OSAHS患者不同阻塞部位鼾聲頻域特性分析

許輝杰 黃魏寧 余力生 陳蘭

OSAHS患者不同阻塞部位鼾聲頻域特性分析

許輝杰1黃魏寧1余力生2陳蘭3

目的 通過鼾聲監(jiān)測分析結(jié)合上氣道壓力測定研究阻塞性睡眠呼吸暫停低通氣綜合征（obstructive sleep apnea／hypopnea syndrome，OSAHS）患者軟腭游離緣平面以上阻塞（上部阻塞）和以下阻塞（下部阻塞）鼾聲的頻域特性的不同之處。方法 對30例男性O(shè)SAHS患者夜間睡眠時同步進行鼾聲監(jiān)測和持續(xù)上氣道壓力測定。根據(jù)患者的上氣道阻塞部位，取每名患者上部阻塞或下部阻塞后第1次鼾聲各10次，分別計算每次鼾聲的峰頻率、中心頻率及總能量中低、中、高頻段能量構(gòu)成比，并繪制功率譜圖。結(jié)果 下部阻塞鼾聲的峰頻率、中心頻率和中、高頻段能量構(gòu)成比明顯高于上部阻塞的鼾聲，而低頻段能量構(gòu)成比明顯低于上部阻塞鼾聲，各指標差異均有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.01）；兩種鼾聲的功率譜圖表現(xiàn)為上部阻塞后鼾聲能量幾乎全部分布在0～2 000 Hz范圍以內(nèi)，一般在低頻段集中了大部分能量，中頻段能量較少，高頻段以上能量很少，一次鼾聲中一般出現(xiàn)1～3個能量峰，峰頻率多位于低頻段；下部阻塞后鼾聲中頻和高頻段的能量成分明顯增多，低頻段能量所占比重明顯減少，一次鼾聲中可出現(xiàn)3個或更多大小不等的能量峰，峰頻率可位于各頻段，以位于中頻段的居多。結(jié)論 OSAHS患者軟腭游離緣以上和以下阻塞鼾聲的頻域特性具有明顯差異，可能有助于區(qū)分軟腭游離緣上、下阻塞。

鼾聲； 頻域特性； 阻塞性睡眠呼吸暫停低通氣綜合征； 軟腭游離緣

響鼾是OSAHS患者最早出現(xiàn)和最為突出的癥狀之一，但在臨床工作中，對鼾聲的研究往往缺乏足夠的重視。國外已有學(xué)者對鼾聲的聲學(xué)特性進行深入研究，發(fā)現(xiàn)OSAHS患者和單純打鼾（simple snore，SS）者的鼾聲具有不同的聲學(xué)特點［1～3］，這些特點可能有助于區(qū)分二者［4］。OSAHS患者不同的阻塞部位鼾聲特點是否不同值得探討。為此，本研究對OSAHS患者同步進行上氣道壓力測定和鼾聲監(jiān)測，對軟腭游離緣以上和以下阻塞鼾聲的特點進行初步分析，比較其聲學(xué)特征的差異，為OSAHS患者阻塞部位的判斷提供新的臨床研究思路。

1 資料與方法

1.1 研究對象 2008年9月～2009年3月經(jīng)北京醫(yī)院耳鼻咽喉科確診的男性O(shè)SAHS患者30例，均進行了多導(dǎo)睡眠監(jiān)測（polysomnography，PSG），根據(jù)AHI值［5］將其分為輕度4例，中度10例，重度16例；年齡30～55歲，平均42.8±8.1歲，平均AHI 59.0±21.9次／小時，平均BMI 28.9±2.6 kg／m2。所有患者經(jīng)鼻咽纖維喉鏡下Müller試驗均發(fā)現(xiàn)不同程度的軟腭后區(qū)和／或舌后區(qū)狹窄，無腺樣體肥大及Müller′s動作吸氣相明顯會厭軟骨塌陷的情況。

1.2 測試儀器 鼾聲監(jiān)測系統(tǒng)：傳聲器（MP201，北京聲望聲電技術(shù)有限公司）頻率響應(yīng)范圍0.02～20 k Hz，本底噪聲＜16 dB（A）；前置放大器（MA211，北京聲望聲電技術(shù)有限公司），頻率響應(yīng)范圍0.02～100 k Hz，本底噪聲＜2.0μV（A），衰減＜0.5 d B；恒流電壓源（BW61011型，上海北智儀器設(shè)備公司），外置聲卡（Creative Soundblaster，馬來西亞，采樣精度16 bit），BNC－BNC線纜（北京聲望聲電技術(shù)有限公司），聲級計（HS5633型，浙江），筆記本電腦（IBM Think Pad 400）。

睡眠呼吸暫停診斷及阻塞定位系統(tǒng)：Apnea-Graph AG 200（MRA公司，英國）。該設(shè)備具有測壓管和血氧飽和度測量管，與便攜式主機相連，測壓管上有兩個微壓力傳感器P2和P0及兩個熱敏傳感器T1和T0。

1.3 監(jiān)測方法 監(jiān)測前調(diào)節(jié)鼾聲監(jiān)測和上氣道壓力測定時鐘，使二者完全同步。鼾聲監(jiān)測：在一固定的安靜房間內(nèi)進行，環(huán)境本底噪聲＜35 dB（A），室內(nèi)盡量減少家具及物品擺放，四壁懸掛厚棉布，以減少環(huán)境對聲音的反射作用。監(jiān)測時間為當夜11點至次日晨5點共6小時。所有患者睡前不使用任何鎮(zhèn)靜催眠藥物，在自然狀態(tài)下進入睡眠。參照Dalmasso等［1］和Fiz等［2］在文獻中描述的方法進行監(jiān)測：將傳聲器（帶有前置放大器）垂直懸吊于患者頭部上方，使之在患者仰臥位時位于口鼻之間，距皮膚表面15～20 cm［1，2，6］，傳聲器與恒流電壓源相連，再經(jīng)過外置聲卡對聲信號進行模擬／數(shù)字轉(zhuǎn)換，最后輸入筆記本電腦。使用Windows下的音頻分析軟件Adobe Audition 1.5對整夜鼾聲信號進行記錄并保存于硬盤中，信號采樣率為16 000 Hz，原信號最大頻率為8 000 Hz，采樣精度為16 bit。

上氣道壓力測定：與鼾聲監(jiān)測同步進行。參照神平等［6］的方法，將測壓管經(jīng)患者一側(cè)鼻腔置入，通過定位標記位置的確定使各傳感器置于適當位置（圖1）。兩個壓力傳感器分別置于患者軟腭游離緣下方的口咽部及食管中段，測量口咽部及食管內(nèi)壓力變化；兩個熱敏傳感器分別被置于鼻咽和下咽，測量經(jīng)鼻及經(jīng)口氣流的變化（圖1），再結(jié)合氧飽和度指標，可以判斷每一次睡眠呼吸紊亂事件的性質(zhì)（阻塞性、混合性、中樞性呼吸暫停及低通氣）及每一次阻塞性呼吸暫停的阻塞平面是在軟腭游離緣以上（上部阻塞）還是以下（下部阻塞）［6］。氧飽和度指套固定于左手食指。

圖1 ApneaGraph AG 200上氣道測壓管壓力及溫度傳感器放置于上氣道的位置

1.4 分析方法 ApneaGraph阻塞性呼吸暫停及阻塞部位的判定：T1、T0氣流停止大于10 s，同時P2、P0壓力傳感器所測的氣道內(nèi)負壓逐漸增加即判定為阻塞性呼吸暫停。阻塞部位以軟腭游離緣為界分為上部和下部，上部阻塞判定方法為：阻塞性呼吸暫停，且P0和P2兩個傳感器的壓力波動幅度相似；下部阻塞判定方法為：阻塞性呼吸暫停，且P2的壓力波動消失或波幅降低大于50%，同時P0波動增強［6］。

鼾聲樣本采取方法：對照同步上氣道壓力測定和鼾聲監(jiān)測記錄，對整夜睡眠中的上部阻塞構(gòu)成比（上部阻塞次數(shù)除以總阻塞次數(shù)）≥70%的患者，每例取分布于不同時間段的上部阻塞性呼吸暫停后的第一次鼾聲（以下簡稱上部阻塞后鼾聲）10次；對下部阻塞構(gòu)成比（下部阻塞次數(shù)除以總阻塞次數(shù)）≥70%的患者，每例取分布于不同時間段的下部阻塞性呼吸暫停后的第一次鼾聲（以下簡稱下部阻塞后鼾聲）10次；對上、下部阻塞構(gòu)成比均大于30%而小于70%者，即前兩型以外的患者，每例取上部和下部阻塞性呼吸暫停后第一次鼾聲各10次。每次取樣的鼾聲均通過傾聽鼾聲錄音加以確認。

鼾聲分析方法及指標：使用音頻軟件Adobe Audition 1.5對整夜鼾聲信號進行記錄和傅里葉轉(zhuǎn)換（取2 048個點）；使用在Matlab下編寫的專用軟件（與中科院聲學(xué)所合作編寫）計算各鼾聲樣本的峰頻率（具有最大功率的頻率，peak frequency，fpeak），中心頻率（為功率譜圖上某一點頻率，在該點兩側(cè)曲線下的面積相等，central frequency，fcen）及800 Hz以內(nèi)（低頻段）、800～2 000 Hz（中頻段）、2 000 Hz以上（高頻段）的能量構(gòu)成比（某頻率段內(nèi)的累積功率占總累積功率的百分比。低、中、高頻段能量構(gòu)成比分別以Pl、Pm、Ph表示），并繪制功率譜圖（單位時間聲音的能量分布隨頻率變化的曲線）。

1.5 統(tǒng)計學(xué)分析 使用SPSS 16.0統(tǒng)計軟件包建立數(shù)據(jù)庫，采用Mann－Whitney方法進行非參數(shù)檢驗。P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

按本實驗的方法對患者阻塞模式進行劃分并采取鼾聲樣本，30例患者中，共采集上部阻塞后鼾聲230次，下部阻塞后鼾聲250次。

2.1 上、下部阻塞后鼾聲各聲學(xué)指標測量值及統(tǒng)計學(xué)分析見表1。可見，下部阻塞鼾聲的峰頻率、中心頻率和中、高頻段能量構(gòu)成比明顯高于上部阻塞的鼾聲，而低頻段能量構(gòu)成比明顯低于上部阻塞鼾聲。

表1 上、下部阻塞后鼾聲各聲學(xué)指標測量值及統(tǒng)計學(xué)分析

2.2 上、下部阻塞后鼾聲功率譜圖

2.2.1 上部阻塞后鼾聲典型的功率譜見圖2。其主要特點為能量幾乎全部分布在0～2 000 Hz范圍以內(nèi)，一般在低頻段集中了大部分能量，中頻段能量較少，高頻段以上能量很少，一次鼾聲中一般出現(xiàn)1～3個能量峰，峰頻率多位于低頻段（圖2）。

2.2.2 下部阻塞后鼾聲的功率譜圖有多樣性表現(xiàn)，見圖3，其中圖3a的形式較為多見，此類鼾聲功率譜總體特點為：能量分布的頻率范圍很廣，一般為0～6 000 Hz，甚至更高；能量分布情況在不同患者間變化較大，各頻段均可有一定的能量，和上部阻塞后鼾聲相比，中頻和高頻段的能量成分明顯增多，低頻段能量所占比例明顯減少。一次鼾聲中可出現(xiàn)3個或更多大小不等的能量峰，峰頻率可位于各頻段，以位于中頻段居多。

圖2 上部阻塞鼾聲典型的功率譜圖

3 討論

圖3 下部阻塞后鼾聲功率譜圖a、b、c顯示了功率譜的多樣性，但均表現(xiàn)出能量分布范圍廣，中、高頻段能量成分較多，低頻段能量所占比例減少的特點

鼾聲監(jiān)測分析是一種借助聲學(xué)研究的方法對患者的鼾聲進行采集和聲學(xué)特性分析的技術(shù)。和所有聲音一樣，鼾聲的聲學(xué)特性可分為頻域特性（某一時間段聲音強度隨時間變化的規(guī)律）和時域特性（某一時間點聲音的強度隨頻率變化的規(guī)律）［7］，一般而言，頻域特性更能反映聲音的本質(zhì)特征［8］。本研究測量的鼾聲峰頻率、中心頻率和低、中、高頻段能量構(gòu)成比、功率譜圖都是反映聲音頻域特性的指標，與不同頻率的能量分布情況密切相關(guān)。國外已有研究顯示，OSAHS患者和SS者鼾聲的頻域特性具有明顯差別［1，2］，其中OSAHS患者阻塞性呼吸暫停后的第一次鼾聲與SS鼾聲差別最為明顯［9］：SS鼾聲的頻譜圖具有明顯的基頻—諧波結(jié)構(gòu)，與樂音頻譜相似，功率譜顯示其聲能量幾乎全部集中于800 Hz以內(nèi)，OSAHS患者阻塞后鼾聲的頻譜圖缺乏基頻—諧波結(jié)構(gòu)，與白噪聲頻譜相似，功率譜顯示其聲能量分布范圍大，在800 Hz以上有明顯的能量成分，本研究的前期研究也得到了類似結(jié)果［10］。持續(xù)上氣道壓力測定法能較為準確地判斷患者整夜睡眠中動態(tài)變化的阻塞部位［11］，故本研究以該法作為判定軟腭游離緣上、下部阻塞的標準，目前國內(nèi)外尚無類似研究的報道。

本研究顯示：軟腭游離緣上下阻塞后鼾聲的頻域特性具有較大差別。上部阻塞后鼾聲的峰頻率和中心頻率較低，低頻段能量成分占優(yōu)勢，占總能量的一半以上（70.3%），中頻段有一定能量，高頻段能量很少；下部阻塞鼾聲峰頻率、中心頻率和中、高頻段能量成分均明顯高于上部阻塞鼾聲，一般中頻段能量最多，而低頻段能量不足總能量的一半（34.6%），說明上部阻塞后鼾聲的能量一般主要集中于低頻段，下部阻塞后鼾聲的能量向中頻及高頻方向推移。推測這些差別主要是由上部和下部阻塞時的解剖結(jié)構(gòu)不同造成的，在阻塞性呼吸暫停剛剛結(jié)束時，由于阻塞部位上下壓力差的驟然平衡，使得氣流自阻塞部位之上快速通過狹窄的孔道流到阻塞部位之下產(chǎn)生氣流的高速湍流，并沖擊塌陷部位軟組織快速振動，是為阻塞后鼾聲的主要來源［9，12］。成人OSAHS患者軟腭以上阻塞的主要部位為軟腭后區(qū)［6］，塌陷的結(jié)構(gòu)以軟腭為主，軟腭為帆樣松弛結(jié)構(gòu)，柔順性及活動度大，可以產(chǎn)生快速撲動。軟腭以下阻塞以舌后區(qū)居多［6，13］，塌陷的結(jié)構(gòu)主要為舌根或肥大的扁桃體、肥厚的咽側(cè)壁，這些組織或體積大，或活動度小，振動時不可能產(chǎn)生象軟腭一樣的運動［14］。因此在軟腭以上和軟腭以下阻塞性呼吸暫停結(jié)束的瞬間，咽腔組織振動情況、氣道開放速度、開放程度、氣流動力學(xué)都會有明顯差異，從而使兩種鼾聲的頻域特性產(chǎn)生明顯差別。另外軟腭上、下阻塞結(jié)束時上氣道空間形態(tài)及大小的差異也對阻塞后鼾聲產(chǎn)生不同的影響。上氣道為一共鳴腔，對鼾聲產(chǎn)生共振作用［9］，使鼾聲的能量重新分布，某些頻段的能量加強，某些頻段的能量減弱，而共鳴腔的空間形態(tài)和大小對能量重新分布的狀況有很大影響［15］。軟腭塌陷和舌根塌陷時，上氣道這一共鳴腔的空間形態(tài)和大小會有較大不同，對鼾聲產(chǎn)生不同的共振作用，從而造成其能量分布的差別。此外，由于上氣道壓力測定所判定的每一次的阻塞平面均為阻塞的最低平面［16］，因此下部阻塞除了單純舌后區(qū)阻塞外，還應(yīng)包括舌后區(qū)、腭后區(qū)均有阻塞的情況。在這種情況下，阻塞結(jié)束時氣流的活動及咽腔組織振動同時涉及軟腭后區(qū)和舌后區(qū)，鼾聲產(chǎn)生的機制更為復(fù)雜，這可能是下部阻塞后鼾聲功率譜圖表現(xiàn)多樣化的原因之一。

在OSAHS的手術(shù)治療中，需針對不同的阻塞部位采取不同的手術(shù)策略。如阻塞部位位于軟腭游離緣以上一般采用UPPP、硬腭截短等手術(shù)方式解除腭后區(qū)狹窄，如阻塞部位位于軟腭游離緣以下則多需采用頦舌肌前移、舌骨懸吊、下頜骨前徙等手術(shù)擴大舌后區(qū)。因此準確判斷阻塞部位對于制定合理的手術(shù)方案，保證手術(shù)療效具有重要意義。臨床現(xiàn)有的用于判定OSAHS患者上氣道阻塞部位的方法主要有纖維喉鏡檢查、影像學(xué)檢查及上氣道測壓法。纖維喉鏡檢查、影像學(xué)檢查一般在清醒時或短暫誘導(dǎo)的睡眠狀態(tài)下進行，難以反映整夜睡眠中動態(tài)變化的上氣道阻塞情況。上氣道測壓雖然能較為準確地動態(tài)測定整夜睡眠中的阻塞部位［11］，但該法為侵入性檢查，給患者帶來一定不適，且成本高價格昂貴，因此在臨床普及應(yīng)用有一定困難。本研究結(jié)果提示或許可以利用OSAHS患者不同部位阻塞后鼾聲的不同頻域特性來初步區(qū)分軟腭以上和以下的阻塞，為OSAHS患者阻塞部位的判定和治療方案的制定提供一定的幫助。

鼾聲監(jiān)測分析目前還不是一項很成熟的檢查技術(shù)，但與傳統(tǒng)檢查法相比，該技術(shù)具有既能對整夜睡眠情況進行實時、動態(tài)監(jiān)測，無侵入性，同時成本較低、操作簡單的優(yōu)點，若與睡眠監(jiān)測及計算機軟件等技術(shù)相結(jié)合則有可能為判定阻塞部位提供新的臨床思路。另一方面，鼾聲具有多變的特點，其聲學(xué)指標在不同患者甚至同一患者不同呼吸周期中都會有不同程度的變化，如何從多變的鼾聲中找到一些相對恒定的本質(zhì)特征用于臨床診斷是一個需要解決的難題。此外，本研究僅僅是對OSAHS患者兩種阻塞后鼾聲的總體特點進行初步探索，還有諸多問題，如OSAHS患者睡眠中正常呼吸狀態(tài)及低通氣下鼾聲的特點是否與阻塞平面相關(guān)？解剖因素如扁桃體和舌根肥大程度對鼾聲特性有何影響等尚需深入研究。而鼾聲監(jiān)測在臨床中的實用價值也有待于進一步研究和檢驗。

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（2010－02－24收稿）

（本文編輯 李翠娥）

SpectraI AnaIysis of Snoring Sound and Site of Obstruction in Obstructive SIeep Apnea／Hypopnea Syndrome

Xu Huijie*，Huang WeiIin，Yu Lisheng，Chen Lan
（*Department of OtoIaryngoIogy，Beijing HospitaI，Beijing，100730，China）

Objective To investigate the difference in spectral characteristics of the first snoring sounds after obstructions in upper level（above the free margin of soft palate）and in lower level（below the free margin of soft palate）in patients with OSAHS.Methods 30 patients with OSAHS were included in this study.Natural overnight snoring was recorded digitally and continuous upper airway pressure measurements were performed simultaneously on each subject.The first snoring sounds immediately after obstructions in upper level and lower level were identified and spectral characters were analyzed.ResuIts The mean of peak frequencies，central frequencies，and proportions of energy from 800 Hz to 2 000 Hz、above 2 000 Hz of the first snoring sounds after obstructions in lower level were significactly higher and the proportions of energy below 800 Hz was significactly lower than those after obstructions in upper level（P＜0.01）.The power spectrum of the two types of snoring sounds also exhibited different characteristics.ConcIusion The first snoring sounds after obstruction in upper level and in lower lever had different spectral characteristics，which mayhe helpful in distinguishing obstructions in the two levels.

Snoring sound； Spectral characteristics； Obstructive sleep apnea／hypopnea syndrome； Free margin of soft palate

10.3969／j.issn.1006－7299.2011.01.009

R766

A

1006－7299（2011）01－0028－05

1 衛(wèi)生部北京醫(yī)院耳鼻咽喉科（北京100730）； 2 北京大學(xué)人民醫(yī)院耳鼻咽喉科； 3 中國科學(xué)院聲學(xué)研究所通信聲學(xué)實驗室作者簡介：許輝杰，女，北京人，主要從事睡眠呼吸障礙及鼻科學(xué)研究。

黃魏寧（Email weininghuang＠sina.com）