본 논문은 음성신호를 이용해 성대의 질환이 있는 환자를 진단하고 병명을 판별하게끔 유도하는 자동 진단 시스템을 개발하기 위한 연구의 일부로, 그중 ARS를 이용하여 환자의 음성을 수집, 분석, 식별의 실험에 대한 연구이다. 본 연구 팀에서는 이미 CSL을 이용한 장애음성 데이터의 수집과 식별에 관한 연구 결과를 발표한바 있다. 하지만 선행연구에서는 방음실에서 디지털 녹음기를 이용하여 수집한 음성을 사용했기 때문에, ARS를 통하여 녹음한 음성과는 샘플링 주파수나 대역폭, 잡음성분등의 데이터의 특성이 상당한 차이가 있다. 이러한 이유로 ARS를 통하여 녹음한 음성에 보다 적합한 파라미터 분석프로그램을 작성하여 파라미터를 구하였다. 이 파라미터들은 Kay사의 MDVP를 기초로하여 작성하였고, 대부분 80%정도의 신뢰성을 가졌다. 수집한 음성의 식별은 정상음성과 양성음성의 두가지 경우로 분리하였다. 식별기법으로는 신경망을 이용하였고, 식별파라미터는 구한 파라미터중 6개의 파라미터를 선별하여 식별한 결과 약 90%정도의 식별율을 가졌다.
한의학에서 신장(腎臟)은 단순히 소변을 만들어내는 곳으로 보는 것이 아니라 정력과 생식 활동을 담당하는 곳으로 표현하고 있다. 이러한 신장은 두 개의 강낭콩처럼 생긴 모양을 띄고 있으며 서로 마주 보고 있고 등에 붙어 있어 체내의 조절 기능을 수행하고 있다. 이와 같은 역할을 수행하는 신장에 이상이 발생하면 신부전, 신장염, 신우염 및 부종 등의 신장 질환을 앓게 된다. 따라서 본 논문에서는 신장 기능의 이상 유무를 손쉽게 판단하기 위한 방법으로 음성 분석을 통한 자가 진단법을 제안하고자 한다. 이를 위해 한의학에서 제시하고 있는 신장 질환자에 대한 목소리 패턴을 객관적 지표로 설계하기 위해 정상인과 신장 질환자를 대상으로 음성의 고저(高低)에 해당하는 분석 요소를 적용하여 피실험자 집단간의 비교, 분석을 실험으로 입증하고자 한다.
다양한 진단 기기들의 개발로 인해 발전을 거듭하고 있는 서양의학에 비해, 한의학은 임상의의 직관에 의존하여 환자들에게 시각적이며 객관적으로 질환 상태를 표현해줄 수 있는 정량화된 진단 데이터들이 부족한 실정이다. 이를 위해 본 논문에서는 한의학적 진단 방법의 시각화를 통한 객관화를 구현하기 위해 먼저, 한의학에서 몸을 다스리는 중심기관이며 생명과 정신의 근원처로 간주하고 있는 심장과 음성 신호와의 관계를 한방에 기초하여 규명하고 분석하였다. 따라서 심장은 오관 중 혀와 관련이 되어 있어 음성과 연계하여 생각하면 심장 질환자는 설음(舌音), 즉 혓소리의 발음이 불명확하다는 것에 초점을 맞추어 심장 질환의 유무를 판단하는 방법을 설계하였다. 이를 위해 심장 질환자와 정상인으로 피실험자 집단을 구성하고 이들의 음성에서 헛소리에 해당하는 부분에 대한 제2포먼트 주파수의 통계적 대역폭 분석과 형태적 모델링 분석을 수행하여 상호간의 비교, 분석을 수행하였다. 최종적으로 설계한 방법에 대해 실험 결과를 통한 상관성을 분석하였다.
건강은 현대를 살아가는 과정에서 삶의 가장 중요한 부분으로 자리잡고 있다. 이러한 사회적, 문화적 변화속에서 만성 질환에 대한 우려는 더욱 커져가고 있는 실정이다. 만성 질환의 대표적인 것으로 신장 질환을 꼽을 수 있는데 신장 기능이 약화되면 합병으로 인한 신체의 이상 징후를 접하게 된다. 그러므로 신장 기능이 약화된 환자들은 투석 치료에 의해 인위적으로 신장 기능을 대신하는 방법을 택하고 있다. 따라서 본 논문에서는 투석 치료에 따른 신장 기능의 변화를 추출하기 위해 투석 치료 전과 후의 음성을 분석하여 신장 기능과 음성과의 관계를 파악하는 연구를 수행하고자 한다.
성대의 마비는 그 원인과 정도에 따라 애성, 연하장애, 호흡장애 등 다양한 기능 결손을 초래하게 되므로, 마비된 성대에 의한 불편을 외과적으로 처치하기 이전에 반드시 마비의 원인에 대한 이해와, 환자의 불편에 대한 정확한 이해가 선행되어야만 적합한 술식을 선택할 수 있다. 예를 들어 두개저수술의 합병증으로 갑자기 발생된 성대마비와 갑상선암에 의하여 서서히 진행된 성대마비의 경우 그 예후나 경과가 전혀 다른 질환이라 할 수 있기 때문이다. (중략)
Variable systemic diseases affect larynx and vocal fold and result in voice change. Asthma and chronic obstructive pulmonary disease make increase of intra-abdomimal pressure followed by reflux of gastric acid, which stimulate vagal-bronchopulomary reflex aggravating cough and respiratory disturbance. Fungal laryngitis in the general population is extremely rare, but can occur in immunocompromised AIDS patients. Although, initially, empirical antifungal therapy for candidiasis is often given without biopsy, diagnostic direct laryngoscopy and biopsy is imperative if a substantial clinical response is not rapidly achieved. In the highly active anti-retroviral therapy era, HIV-positive patients are living longer and are at higher risk for developing non-AIDS-defining malignancies. The incidence of head and neck cancer (HNC) which is related with human papilloma virus infection has increased. The survival is significantly lower among the AIDS-HNC patients with CD4 counts ${\leq}200cells/{\mu}L$. Rheumatoid arthritis (RA) cause voice disturbance by developing cricoarytenoid joints fixation or nodule on vocal fold. Post-menopausal voice disorder (PMVD) is caused by decreased secretion of estrogen-progesterone resulting in decrease of fundamental frequency (F0). Hormonal replacement therapy is helpful to reduce F0 decrease. RA and PMVD result in slight voice change, but it could crucial in professional voice user.
후두암은 유병율이 높지만 조기에 발견하면 90% 이상의 치유율과 발성기능의 보존이 가능하며 현재 음성분석을 이용한 진단법이 시도되고 있으나 정립된 선별검사법은 없는 실정이다. 성문전도검사(electroglottography, EGG)는 성대의 진동양상을 알 수 있는 비침습적 검사로서 발성과 음성합성의 연구에 많이 사용되고 있다. 본 연구는 EGG에서 관찰되는 파라미터들을 다층 퍼셉트론(multilayer perceptron)구조의 신경회로망(artificial neural network)으로 감별하는 기법을 이용하여 후두암 감별법에 대한 연구로서 부산대학교병원을 내원한 후두암 환자 10명과 양성후두질환 26명을 대상으로 새로 고안한 Electroglottograph(v1.0)를 이용하여 검사하고 이의 임상적 유용성을 평가하였다. EGG 파라미터인 closed quotient(CQ), speed quotient(SQ), speed index(SI), fundamental frequency(F0), Jitter, Shimmer 등은 MATLAB 6.5 (Mathwork, Inc.)로 작성한 분석 프로그램을 이용하여 추출하였다. 각 환자에서 추출된 EGG 파라미터들을 다층 퍼셉트론 구조의 신경회로망으로 감별하였다. CQ는 각 질환군 간에 유의한 차이가 없었지만 SQ, SI, Jitter, Shimmer 등은 성대질환의 특성에 따라 유의한 차이를 보였다. 신경회로망에서 감별한 결과 CQ를 제외한 SQ, SI, Jitter, Shimmer 등에서 71.3-90%의 후두암의 감별율을 보였다. 또한 SQ, SI, Jitter, Shimmer를 3개씩 조합한 실험에서는 SQ-Jitter-Shimmer와 SQ-SI-Shimmer의 후두암의 감별율이 93%로 가장 높았고, SQ-SI-Jitter 90.9%, SI-Jitter-Shimmer 88.6%로 전체적으로 85% 이상의 높은 감별율을 나타내었다. 이러한 결과는 EGG검사와 신경회로망을 이용한 양성과 악성 후두질환의 감별이 가능함을 시사한다. 향후 성대 질환의 병태생리를 대변할 수 있는 파라미터가 추가로 개발되고 분류 알고리듬이 개선된다면 EGG를 이용한 성대질환의 감별 진단이 보다 정확해질 것으로 사료되었다.
후두 미세 수술을 받은 환자에서 수술 전과 후 전체적인 음성 장애 지수를 비교했을 때 모두 호전이 있는 것으로 나타났다. 영역별로는 기능적, 물리적 영역에서는 남녀간의 차이가 없었으나 감성적 영역에서는 여자보다 남자에서 수술 후 만족도가 큰 것으로 나타났다. 이번 연구를 통해 음성 장애 지수가 음성의 상태를 모두 대변할 수는 없지만 객관적인 음향, 공기역학적 검사로 평가할 수 없었던 음성 장애에 대한 환자의 인식 정도를 정량화하여 평가할 수 있는 편리한 도구임을 확인 할 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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