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문제 정의
- 본 연구는 주관적 청지각적 평가 소견인 기식성에 대하여 객관적 분석도구인 공기역학적 및 음향적 검사 변수를 확인하고, 기식성을 예측할 수 있는 변수를 확인하고자 하였다.
- 본 연구에서는 성대마비로 진단된 환자를 대상으로, 청지각적으로 기식성(audible breathy voice)이 있는 경우와 기식성(non-audible breathy voice)이 없는 경우 간에 어떠한 차이가 있는지 공기역학적 및 음향적 변수를 이용하여 분석하여, 기식성을 예측해 줄 변수가 무엇인지 확인하고자 하였다.
제안 방법
- MDVP 검사 과제는 /아/ 모음을 연장 발성하여 그중 4초 구간을 선택 분석하였다. 환자는 최대한 편안히 착석한 상태에서 마이크를 입으로부터 10cm 내외에 유지시켜, 90도 각도로 고정하였다.
- PAS를 통해 시행한 검사 과제는 3가지로, (1) 파열음 /파/를 연속 발성하여 발성효율역치를 확인하는 과제(voicing efficiency threshold, VOFT), (2) /아/ 모음을 최대한 지속하여 공기흐름, 음압, 음도를 측정하는 최대모음연장발성 과제(maximum sustained phonation, MXPH), (3) 호흡-발성에 활용될 수 있는 잠재된 최대한의 공기량을 측정하는 폐활량 과제(vital capacity, VTCP)이며, 각 과제를 통해 산출되는 변수의 목록은 에 제시하였다.
- 환자는 최대한 편안히 착석한 상태에서 마이크를 입으로부터 10cm 내외에 유지시켜, 90도 각도로 고정하였다. 단일지향성 다이나믹 마이크(Shure SM48, Shure Inc, USA)를 사용하였고, PRE-amplification system(creative SB audigy2 ZS)을 거쳐 녹음하였으며, 표본추출률(sampling)은 50,000 Hz, 양자화(quantization)는 16 bit로 하였다.
- 본 연구는 부천 소재의 모 대학병원에서 2011년 6월부터 2012년 2월까지 갑상선 수술을 받은 환자 중 음성 변화를 인식하고 이비인후과로 내원한 환자 중, 후두내시경 검사 상 성대마비로 진단받은 35명을 대상으로 하였다. 모든 환자들은 일반 외과에서 갑상선 수술을 받았으며, 음성평가는 수술 후 1~2개월사이에 실시하였다.
- 평가자 내 신뢰도 평가를 위하여 청지각적 평가는 모든 평가자에서 1차와 2차로 나누어 실시하였고, 1차와 더불어 2차에도 35개 파일 모두를 사용하였다. 본 연구는 기식성에 관한 연구이므로 GRBAS 척도 중 Breathiness 항목만을 사용하여, B0와 B1~B3으로 나누어 기식성 유무에 따라 청지각적으로 기식성이 있는 집단과 기식성이 없는 집단으로 나누었다.
- 세 과제별 변수에 대하여 주요인 분석을 실시하여, (1) 과제에서는 4 요인을 생성하였고, (2) 과제에서는 3 요인, (3) 과제에서는 1 요인을 생성하였다. 총 8 요인을 대상으로 로지스틱 회귀분석을 실시한 결과, 방정식에 진입한 단계가 2 단계였으며 각 단계의 Hosmer & Lemeshow 검정의 카이제곱 값이 4.
- 청지각적 평가는 프랏의 스크립트 기능을 이용하여 자동 재생되도록 만들었으며, 음성파일 당 2번 연속 무작위(random) 방식으로 재생되도록 하였으며, GRBAS 척도의 항목별로 평가를 하게 하였고, 평가 중간이라도 재생을 원할 경우, 원하는 횟수만큼 자율적으로 들을 수 있게 세팅하였다.
- 평가자 4인이 각 2회씩 실시한 총 8회 평가 결과 모두에서 B1~B3로 평가된 음성은 청지각적으로 기식성이 있는 집단(기 식_유 집단)으로 분류하고 1회라도 B0로 평가되었으면 청지각적으로 기식성이 없는 집단(기식_무 집단)으로 분류하였다.
- 평가자 내 신뢰도 평가를 위하여 청지각적 평가는 모든 평가자에서 1차와 2차로 나누어 실시하였고, 1차와 더불어 2차에도 35개 파일 모두를 사용하였다. 본 연구는 기식성에 관한 연구이므로 GRBAS 척도 중 Breathiness 항목만을 사용하여, B0와 B1~B3으로 나누어 기식성 유무에 따라 청지각적으로 기식성이 있는 집단과 기식성이 없는 집단으로 나누었다.
- 환자가 녹음으로 인해 긴장을 보일 경우, 모음 /아/ 앞에 “아빠, 아빠” 등과 같은 한두 어절을 삽입하여 습관적 음도가 나오도록 유도하였다.
- MDVP 검사 과제는 /아/ 모음을 연장 발성하여 그중 4초 구간을 선택 분석하였다. 환자는 최대한 편안히 착석한 상태에서 마이크를 입으로부터 10cm 내외에 유지시켜, 90도 각도로 고정하였다. 단일지향성 다이나믹 마이크(Shure SM48, Shure Inc, USA)를 사용하였고, PRE-amplification system(creative SB audigy2 ZS)을 거쳐 녹음하였으며, 표본추출률(sampling)은 50,000 Hz, 양자화(quantization)는 16 bit로 하였다.
대상 데이터
- 우선, 분석에 포함된 변수의 개수 차이 때문으로 여겨진다. [16]에서는 34개 변수 중 모든 분석값이 존재하는 19개 변수만을 선택하여분석하였으나 본 연구에서는 34개 모든 변수를 사용하였다. MDVP 프로그램을 사용하여 분석한 결과를 살펴보면, 34개 변수를 제공하지 않은 경우가 많다.
- 공기역학적 검사인 Phonatory Aerodynamic System(PAS; Model 6600, KayPentax Inc., USA)과 음향적 검사인 MDVP(Model 5105, KayPentax Inc., USA)를 사용하였다.
- 본 연구는 부천 소재의 모 대학병원에서 2011년 6월부터 2012년 2월까지 갑상선 수술을 받은 환자 중 음성 변화를 인식하고 이비인후과로 내원한 환자 중, 후두내시경 검사 상 성대마비로 진단받은 35명을 대상으로 하였다. 모든 환자들은 일반 외과에서 갑상선 수술을 받았으며, 음성평가는 수술 후 1~2개월사이에 실시하였다.
- MDVP 프로그램을 사용하여 분석한 결과를 살펴보면, 34개 변수를 제공하지 않은 경우가 많다. 본 연구는 음향분석 기자재인 MDVP 장점이 최대변수양인 점을 수용하고자, 변수 34개 모두를 분석에 이용하였다. 그래서 특정 음성파일에서 특정 변수에 결측값이 존재하더라도 그 변수를 분석에서 제외시키지 않고, 결측값을 집단의 평균값으로 대체하여 요인을 구하였으므로 회귀분석에는 영향을 주지 않았을 것으로 판단한다.
- 평가에 사용된 음성파일은 MDVP 분석에 사용한 4초의 /아/ 모음 연장발성 파일을 평균 75dB 강도 보정작업을 하여 사용하였다. 강도를 보정한 이유는 강도가 지각에 영향을 줄 수 있다고 판단하였기 때문이다.
데이터처리
- SPSS 13.0TM(SPSS Inc., Chicago, IL)을 이용하여, 공기역학 검사와 음향적 검사별 변수들의 기식 유무 집단 간 평균 차이를 5% 유의수준에서 독립 표본 t-검정을 실시하여 살펴보았고, 공기역학과 음향적 검사 각각에서 로지스틱 회귀분석(logistic regression)의 stepwise 방식을 적용하여, 기식성 판단에 예측 변수를 알아보았다.
- 공기역학 검사는 과제별로 주성분 분석을 실시하여 요인을 생성하였으며, 음향적 검사는 8개 항목별 요인을 생성한 후 로지스틱 회귀분석에 적용하였다.
이론/모형
- 청지각적 평가는 현재 임상에서 널리 사용되고 있는 GRBAS 척도를 사용하였으며, 이 척도는 1975년 일본 음성언어의학회가 제안한 것으로, 음성에 대한 전체적인 쉰 정도(Grade, G), 거친 정도(Rough, R), 기식 정도(Breathy, B), 약한 정도(Asthenic, A), 쥐어짜는 정도(Strained, S)로 각각 세분화하여 음질을 평가한다. 0점부터 3점까지의 4점 척도를 가진 총화평정 척도(Likert scale)로, 0점은 정상 음성이고 3점으로 갈수록 손상정도가 심한 음성을 뜻한다[20].
성능/효과
- (1) VOEF 과제에서 두 집단 간 유의한 차이가 있는 변수는 Maximum sound pressure level(MAXDB), Mean sound pressure level(MEADB), Mean sound pressure level during voicing(PHODB), Pitch range(RANP), Peak air pressure(PAP), Mean peak air pressure(MPAP), Peak expiratory airflow(PEF), Target airflow(TARF), Expiratory volume(FVC), Mean airflow during voicing(MEPHO), Aerodynamic power(APOW), Arodynamic resistance(ARES), Aerodynamic efficiency(AEFF)로 13개였다.
- (2) MXPH 과제에서는 총 6개 변수가 통계적으로 유의한 차이를 보였고, 유의한 변수로는 Maximum sound pressure level(MAXDB), Mean sound pressure level(MEADB), Mean sound pressure level during voicing(PHODB), Phonation time(PHOT), Peak expiratory airflow(PEF), Mean expiratory airflow(MEAF)였다.
- (3) VTCP 과제에서는 집단 간 유의한 차이가 있는 변수가 없었다.
- MDVP의 8개 항목별 요인 생성 한 결과, Fundamental frequency parameters 항목에서만 3 요인이 생성되었고, 나머지 7개 항목에서는 각 1 요인씩만 생성되었다. 총 8 요인에 대한 로지스틱 회귀분석을 실시한 결과, Hosmer & Lemeshow 검정의 카이제곱 값이 2.
- 공기역학적 검사 결과, 첫째, 파열음 /파/ 연속발성으로 성문하압을 간접적으로 측정한 발성효율 과제에서는 기식_유 집단과 기식_무 집단 간 평균의 차이가 있었으며, MAXDB, MEADB, PHODB, ARES, AEFF 변수들의 수치가 기식_무 집단이 기식_유 집단에 비해 높았다. 이와는 반대로, RANP, PAP, MPAP, PEF, TARF, FVC, MFPHO, APOW 변수들의 수치는 기식_유 집단이 기식_무 집단보다 높았다.
- 기식_유 집단과 기식_무 집단 간의 독립 표본 t-검정 결과, 34개 변수 중 21개 변수가 유의미한 차이가 있었으며, Highest fundamental frequency(Fhi), Standard deviation of F0(STD), Phonatory F0-range in semi-tones(PFR), Absolute jitter(Jita), Jitter percent(Jitt), Relative average perturbation(RAP), Pitch perturbation quotient(PPQ), Smoothed pitch perturbation quotient(sPPQ), Fundamental frequency variation(vF0), Shimmer in dB(ShdB), Shimmer percent(Shim), Amplitude perturbation quotient(APQ), Smoothed amplitude perturbation(sAPQ), Peak-to-peak amplitude variation(vAm), F0-tremor intensity index(Ftri), Degree of voiceless(DUV), Number of unvoiced segments(NUV), Degree of voice breaks(DVB), Number of voice breaks(NVB), Noise to harmonic ratio(NHR), Voice turbulence index(VTI)이며, 유의확률과 집단 간 평균과 표준편차를 정리하면 와 같다.
- 기식_유 집단에서 FVC, PAP, MPAP 변수들의 수치가 기식_무 집단에 비해 높은 것은 성문으로 나오는 공기압력은 더 높고 공기량이 더 많다는 것을 의미하며, PEF, TARF, FVC, MEPHO 변수들의 수치가 더 높은 것은 성대 사이로 공기가 일정하게 나오는 것이 아니라 한꺼번에 많은 공기가 빠져 나오는 것을 의미한다. 그리고 기식_무 집단의 MAXDB, MEADB, PHODB 변수들의 수치가 높다는 것은 기식_무 집단이 기식_유 집단에 비해 높은 음성강도를 산출한다는 것을 말한다.
- 남녀 기본주파수 수치는 일반적으로 다른 값을 보이므로 성별 합산으로 분석한 결과에 영향을 줄 수 있다는 판단에 남성을 제외한 여성군만을 대상으로 검정한 결과, 본 결과와 변동이 없었음을 확인하였다.
- 둘째, /아/ 모음연장발성 과제에서는 MAXDB, MEADB, PHODB, PHOT 변수들의 수치는 기식_유 집단에 비해 기식_무 집단에서 높았고, PEF와 MEAF는 기식_유 집단에서 높았다. 이는 기식_유 집단이 호기량이 많고, 발성시간이 짧음을 의미한다.
- 둘째, 기식성을 나누는 음향적 검사의 예측 변수로는 로지스틱 분석 결과, 주파수 변동률관련 변수인 [Jita, Jitt, RAP, PPQ, sPPQ, vF0]로, 이는 주파수 변동률 관련 6개 변수만으로 88.6%정도로 기식성 여부를 판별할 수 있음을 의미한다. 즉, 음향적으로 기식성은 주파수 변동률 변수로 예측할 수 있다.
- 공기역학적 검사를 실시한 본 연구의 결과를 바탕으로 할때, [22]의 주장이 타당하다고 생각한다. 모든 대상자들이 성대 마비군임에도 불구하고 기식_무 집단보다 기식_유 집단에서 음도가 상승하였고, 공기역학적으로는 성문하 공간에 공기량이 많음을 확인하였기 때문이다. 또한 임상에서 갑상선 수술 후 목 앞쪽 근육이 당긴다라고 호소를 많이 관찰하였다.
- 그래서 특정 음성파일에서 특정 변수에 결측값이 존재하더라도 그 변수를 분석에서 제외시키지 않고, 결측값을 집단의 평균값으로 대체하여 요인을 구하였으므로 회귀분석에는 영향을 주지 않았을 것으로 판단한다. 본 연구 결과의 신뢰성을 위하여 결측값을 평균값으로 대치하지 않고 사례 수에서 제외하여 분석할 경우에도 결과에는 변동이 없음을 확인하였다.
- 또한, [7]에서는 성대마비의 편측성과 양측성에 대한 음성 변화에서도 유의한 차이가 없었고, 높은 음도 범위 상실은 상후두신경(superior laryngeal nerve, SLN) 손상 원인으로 판단 하였다. 본 연구에서는 SLN 손상을 확인해줄 근전도검사(electromyography) 장비가 없어 이와 관련성을 설명하기 어렵지만, 기식_유 집단의 고음도 변수(Fhi)가 기식_무 집단보다 높은 수치를 보였다는 점은 성대 긴장을 담당하는 후두 내재근인 윤상갑상근(cricothyroid m.)의 활동에는 이상이 없는 것으로 판단되며, 정교한 음도 선정(fine tuning)은 RLN 지배를 받는 갑상피열근의 수축의 영향을 더 받을 것으로 여겨지므로 SLN의 손상은 없다고 볼 수 있다.
- 셋째, 기식성을 나누는 공기역학적 검사의 예측 변수로 로지스틱 분석 결과, [MAXDB, RANDB, PHOT], [RANP, PAP, MPAP] 변수로 나타났다. 음강도, 강도범위 및 발성길이 변수를 바탕으로 82% 정도 기식성 여부를 판별 할 수 있으며, 여기에 음도와 성문하압력 변수 확인을 더하면 94% 기식성 여부를 판별할 수 있다.
- 셋째, 기식성을 나누는 공기역학적 검사의 예측 변수로 로지스틱 분석 결과, [MAXDB, RANDB, PHOT], [RANP, PAP, MPAP] 변수로 나타났다. 음강도, 강도범위 및 발성길이 변수를 바탕으로 82% 정도 기식성 여부를 판별 할 수 있으며, 여기에 음도와 성문하압력 변수 확인을 더하면 94% 기식성 여부를 판별할 수 있다. 다시 말해, PAS의 29개 변수 중 6개 변수(MAXDB, RANDB, PHOT, RANP, PAP, MPAP)가 기식성 평가의 예측변수가 된다.
- 음향적 검사 결과, 첫째, 집단 간 t-검정을 실시한 후 유의한 변수들의 기술통계량을 살펴보면, 기식_유 집단의 변수 수치가 기식_무 집단의 변수 수치보다 모두 높았다. 이는 MDVP 검사 결과상 높은 수치가 성대의 병리적인 상태가 높다는 것을 의미하므로 자연스러운 결과로 보여진다.
- 그리고 기식_무 집단의 MAXDB, MEADB, PHODB 변수들의 수치가 높다는 것은 기식_무 집단이 기식_유 집단에 비해 높은 음성강도를 산출한다는 것을 말한다. 이를 종합하여 두 집단에서 APOW, AREA 및 AEFF와의 관계를 살펴보면, 기식_무 집단은 성대접촉이 잘 되어 낮은 성문하압과 호기류율로도 높은 음성강도를 산출할 수 있어 결과적으로 음성 효율성이 높은 반면, 기식_유 집단은 성대접촉이 기식_무 집단에 비해 낮아 성문하압과 호기류율을 높여도 음성강도를 높이기 어려워 음성효율성이 낮음을 알 수 있다.
- 공기역학적 검사 결과, 첫째, 파열음 /파/ 연속발성으로 성문하압을 간접적으로 측정한 발성효율 과제에서는 기식_유 집단과 기식_무 집단 간 평균의 차이가 있었으며, MAXDB, MEADB, PHODB, ARES, AEFF 변수들의 수치가 기식_무 집단이 기식_유 집단에 비해 높았다. 이와는 반대로, RANP, PAP, MPAP, PEF, TARF, FVC, MFPHO, APOW 변수들의 수치는 기식_유 집단이 기식_무 집단보다 높았다.
- 총 8 요인에 대한 로지스틱 회귀분석을 실시한 결과, Hosmer & Lemeshow 검정의 카이제곱 값이 2.405(df=7, p=0.934)로 모형의 적합도를 확인 하였다.
- 총 8 요인을 대상으로 로지스틱 회귀분석을 실시한 결과, 방정식에 진입한 단계가 2 단계였으며 각 단계의 Hosmer & Lemeshow 검정의 카이제곱 값이 4.460(df=8, p=0.813), 0.699(df=8, p=1.000)로 유의하지 않게 나타나 모형 적합도를 수용할 수 있었다.
후속연구
- 음성을 합성하여 샘플을 만들지 않는 이상, 기식성 음성에 얹혀질 다른 특질의 배재가 실질적으로 어려운 상황이다. 본 연구에서는 기식성에만 초점을 두고 청지각적 평가 결과를 얻었으므로, 본 연구 결과의 예측변수가 다른 음질 척도와의 상관도 있는지 추후 살펴볼 여지가 있다고 생각한다.
- 청지각적 평가와 음향적 검사 변수 사이의 상관 연구에서, Multi-Dimensional Voice Program(MDVP)의 19개 변수 중 3개의 변수만이 GRBAS 척도와 상관이 있다고 보고되었으며, 구체적으로 살펴보면 VTI 변수와 G, NHR은 R과 G, SPI는 B와 A와 높은 상관을 보였지만, S와 상관이 있는 음향 변수는 없었다[16]. 이렇듯, 기식성 판단은 고정적으로 존재하는 현상의 투사가 아니라 가변적인 공기흐름과 성대진동의 불규칙성이 만들어 내는 지각영역에 속하는 것으로, 기식성을 논할 때는 공기역학과 음향적 분석이 함께 시행되어야 할 것이다. 하지만 많은 선행연구에서는 동일 대상군으로 공기역학과 음향적 검사를 함께 비교한 경우가 충분하지 않으며, 또한 임상에서 사용되는 객관적인 음성분석 도구인 PAS와 MDVP의 수 많은 변수 중 기식성과 관련되는 변수가 무엇인지 확인할 필요가 있을 것이다.
- 이렇듯, 기식성 판단은 고정적으로 존재하는 현상의 투사가 아니라 가변적인 공기흐름과 성대진동의 불규칙성이 만들어 내는 지각영역에 속하는 것으로, 기식성을 논할 때는 공기역학과 음향적 분석이 함께 시행되어야 할 것이다. 하지만 많은 선행연구에서는 동일 대상군으로 공기역학과 음향적 검사를 함께 비교한 경우가 충분하지 않으며, 또한 임상에서 사용되는 객관적인 음성분석 도구인 PAS와 MDVP의 수 많은 변수 중 기식성과 관련되는 변수가 무엇인지 확인할 필요가 있을 것이다. 즉, 국외 연구인 [16] 결과처럼, SPI 변수가 기식성 예측 변수로 국내환자에게도 그대로 적용할 수 있는지 확인 작업이 필요하다.
- 후속 연구로는 기식성 등급에 따른 음향적 및 공기역학적 변화량을 살펴보는 것과 GRBAS 척도에서 기식성 이외 다른 청지각 척도와 객관적 검사 도구의 변수 간 상관 연구가 필요할 것으로 여겨진다.
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