), 10 - после хирургического лечения рубцовых изменений после длительной интубации, 15 - после лечения распираторного рецевидирующего пополлпмотоза (РРП). Дисфония 3 степени наблюдается у 32 больных детей (28,3%), из них: 3 больных после лечения МГ, 29 больных детей после лечения РРП. Дисфония 4 степени наблюдается у 21 больных детей (18,6%), из них: 12 детей после РРП и 8 детей после хирургического лечения рубцовых изменений после длительной интубации, 1 ребенок - после иссечения мембраны гортани. Афония 5 степени наблюдается у 3 больных детей (2,7%), из них: 2 больных после РРП и 1 больной ребенок - после хирургического лечения рубцовых изменений после длительной интубации (таблица 1).
Таблица 1. Характеристика голоса по степеням и модифицирующим факторам дисфонии.
Степень дисфонии Длительность интубация УГС МГ РРП Количество %
0 - нормальный
голос - - - - -
1 - глухой голос - - - - -
2 - легкая степень 10 25 7 15 57 50,4
охриплости;
3 - средняя степень - - 3 29 32 28,3
охриплости;
4 - тяжелая степень 8 - 1 12 21 18,6
охриплости;
5 - афония 1 - - 2 3 2,7
Всего 19 25 11 58 113 100
Результаты диагностики визуализации гортани показали, что при 2 степени дисфонии отсутствуют анатомические изменения, при этом видеостробоскопией определялись отсутствие некоторого смыкания голосовых связок, слабость слизистой волны в определённых участках (в основном в задней и средней трети голосовых связок), асинхронизацию слизистой волны при фонации. При 3 степени дисфонии были обнаружены некоторые изменения слизистой в виде рубцовых изменений на голосовых связках ограничивающихся на части связок точечного характера. При дисфонии 4 степени были обнаружены более грубые рубцовые изменения с захватом передней комиссуры с асимметрией голосовых связок, компенсаторной гипертрофией противоположной стороны патологии, слабостью места рубцовых изменений, утоньшением физических параметров голосовых связок. При афонии - голосовые связки не визуализировались как полноценные голосовые связки с грубыми рубцовыми деформациями.
На рисунках 1, 2, 3, 4 показаны фотоснимки гортани больных детей с дисфонией полученные методом видеостробоскопии.
А Б
Рис. 1. Фотоснимок гортани ребенка 8 лет с диагнозом голосовые узелки до удаления (А) и после удаления (Б).
А Б
Рис. 2. Фотоснимок гортани ребенка 7 лет (с 3-х лет, оперирован 4 раза, получал противовирусное лечение, ремиссия 2 года) с диагнозом - респираторный рецидивирующий папилломатоз до операции (А) и после операции (Б).
A Б
Рис. 3. Фотоснимок гортани ребенка 6 лет с диагнозом - врожденная мембрана гортани до операции (А) и после операции (Б).
А Б
Рис. 4. Фотоснимок гортани ребенка 11 лет с диагнозом - постинтубационный стеноз гортани (длительная интубация из-за травмы головного мозга, иссечение рубца с дилятацией в течении 2-х месяцев Т-трубкой), до операции (А) и после операции (Б).
На рис. 5 показаны спектрограммы голосов гласных звуков «А», «И», «У» при функциональной дисфонии (отсутствие патологических изменений в гортани) и органической дисфонии (узелки голосовых связок, рубцовые изменения). На спектрограммах по оси абсциссы показано реальное время фонации в секундах, а оси ординаты - сила преобразованного сигнала в милливольтах.
Дисфония функциональная Дисфония органическая
Нормальный голос УГС (2 степень дисфонии) Рубцовые изменения (3, 4 степень дисфонии)
Звук Спектрограмма 1 Спектрограмма 2 Спектрограмма 3
Спектрограм Спектрограм Спектрограм
0 50 100 150 200 250 0 50 100 150 200 250 300 350 0 100 200 300400 500 600 700 800
Спектрограм Спектрограм Спектрограм
0 50 100 150 200 250 0 50 100 150 200 250 0 100 200 300 400 500 600 700
Рисунок 5. Спектрограммы голосов при дисфонии.
Таблица 2. Показатели спектрального анализа голоса
Средние показатели Энергия Энтропия Мини- Макси- Коли-
спектральных дискретных мальное мальное чество
характеристик голоса сигналов значение сигнала значение сигнала нулевых точек
Параметры спектограммы 1 (контрольная группа, 1744 5,04 36,8 69,71 8,95
здоровые дети)
Параметры спектограммы 2 (УГС, 2 степень дисфонии) 1453,2 4,64 118,7 118,9 31,6
Параметры спектограммы 3 (рубцовые изменения, 2208,15 5,01 139,7 140,8 13,25
3, 4 степень дисфонии)
Результаты исследования показали, что показатель энтропии, как при дисфонии 2 степени, так и при дисфонии 3, 4 степени не имеет сильных различий (таблица 2). Однако, минимальное значение звукового сигнала - Minimum signal value и максимальное значение сигнала - Maximum signal value значительно отличаются от контрольных значений: так в группе с более грубыми нарушениями (дисфония 3, 4 степени) - эти показатели значений звукового сигнала были больше от 1,7 раза до 3,2 раза, чем в контрольной группе, a в группе с дисфонием 2 степени - эти показатели значений звукового сигнала были больше от 2,02 до 3,8 раза. При этом показатель нулевых точек (Zero) был пропорционален наличию шумов при произнесении гласных звуков «А», «И», «У», обусловленных волнообразными движениями
ОФ "Международный научно-исследовательский центр "Endless Light in Science"
голосовых связок (показатель полезных и неполезных движений), т.е. чем более пропорциональны были эти движения, тем меньше было значение показателя нулевых точек. Так при дисфункции движения голосовых связок обусловленных нарушениями колебаний -дисфункцией голосовых складок, показатель нулевых точек был в 3,9 раза больше, чем этот показатель в контрольной группе. У больных детей с рубцовыми изменениями показатель нулевых точек был больше в 1,6 раза, чем в контрольной группе. Это свидетельствует о том, что показатель нулевых точек (Zero) является показателем возможности движения голосовых колебаний и особенно синхронного движения. При этом асинхронные голосовые колебания при нормальных голосовых связках с нарушением формирования волны создают большую зашумленность с увеличением данного показателя. Результаты показали, что
информативными также являются показатели минимальных и максимальных значений звукового сигнала и особенно информативным является энергия дискретных сигналов -показатель энергии затрачиваемой на произнесении звука голоса - чем больше затрачивается энергии для произношения звука, тем выше показатель энергии и тем глубже патология дисфонии.
В диаграммах ниже показаны основные спектральные характеристики голоса у здоровых детей и больных детей с дисфонией. Данные спектральные характеристики голоса свидетельствуют об отсутствии сильных различий между показателями энтропии, энергии дискретных сигналов и показателей нулевых точек (рис. 6).
Здоровый ребенок
Больной ребенок c дисфонией
Энергия дискретных сигналов
Макси мальное значение сигнала
2500 2000 1500 1000 500 0
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 2:
1 В 5 7 9 И 1В 15 17 19
Минимальное значение сигнала
Количество нулевых точек
40
30 20 10
200 150 100 50 0
т-í fO 1Л ф ф Ф OJ
E E
oi 01 E
th m rn г-s oi
(D (D (D (D (D
CD CD CD <U
E E E E
I Í 3 4 5 б 7 8 9 101112131415161718197Г
(D (D (U (D (D
25 20 15 10 5 0
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19
123456789 101112131415161718192C
Рис. 6. Диаграммы основных спектральных характеристик голоса в контрольной группе
детей и больных детей с дисфонией.
На рис. 7 показаны параметры аудио сигнала голоса здорового ребенка (А) и больного ребенка с дисфонией (Б) с рубцовыми изменениями после проведенной операции по восстановлению просвета голосовой щели при рубцовом стенозе гортани.
А - здоровый ребенок
Б - больной ребенок с дисфонией Рис. 7. Параметры аудио сигнала голоса здорового ребенка (А) и больного ребенка с дисфонией (Б).
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Большинство параметров голоса, применяемых для характеристики голоса (громкость, высота, тембр и частота основного тона) могут варьироваться в широких пределах, имея ограничения лишь в максимальных и минимальных значениях, при этом эти показатели голоса являются субъективными показателями. Показатели акустических характеристик голоса являются объективными характеристики и их использование для диагностики дисфонии требует проведения дополнительных научных исследований для выявления особенностей функциональных характеристик голоса детей с дисфониями. Метод акустического анализа голоса предоставляет возможность врачу фониатру объективно оценить течение заболевания голосового аппарата больных детей дисфонией и оценить эффективность применения различных методов лечения.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ:
1. Волкова М.Н. Заболевания слизистой оболочки рта: учебно-методическое пособие / М.Н. Волкова, Ю.П. Чернявский, Н.А. Сахарук, Ю.Р. Еленская. - Витебск: ВГМУ. 2016. - 236 с.
2. Bastian R.W., Richardson B.E. Postintubation phonatory insufficiency:an elusive diagnosis. Otolaryngol Head Neck Surg. 2001. 124. pp. 625-633.
3. Zimmert M., Zwirner P., Kruse E., et al. Effects on vocal function andincidence of laryngeal disorder when using a laryngeal mask airwayin comparison with an endotracheal tube. Eur J Anaesthesiol. 1999. 16. pp.511-515.
4. De Bodt M.S., Ketelslagers K., Peeters T., et al. Evolution of vocal foldnodules from childhood to adolescence. J Voice 2007. 21. pp.151-156.
Hocevar-Boltezar I., Jarc A., Kozelj V. Ear, nose and voice problems in children with orofacial clefts
The Journal of Laryngology & Otology . 2006. 120. 4. pp. 276-281.
6. Shankargouda S., Krishnan U., Murali R., et al. Dysphonia: a fre-quently encountered symptom in the evaluation of infants with un-obstructed supracardiac total anomalous pulmonary venous connection. Pediatr Cardiol. 2000. 21. pp.458-460.
7. Liu X., Zheng Y., Yang J., Zou H. The impact of tonsillectomy with or without adenoidectomy on voice: acoustic and aerodynamic assessments. J. Voice. 2015. 29. 3. pp. 346-348.
8. Dejonckere P.H., Bradley P., Clemente P. et al. A basic protocol for functional assessment of voice pathology, especially for investigating the efficacy of (phonosurgical) treatments and evaluating new assessment techniques. Eur. Arch. Otorhinolarygol. 2001. 258. pp. 77-82.
9. Степанова Ю.Е., Мохотаева М.В., Корнеенков А.А. Акустические характеристики голоса у представителей голосоречевых профессий с функциональной дисфонией по гипотонусному типу. Российская оториноларингология. 2021. 20. 4 (113) C.59-63.
10. Радциг Е.Ю., Булынко Я.Е., Орлова О.С. Нарушение голоса у детей на разных стадиях речевого развития. Журнал Педиатрия им. Г.Н. Сперанского. 2018. 97. № 2. С. 109-112.
11. Teixeira J. P., Fernandes P.O. Acoustic Analysis of Vocal Dysphonia. Procedia Computer Science. 2015.64. pp. 466-473.
12. Latoszek, B.B., Mathmann, Ph., Neumann K. The cepstral spectral index of dysphonia, the acoustic voice quality index and the acoustic breathiness index as novel multiparametric indices for acoustic assessment of voice quality. Current Opinion in Otolaryngology & Head and Neck Surgery 2021. 29 (6). pp. 451-457.
13. Горошко С.М., Петров С.Н. Акустический анализ речи лиц с дисфонией. Вестник Полоцкого государственного университета. Фундаментальные науки. Информационные технологии. №4, 2019, С.39-45.
14. Брайко И.И., Кривопалов А.А., Шамкина П.А. Распространенность, этиология, клиника и дифференциальная диагностика хронических паралитических стенозов гортани. Российская оториноларингология. 2019. 18. 6(103). C.88-95.
15. Titze I.R., Shmidt S.S. Phonation threshold pressure in a physical model of the vocal fold mucosa J. Acoust. soc. Am. 1995. 97. pp. 3080-3084.
