본 연구에서는 잡음이 존재하는 공간에서 획득한 음성신호로부터 후두질환을 감별진단 할 수 있는 분류기를 구현하였다. 이를 위해 후두질환 환자로부터 수집한 /아/ 모음에 잡음을 혼입하여 음성 신호를 획득하였고, 여러 가지 후두질환을 감별진단 할 수 있는 파라미터를 추출하였으며. 이를 입력으로 하는 계층적 신경회로망을 구성하여 후두질환을 감별진단 하도록 하였다. 감별진단용 분류기는 다섯 단계의 계층적 신경회로망으로 구성하였다 첫 번째 신경회로망은 정상 양성 후두질환과 악성 후두질환을. 두 번째 신경회로망은 정상과 양성 후두질환을 감별진단 하도록 하였다 그리고 세 번째 신경회로망은 양성 후두질환 중 후두용. 성대결절 후두마비를 감별진단 하도록 하였으며. 네 번째와 다섯 번째 신경회로망은 성문암 1-4기를 감별진단 하도록 구성하였다. 분류기에 적용된 신경회로망은 다층퍼셉트론 구조로써 역전파 알고리듬으로 학습시켰으며, 선형변환 표준점수변환 등 전처리과정을 적용하여 분류기의 성능을 개선하였다. 후두질환의 감별진단 결과 후두용 88.23%. 정상. 성대결절. 후두마비 100%. 성문암 1기 90%, 성문암 2-4기 100%의 감별진단율을 관찰할 수 있었다.
후두질환 감별용 음성 분석방법인 multi-dimensional voice program (MDVP)으로 분석이 불가능할 정도로 주기성이 크게 훼손된 후두암 말기의 음성 에 대하여 효과적인 감별을 하기 위하여, 몇 가지 켑스트럼(cepstrum) 파라미터를 비롯하여, 주기성 및 그 동요 정도, 영교차율(zero-crossing rate, ZCR), 스텍트럼 중심 (spectral centroid, SC) 등 다양한 특징 파라미터를 이용한 감별 실험을 수행하였다. 후두암 감별 실험을 위해 부산대학교 병원 이비인후과에서 수집한 정상 남자 음성 데이터 50개, 양성 후두질환 남자 음성 데이터 50개 및 남성 후두암 환자 음성 데이터 105개를 사용하였다. 음성 데이터는 단모음 /아/ 발성만을 사용하였고, 정상인과 양성후두질환 환자, 그리고 MDVP 분석이 가능한 후두암 환자 음성 데이터 중 2/3는 학습에, 나머지 113은 감별실험에 사용하였다. 후두암 감별을 위한 분류기로는 Gaussian Mixture Model(GMM) 분류기를 사용하였으며, 이때 모델의 복잡도를 표현하는 mixture 수는 1에서 10까지 가변시키면서 가장 좋은 성능을 나타내는 값으로 결정하였다. 또한 모든 실험에서 켑스트럼 분석의 차수는 동일하게 12차로 고정시켰다. (중략)
후두의 기능으로는 하기도의 보호, 호흡, 발성, 흉강의 고정 등이 있다. 이 중 발성은 성대의 진동에 의한 성대음이 입술까지의 성도(vocal tract) 및 비강에서의 조음과 공명 과정을 거치면서 이루어진다. 후두 질환을 진단하는 방법으로 간접 후두경, 단순 X-선 검사, 굴곡성 후두경(flexible fiberscope), 후두원시경(telescope), 전산화 단층 촬영, 자기공명영상 등이 사용되어 왔다. (중략)
음성은 일상생활에서 표현과 대화의 중요한 수단으로 쓰이는 것으로, 자기 표현이 어려운 영유아나 소아에서는 통증이나 배고픔, 불편함 등을 울음소리로서 표현하기도 한다. 이러한 음성을 이용한 말은 성장과정에서 주변으로부터 듣고 이를 흉내냄으로써 자기 나름대로의 독특한 음성양상을 갖게되는 것이고, 어린 시절 잘못된 발성습관은 후일 성인에서의 잘못된 발성양상으로 지속적인 음성질환을 나타낼 수 있을 것이다. 그러나 이러한 소아에서는 후두 검사가 어렵고, 또 음성변화가 왔을 때 후두의 악성질환이 드물며 보통 저절로 잘 치유되리라는 생각에 진단과 치료가 늦어지는 경우가 흔히 있게된다. (중략)
후두기능의 전기생리학적 특징에 대한 관심은 1940년대부터 시작되어 1950년대와 1960년대에는 유럽 및 일본에서 Faborg-Anderson, Hirano 등이 후두근전도의 임상적 적용에 대해서 보고한바 있으며, 1970년대부터는 미국에서도 Bleir, Miller등이 후두근전도의 임상적 역할에 대해 보고하고 있다 이와 같이 후두근전도가 임상에 도입된 지 오래되었고 신경후두학 분야에서 후두근육의 전기생리상태를 알 수 있는 아주 중요한 진단도구이나 아직까지 후두근전도는 양적인 평가가 가능한 표준화된 검사는 아니고 내시경이나 방사선학적 검사처럼 경험이 있는 의사에 의해 판독되어지는 검사로 음성장애가 있는 모든 환자에서 집단검진(screening test)으로 이용될 수 있는 검사도구는 아니다. 후두근전도가 임상에서 유용하게 이용되고 있는 질환은 성대운동 장애와 연축성 음성장애이다. 최근 성대운동 장애에 대한 다양한 수술방법이 개발되면서 수술 방법 및 시기 결정, 예후측정에 후두근전도의 이용이 필수적이 되었으며 또한 연축성 음성장애 환자에서 어떤 후두 근육에 botulinum toxin을 주사할 지를 결정하는 데 이용하고 있다. 이번 강의에서는 위 두 가지 질환을 중심으로 후두근전도의 임상적 유용성을 살펴보기로 하겠다.
배경 : 양성성대질환에 대한 기저막영역과 성대고유층에 대한 연구를 통해서 양성성대질환의 조직병리학적 특성이 밝혀지고 있으며, 질환발생과 관련된 병인과 병태가 밝혀지고 있다. 목적 : 양성성대질환의 병리학적 특성에 맞게 후두미세수술시 성대 고유층 최상층을 최대한 보호하고 병변부위만을 제거할 수 있는 성대점막하주입술의 유용성을 알아보고자 하였다. (중략)
본 연구에서는 계층적 신경회로망을 사용하여 정상, 후두질환(polyp, nodule, palsy 등), 후두질환 중 성문암 시기별 감별진단이 가능한 후두질환 감별진단 분류기를 구현하였다. 후두질환을 가진 환자군과 정상군, 그리고 성문암의 각 시기별에 해당되는 환자군으로부터 /a/, /e/, /i/, /o/, /u/ 모음에 따른 분류작업을 수행하였다. 각 모음별 분류 실험을 수행한 결과 모든 입력 파라미터에 대해서 /a/모음이 다른 모음에 비해 우수한 분류율을 나타내므로, /a/모음만을 사용하여 후두질환을 감별진단하기 위한 계층적 신경회로망을 구현하였다. 구현된 계층적 신경회로망은 각 계층별로 서로 다른 파라미터들을 적용하여 여러 후두질환을 감별진단하도록 구성되었다.
노년이 되면 후두암이나 신경장애와 같은 질환의 빈도가 증가하는 것이 사실이지만 가장 흔한 음성변화의 원인은 후두의 노화현상에 따른 것이다. 연령과 무관하게 발생하는 성대결절과 같은 질환도 노화의 영향에 따라 그 심각성이 달라지게 된다. 따라서 노인의 음성문제를 다루려면 노화과정에 대한 올바른 이해가 필수적이다. (중략)
음성의 생성기전은 폐의 호기에 의하여 성대가 진동하여 원음이 발생하고, 원음이 하인두, 구인두, 비인두, 구강 등의 성도를 통과하면서 공명이 일어나며, 혀와 입술의 운동에 의하여 조음이 일어나서 결국은 음성이 생성되게 된다. 저자는 음성을 생성하는 후두 및 성도의 음성외과학적 구조 및 생리에 대하여 주로 언급하고, 성도에 발생하는 다양한 질환중 음성에 영향을 주는 질환만을 선택하여 간략히 설명하고자 한다. (중략)
연하작용이나 발성을 하는 동안 후두 및 주변의 움직임을 관찰하는 데에는 많은 어려움이 있었다. 최근에도 fluoroscopy, functional endoscopy, stroboscopy 등 다양한 방법이 사용되고 있지만, 이러한 검사 방법들은 모두 정상적인 기능을 억제하는 침습적인 방법이거나 실제 움직이는 모습이 아닌 허상을 보여주는 검사로 정확하고 자연스러운 움직임을 관찰하는데는 한계가 있었다. 저자들은 인체내의 구조물이 움직이는 것을 비침습적으로 실제 움직이는 그대로 확인할 수 있는 초음파검사가 후두질환에서 사용될 수 있는지 알아보기 위하여 본 연구를 시작하였다. (중략)
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[게시일 2004년 10월 1일]
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