100例慢性咽炎患者語音信號的證型特征分析※

董 偉 王憶勤 鄭榮華 陳春鳳 顏建軍 胡 贛

(上海中醫(yī)藥大學附屬龍華醫(yī)院耳鼻咽喉科，上海 200032)

慢性咽炎是耳鼻咽喉科最常見的疾病之一，屬中醫(yī)學喉痹范疇。喉痹是指因外邪壅遏肺胃或臟腑虛損、咽喉失養(yǎng)所致以咽痛或咽部不適感，咽部紅腫，或喉底有顆粒狀突起為主要特征的咽部疾?。?］。中醫(yī)聲診是中醫(yī)四診方法中聞診的一部分。本研究以100例慢性咽炎患者為研究對象，以中醫(yī)聲診理論為基礎，結(jié)合現(xiàn)代聲學技術(shù)，采用華東理工大學與上海中醫(yī)藥大學合作研發(fā)的中醫(yī)聞診采集系統(tǒng)軟件采集分析慢性咽炎患者語音信號，為慢性咽炎辨證分型提供更客觀的數(shù)據(jù)和方法，同時對中醫(yī)聲診的客觀化和標準化研究也具有重要意義，結(jié)果如下。

1 資料與方法

1.1 病例選擇

1.1.1 診斷標準 慢性咽炎診斷標準參照《中醫(yī)耳鼻咽喉科學》［2］，中醫(yī)證型診斷標準參照《中藥新藥臨床研究指導原則:第1輯》［3］。

1.1.2 納入標準 年齡18～60歲;自愿接受本研究者。

1.1.3 排除標準 不符合以上診斷標準及中醫(yī)證型標準者;有鼻部、咽喉部、頸部手術(shù)史者;臨床資料缺失嚴重者。

1.2 一般資料 本研究病例100例均為2013－07—2013－12就診于上海中醫(yī)藥大學附屬龍華醫(yī)院耳鼻咽喉科門診患者，男、女各50例;中醫(yī)證型:肺脾氣虛型34例，男21例，女13例;痰熱蘊結(jié)型38例，男23例，女15例;陰虛肺燥型28例，男15例，女13例。同期采集100例上海中醫(yī)藥大學正常教職員工聲音樣本，為正常對照組，男、女各50例。2組性別、年齡比較差異無統(tǒng)計學意義(P＞0.05)，具有可比性。

1.3 研究方法

1.3.1 采集軟件 采用華東理工大學與上海中醫(yī)藥大學合作研發(fā)的中醫(yī)聞診采集系統(tǒng)軟件進行語音樣本采集。該軟件有自動領讀元音和保存語音的功能，界面針對中醫(yī)聲診設計，操作簡便。

1.3.2 采集方法 采集環(huán)境為安靜室內(nèi)，外界噪聲＜30 db，受試者采取自然舒適的坐姿，帶上耳麥一體式話筒，口距耳麥話筒約10 cm，設定采集軟件的采集聲道為單聲道，采樣頻率為16 kHz，量化位數(shù)16位(16Bit)。由受過專業(yè)培訓的采樣人員指導受試者跟隨采集系統(tǒng)朗讀元音［a:］，持續(xù)平穩(wěn)發(fā)音1～3 s。將所采語音樣本以WAV文件形式保存。語音采集同時，采用上海中醫(yī)藥大學中醫(yī)四診客觀化信息研究實驗室制訂的“中醫(yī)聲診信息采集量表”，進行受試者基本信息、病史信息及舌脈資料等相關(guān)信息的采集。

1.3.3 中醫(yī)證候分類 由2名具有副高以上職稱的中醫(yī)醫(yī)師參考以上分類標準對所采集病例的病史信息量表進行判讀并辨證分型，依據(jù)辨證結(jié)果進行病例分組。

1.3.4 數(shù)據(jù)處理及分析 運用小波包分解方法，將慢性咽炎患者和正常人的語音信號進行分析，提取小波包分解第3層的能量特征和熵值特征。

1.4 統(tǒng)計學方法 采用兩獨立樣本t檢驗對2組樣本的能量特征和熵值特征進行差異性分析;同時采用Kruskal－Wallis H檢驗進行多類樣本組間的差異性分析。

2 結(jié)果

2.1 慢性咽炎組與正常對照組語音信號能量特征和熵值特征比較 見表1。

表1 慢性咽炎組與正常對照組語音信號能量特征和熵值特征比較 ±s

表1 慢性咽炎組與正常對照組語音信號能量特征和熵值特征比較 ±s

與正常對照組比較，*P＜0.05，＊＊P＜0.01

頻率段 慢性咽炎組(n=100)能量特征 熵值特征正常對照組(n=100)能量特征 熵值特征0～1 kHz 0.062 7±0.146 32 0.802 7±0.521 75＊＊0.038 2±0.053 36 1.064 5±0.352 88 1～2 kHz 0.077 7±0.252 00* 0.929 6±0.803 98 0.012 0±0.015 70 0.875 6±0.329 10 2～3 kHz 0.007 4±0.023 18* 0.597 4±0.769 37* 0.000 6±0.000 76 0.298 1±0.244 55 3～4 kHz 0.002 3±0.008 45* 0.338 0±0.538 70* 0.000 2±0.000 34 0.137 8±0.179 75 4～5 kHz 0.000 7±0.002 51* 0.177 9±0.356 00＊＊ 0.000 0±0.000 11 0.025 4±0.074 93 5～6 kHz 0.000 3±0.001 03＊＊ 0.124 1±0.279 38* 0.000 0±0.000 03 0.009 7±0.024 25 6～7 kHz 0.000 1±0.000 71 0.063 0±0.180 13* 0.000 0±0.000 01 0.001 4±0.004 63 7～8 kHz 0.000 0±0.000 15 0.011 0±0.063 99 0.0000±0.000 00 0.000 0±0.000 00

由表1可見，2組能量特征比較，在1～6 kHz頻率段慢性咽炎組患者能量特征大于正常對照組(P＜0.05，P＜0.01);2組熵值特征比較，在0～1 kHz頻率段慢性咽炎組患者熵值特征小于正常對照組(P＜0.01)，在2～7 kHz頻率段慢性咽炎組患者熵值特征大于正常對照組(P＜0.05，P＜0.01)。

2.2 慢性咽炎組各型語音信號能量特征和熵值特征比較 見表2。

表2 慢性咽炎組各型語音信號能量特征和熵值特征比較 ±s

表2 慢性咽炎組各型語音信號能量特征和熵值特征比較 ±s

頻率段 痰濕蘊結(jié)型(n=38)能量特征 熵值特征肺脾氣虛型(n=34)能量特征 熵值特征陰虛肺燥型(n=28)能量特征 熵值特征0～1 kHz 0.067 6±0.122 06 0.894 0±0.522 78 0.049 1±0.173 33 0.582 8±0.498 35 0.048 6±0.098 03 0.784 8±0.503 87 1～2 kHz 0.076 1±0.148 21 1.022 0±0.797 92 0.071 1±0.340 30 0.618 4±0.742 34 0.033 4±0.055 12 0.852 7±0.720 13 2～3 kHz 0.008 7±0.017 27 0.666 5±0.791 10 0.006 5±0.030 03 0.355 9±0.670 05 0.003 1±0.007 06 0.486 0±0.650 79 3～4 kHz 0.003 1±0.006 78 0.411 4±0.578 52 0.002 6±0.013 03 0.197 3±0.504 66 0.000 9±0.002 15 0.275 2±0.452 34 4～5 kHz 0.001 0±0.002 75 0.227 9±0.393 83 0.000 7±0.003 53 0.114 9±0.363 95 0.000 4±0.000 98 0.138 3±0.299 90 5～6 kHz 0.000 4±0.000 99 0.165 4±0.303 13 0.000 2±0.001 06 0.081 7±0.271 97 0.000 1±0.000 33 0.070 7±0.167 39 6～7 kHz 0.000 1±0.000 20 0.076 3±0.133 82 0.000 2±0.001 10 0.054 3±0.243 35 0.000 0±0.000 08 0.032 3±0.064 85 7～8 kHz 0.000 0±0.000 02 0.006 5±0.015 99 0.000 0±0.000 24 0.018 2±0.095 93 0.000 0±0.000 01 0.001 0±0.00 396

由表2可見，除2～3 kHz、6～7 kHz頻率段外，3個證型能量特征比較差異均有統(tǒng)計學意義(P＜0.05)，痰濕蘊結(jié)型＞肺脾氣虛型＞陰虛肺燥型;在0～2 kHz頻率段，3個證型熵值特征比較差異有統(tǒng)計學意義(P＜0.05)，痰濕蘊結(jié)型＞陰虛肺燥型＞肺脾氣虛型。

3 討論

慢性咽炎其病名最早見于帛書《五十二病方》。《素問·陰陽別論》指出“一陰一陽結(jié)謂之喉痹”，《丹溪心法·卷四》指出“喉痹大概多見痰熱”，提出痰熱是喉痹的病因。本病雖不是嚴重的器質(zhì)性疾病，但其發(fā)病率每年都在升高，尤以中青年多見，其咽部的不適癥狀給人們的日常生活和工作帶來了很多影響。因此，慢性咽炎的診斷和治療非常重要。目前，診斷慢性咽炎的主要依據(jù)是咽部不適癥狀及體征，缺乏一定的客觀依據(jù)，本研究采用傳統(tǒng)聲診理論作為指導，現(xiàn)代聲學儀器進行客觀檢測，尋找慢性咽炎患者的語音特征，為運用聲診進行慢性咽炎的中醫(yī)辨證分析提供客觀數(shù)據(jù)。

本研究在中醫(yī)聲診的傳統(tǒng)理論指導上，應用中醫(yī)聲診檢測系統(tǒng)，結(jié)合小波包分析，對100例慢性咽炎患者的語音信號進行客觀化采集與分析，提取了小波包能量和熵值2個特征值，小波包能量特征代表了信號在時域和頻域的能量信息，小波包Shannon熵值主要用來度量信息的規(guī)律性，反映聲音不同頻段的信號的有序化程度。結(jié)果發(fā)現(xiàn):①慢性咽炎患者和正常人比較，語音信號的能量特征和熵值特征在多個頻段均有統(tǒng)計學意義(P＜0.05)，在1～6 kHz頻率段，慢性咽炎組能量特征大于正常對照組;在2～7 kHz頻率段，慢性咽炎組熵值特征大于正常對照組。這說明慢性咽炎患者與正常人的語音信號在除了很低和很高的頻率段以外的大部分頻率段上的能量特征和熵值特征均有顯著差別。慢性咽炎為咽喉部炎癥病變，咽喉部為人體重要發(fā)音器官之一，因此慢性咽炎患者在聲音上也有聲嘶等改變，而正常人陰平陽秘，語音上同樣也表現(xiàn)為發(fā)音和諧、氣息平穩(wěn)等特點，所以2組語音的聲學參數(shù)有差異性表現(xiàn)。這對憑借語音特征信息來輔助慢性咽炎臨床診斷具有初步意義。但2組熵值特征在低頻段和中高頻段的分布有不同趨勢，反應了2組在不同頻率段其語音信號的規(guī)律性有不同的分布特點，其差異表現(xiàn)的具體醫(yī)學理論解釋則有待于進一步擴大研究，今后可增加病例數(shù)和改進語音分析方法來進一步深入探索。②慢性咽炎3個證型能量特征比較，除2～3 kHz、6～7 kHz頻率段外的所有頻率段均有統(tǒng)計學意義(P＜0.05);3個證型熵值特征比較，在0～2 kHz頻率段有統(tǒng)計學意義(P＜0.05)，各型能量和熵值特征均呈現(xiàn)出痰濕蘊結(jié)型最高，高于陰虛肺燥型、肺脾氣虛型。中醫(yī)理論認為，聽辨患者言語氣息的高低、強弱、清濁、緩急變化及咳嗽、嘔吐等臟腑病理變化所發(fā)出的異常聲響，可以判斷疾病的寒熱虛實性質(zhì)。《景岳全書》指出“聲音出于臟氣，凡臟實則聲弘，臟虛則聲怯”，語聲高亢、宏亮有力，聲音連續(xù)者，多屬陽證、實證、熱證，是陽盛氣實、功能亢奮的表現(xiàn)。語聲低微細弱，懶言，聲音斷續(xù)，或前重后輕，多屬陰證、虛證、寒證，多為稟賦不足、氣血虛損所致。痰濕蘊結(jié)型為實證，肺脾氣虛型和陰虛肺燥型均為虛證，因此語音信號的能量特征表現(xiàn)為痰濕蘊結(jié)型較其他2個虛證證型高。痰濕之邪相互交叉蘊結(jié)，臨床表現(xiàn)多樣多變，因而其語音特征的混亂程度相對較高，規(guī)律性小。此結(jié)果為慢性咽炎的辨證診斷進行了較為客觀的初步依據(jù)，也為傳統(tǒng)中醫(yī)聞診中聞聲可辨虛實提供了現(xiàn)代聲學依據(jù)。聲音是人體生命活動的外在證候之一，一定程度上反映了臟腑功能活動，氣血津液盛衰，以及人的情志思想動態(tài)。五聲、五音為五臟所主，認為五臟各有正聲，以合乎五音。而單憑聽覺來診察患者聲音的變異，以辨別邪正虛實與臟腑病變，這對于辨證結(jié)果的準確性有著不確定因素，加之個人的聽覺差異，臨床水平高低，以及聽診所處環(huán)境影響等，會給診斷帶來一定困難。中醫(yī)學者在聲診的現(xiàn)代研究方面也取得了一些研究成果，運用傳統(tǒng)聲診理論與現(xiàn)代聲學技術(shù)結(jié)合，研究慢性咽炎的辨病和辨證，可以輔助該病的臨床診斷，推動中醫(yī)聲診檢測系統(tǒng)或儀器在耳鼻咽喉科的應用。同時，學習國內(nèi)外聲診研究的方法和思路，有助于我們更加深入地進行中醫(yī)現(xiàn)代化聲診研究。聲診這種無創(chuàng)簡便的診療手段將是未來診斷學發(fā)展的趨勢，也將為耳鼻咽喉科發(fā)展現(xiàn)代診療儀器和技術(shù)帶來幫助。

［1］ 熊大經(jīng)，劉篷.中醫(yī)耳鼻咽喉科學［M］.9版.北京:中國中醫(yī)藥出版社，2012:149.

［2］ 王士貞.中醫(yī)耳鼻咽喉科學［M］.北京:中國中醫(yī)藥出版社，2003:117.

［3］ 中華人民共和國衛(wèi)生部.中藥新藥臨床研究指導原則:第1輯［S］.北京，1993:314－317.