Mechanism of Vocal Phonation in T-E Shunt Patients after Total Laryngectomy.

Koo, Soo Kweon; Lee, Sang Hwa; Chon, Kyong Myong; Wang, Soo Guen; Goh, Eui Kyung; Kim, Hak Jin; Lee, Suck Hong; Yang, Byung Gon

Korean Journal of Otorhinolaryngology-Head and Neck Surgery > Volume 41(3); 1998 > Article

Original Article

Korean Journal of Otorhinolaryngology-Head and Neck Surgery 1998;41(3): 360-370.

Mechanism of Vocal Phonation in T-E Shunt Patients after Total Laryngectomy.

Soo Kweon Koo, Sang Hwa Lee, Kyong Myong Chon, Soo Guen Wang, Eui Kyung Goh, Hak Jin Kim, Suck Hong Lee, Byung Gon Yang

¹Department of Otolaryngology, St. Benedict Hospital, Pusan, Korea. chief123@chollian.net
²Department of Otolaryngology, College of Medicine, Pusan National University, Pusan, Korea.
³Department of Diagnostic Radiology, College of Medicine, Pusan National University, Pusan, Korea.
⁴Department of English, College of Humanities, Dongeui University, Pusan, Korea.

후두전적출후 기관식도 누공술을 이용한 음성재활환자의 발성기전에 관한 연구

구수권¹ · 이상화¹ · 전경명² · 왕수건² · 고의경² · 김학진³ · 이석홍³ · 양병곤⁴

부산성분도병원 이비인후과1;부산대학교 의과대학 이비인후과학교실2;진단방사선과학교실3;부산동의대학교 영문학과4;

주제어: 기관식도 누공술ㆍ자기공명영상 촬영법ㆍ음성재활.

ABSTRACT

BACKGROUND AND OBJECTIVES:
Total laryngectomy has become a usual treatment for any advanced carcinoma of the larynx, but most patients who have undergone total laryngectomy have shown permanent disability in voice production. To solve this problem, studies of voice rehabilitation after total laryngectomy have been done.
MATERIALS AND METHODS:
We have developed an accurate method to measure the vocal tract shape along its length from magnetic resonance images acquired during the sustained phonation of Korean vowels by T-E shunt patients and normal subject. We estimated the accuracy of MRI and also compared the vocal tract spape of the normal and T-E shunt patients by comparing the first three formant frequencies estimated from MRI to those measured directly from speech data of the T-E patients and the normal subject.
RESULTS:
The length of T-E shunt patient's vocal tract is 17-18.5 cm. T-E shunt patients phonated strained voice. The length of resonant chamber of T-E shunt patients are shorter than that of the normal subject. The vocal tract is shortened during the phonation by T-E shunt patients. In cases of /e/ and /i/, front cavities are constricted while back cavities are shortened. The pseudoglottis of the T-E shunt patients is located at the region 14-15 cm from lip.
CONCLUSION:
Acoustic characteristics and vocal tract shapes of the T-E shunt patients are relatively similar to those of the normal subject. To achieve normal voice, reconstruction of pharyngeal and superior glottal resonant chamber will be desirable.

Keywords: T-E shuntㆍMRIㆍVoice rehabilitation

서론 1874년 후두전적출술 환자에서 처음으로 음성재활법이 시도되었으며 최근 음성재활에 관한 연구가 활발하게 진행되고 있다. Amastu1)는 후두전적출시 기관후벽 점막을 이용하여 기관과 식도를 직접 연결하여 발성시키는 기관식도 누공술(tracheoesophageal shunt)을 발표하였고 현재 널리 사용되고 있으며 음성재활의 성공률도 높다. 기관식도 누공술로 음성을 재활한 환자는 비교적 정상인과 비슷한 음성을 발성하지만 정상인과 상당한 차이를 보인다. 음성재활을 위해서는 보다 정상인에 가까운 발성을 할 수 있도록 다양한 수술 방법이 고안되어져야 할 것이다. 수술적 방법은 다양한 방법을 통하여 재활된 음성의 음향학적 특성, 정상 음성과의 음향학적 비교분석, 새로이 형성된 성도(vocal tract)의 구조에 대한 연구가 필수적이다. 많은 연구자들의 노력으로 Computerized Speech Laboratory(CSL)등과 같은 음성분석기가 도입되어 음성의 과학적 분석이 가능하고, 최근에 개발된 고해상도, 고속도의 자기공명영상 촬영기는 다양한 각도에서 발성하는 성도의 모양을 측정할 수 있게 되었다. 따라서, 발성시 성도모양의 비교, 자기공명영상을 통하여 추정한 음향학적 특성과 CSL등을 통하여 측정한 실제 음성의 음향학적 특성의 비교 등 다양한 비교분석이 가능해졌으며 이러한 비교분석을 통하여 발성의 원리를 정확히 이해할 수 있게 되었다. 특히 자기공명영상에서 추출한 성도 단면적을 구해 음성학적 공명강의 조합으로 계산한 포만트 값을 이용하여 음성을 합성하여 들어봄으로써, 수술전 이들 단면적을 임이로 변화시켜 어떻게 수술하는 것이 음성재활에 가장 도움이 될 것인가를 밝힐 수 있게 된다. 본 논문은 정상인과 기관식도 누공자의 음성을 CSL로 분석하고, 이들의 성도 단면적을 추정하여 얻은 포만트 값과의 상관관계를 구한다. 이어서 기관식도 누공자의 발성기전을 규명하고 이들의 음성특징을 살펴보고, 앞으로 이들이 보다 정상적인 음성을 낼 수 있는 성도모양의 추정에 필요한 기초자료를 제시하고자 한다. 대상 및 방법 대상 1993년 1월 부터 1995년 12월까지 부산대학교 병원 이비인후과에서 진행된 후두암으로 후두전적출술 및 경부곽청술과 동시에 기관식도 누공술로 음성재활을 시도하였던 환자 25명 중 보철에 의한 영상의 간섭이 없고 측정에 지장이 없었던 2명과 발성에 장애를 주는 후두질환의 병력이 없고 청각이 정상이며, 의사소통에 지장이 없는 정상인 1명을 대상으로 하였다(Table 1). 방법 자기공명영상 촬영법(MR image acquisition) 자기공명영상 촬영은 1.5 T MR, VISION(Simens Co.)을 이용하여 앙와위에서 한국어 모음 /a/, /e/, /o/, /u/, /i/를 지속적으로 발성시키면서 촬영하였고 영상촬영 시간 동안 지속적으로 발성하지 못할 경우 가벼운 호흡을 하면서 발성시의 입 모양을 유지시키도록 하였다. 발성과 발성사이의 오차를 줄이기 위하여 검사전 피검자로 하여금 충분한 연습을 통하여 일정한 입모양을 유지하도록 하였으며, 성도의 전부분을 촬영하기 위하여 쇄골상부에서 경구개 상연까지 측정하였고 입술이 포함되도록 하였다. 영상의 각 분절은 최대 7 mm를 넘지 않도록 하였으며 영상의 간섭이 심한 구강과 인두강의 경계부분(transitional zone)은 15。 간격으로 끊어 촬영하였다. 이때 x축은 피검자의 아래 치아에 수평되게 그었으며 입술과 인두강의 후벽사이 3분의 2되는 지점에 y축을 그었다. 이때 y축은 x축에 수직으로, 가능한 인두강 후벽에 평행하도록 하였다(Fig. 1). 영상촬영의 sequence는 fast low angle shot(FLASH) 2D로 TR 230.9 ms, TE 4.1 ms, flip angle 80。, matrix 51×128, FOV 150 mm, NEX 5, slice thickness 5 mm였으며 촬영시간은 1 분 45초 였다. 성도외곽 추출(Extraction of vocal tract boundary) 현상된 자기공명영상 사진(film)에 tracing paper를 얹고 0.3 mm의 graph pen을 이용하여 손으로 성도의 외곽선을 구하였다. 성도의 외곽선은 주변의 조직이나 기타 음영과 50% 정도의 농도차가 나는 지점을 연결하여 그렸다.2)3) 자기공명영상을 이용한 포만트 계산(Formant frequencycalculation from MR images) 50%로 축소되어 촬영된 자기공명영상 사진에서 그려진 성도의 횡단면을 실측치로 확대 복사하고 면적은 모눈종이를 이용하여 측정하였다(횡단면 면적＝모눈종이 칸수×1 mm2×4, correction factor). 성도의 정중앙 영상(middle sagittal plane)에 정중선을 긋고 각각의 분절마다 성문(glottis)으로부터의 거리를 계산하여 FORMFREK(면적함수에 의한 포만트 주파수 계산 소프트 웨어)4)라는 컴퓨터 프로그램에 각각의 단면적과 성문으로부터의 거리를 대입하여 포만트를 산출하였다.3)5)(Figs. 2 and 3) 음향학적 분석(Acoustic analysis of speech data) 자기공명영상 촬영전에 각 피검자가 발성한 음성을 11 KHz의 표본속도(sampling rate)로 녹음한 뒤 이를 간이 스펙트로그램과 Linear Predictive Coding(LPC) 측정방식에 의해 CSL(KAY Co. 4300B)을 이용하여 분석하였다. 가능한 자기영상 촬영시와 동일한 자세로 눕혀 환자를 발성하게 하여 측정하였으며 마이크로부터 15 cm 떨어진 거리에서 각각의 모음을 5회 반복하여 발성하게 하고 그 평균값으로 이들 발음의 포만트를 구하였다. 포만트 실측치와 추정치의 비교(Comparison between for-mant frequencies analysed by CSL and those anaysed by MRI) Macintosh의 통계 분석 프로그램인 Statview 512＋를 이용하여 CSL에서 얻어진 포만트 주파수와 자기공명영상 촬영으로 부터 추정한 포만트 주파수 간의 상관계수를 계산하였다. 결과 자기공명영상 성도의 모양 정상인의 모음발성시 성도모양 자기공명영상으로부터 얻은 성도의 정중앙 단면은 아래와 같았고 치아에 의한 영상의 간섭으로 구강의 앞쪽 부분이 다소 넓혀진 상태로 관찰되었다(Fig. 4). 모음별 성도의 정중앙 단면은 다음과 같다. /a/-혀가 뒤로 움직이고 턱이 아래로 움직이면서 혀가 낮춰지고 따라서 전체적으로 인두강은 좁고 구강은 넓었다. /e/-혀가 경구개를 향하여 상승했으나 /i/의 경우보다 떨어져 있으며 인두강의 크기는 비교적 작았다. /o/-입술이 둥글게 되고 혀의 후방부가 위로 당겨지면서 구강이 둥글고 넓게 보였으며 혀가 인두강쪽으로 당겨졌지만 /a/보다는 위쪽에서 좁힘점이 만들어졌고 /a/에 비하여 인두강이 좁았다. /u/-혀의 뿌리가 앞으로 당겨지면서 혀가 상승하여 따라서 아래쪽 송곳니와 떨어져 보였고, 인두강은 넓어지고 입술은 둥글게 되어 구강의 입구는 좁았다. /i/-혀가 상승하면서 앞으로 움직이고 인두강의 단면적은 넓고, 구강은 좁았다. 측면에서 보면 혀는 경구개에 접근하고 혀가 앞으로 움직이면서 아래측 송곳니에 근접했다. 기관식도 누공환자의 모음발성시 성도모양 기관식도 누공 환자의 모음발성시 성도 모양은 후두전적출술로 인하여 성문 윗부분과 인두강의 아래부분이 소실되어 볼 수 없었고 누공 부분과 성도의 공기 음영사이에 연부조직 음영을 보였고 그 길이는 증례 1은 4.5 cm, 증례 2는 5 cm였다. 각 모음발성시 구강이나 혀의 움직임, 턱과 입술의 움직임은 정상인과 비슷하였으나 인두강이 전체적으로 좁고 가는 원통 모양을 하고 있었다. 구강은 앞쪽이 다소 넓고 깊게 보였으며 대체적으로 정상인과 같은 모양을 하고 있었다. 성도의 길이는 입술부터 누공까지는 증례 1에서 17.5 cm, 증례 2에서 18.5 cm로 정상인의 17 cm 보다 길어져 있었지만 실제 공명강의 길이는 증례 1에서 13 cm, 증례 2에서 13.5 cm로 다소 짧아져 있었다(Figs. 5 and 6). 성도의 각 분절은 성도의 공기음영이 주위조직과 뚜렷이 구분 되었으며 조음에 관여하는 입술, 턱, 혀, 구개의 위치, 모양을 잘 나타내고 있었다. 정상인에 비해 기관식도 누공 환자는 치아가 전혀없는 관계로 구강의 앞쪽 단면에서 성도의 면적이 다소 넓게 보였으며 이는 증례 2에서 더 심하였다. 누공부분과 성도의 공기음영사이의 연부조직은 단면상에서 작은 원통모양의 단면이 관찰되었고 이는 없어진 성문의 상부와 인두강의 하부사이에 가는 원통 모양의 성도가 존재함을 알 수 있었다. 정상인과 기관식도 누공환자의 Spectrogram 차이 포만트의 위치(formant position) 기관식도 누공 환자에서 모든 포만트의 상승을 볼 수 있었으며, 특히 F3의 상승이 두드러졌고, F2, F3는 구분이 어려운 경우가 많았으며 전체적으로 고주파수 부분으로 편이되어 긴장성 음성(strained voice) 양상을 보였다. 강도(formant intensity) 기관식도 누공 환자에서 모든 포만트의 강도의 감소를 볼 수 있었고 증례에 따라 강도의 감소가 심하였는데 이는 환자의 나이, 질환정도, 수술 방법, 발성능력 등 개체간의 차를 보인다. 각 모음별로는 후설 모음인 /o/, /u/에서 강도의 감소가 심하였다. 잡음분포(noise distribution) 기관식도 누공 발성에서 잡음분포가 관찰되었고, 모든 포만트에 잡음이 섞여 있어 포만트의 정확한 위치를 잡기가 어렵고 변화가 심한 경우도 있었다. 이러한 현상은 증례 2에서 더 심하였다(Fig. 7). 자기공명영상과 음성분석에 의한 포만트의 비교 CSL에 의한 포만트의 비교 Table 2에서 보면 정상인에 비해 기관식도 누공 환자에서 F1, F2, F3 상승을 볼 수 있었다. 각 포만트를 비교해 보면 정상인 보다 기관식도 누공 환자 모두에서 F3에 비하여 F2의 변화가 심했다. 따라서 기관식도 누공 환자에서 실제 공명하는 성도의 길이는 정상인에 비해 짧아지고 구강에 비하여 인두강의 변화가 상대적으로 심하다고 추정할 수 있었다(Table 2)(Fig. 8). 자기공명영상과 CSL에 의한 포만트와의 비교 정상인 정상인에서 각각의 모음에 대한 CSL의 측정치(Table 2)와 자기공명영상에 의한 추정치(Table 3)간에 다소의 차이를 보이나 대체적으로 일치하여 자기공명 영상을 이용한 포만트치에 신뢰를 가질 수 있었다(Fig. 9). 기관식도 누공 환자 CSL에서 측정한 포만트는 MRI에서 측정한 포만트에 비해 ① F3가 높다：L＝5C/4F3에서 성도의 길이가 짧아짐을 알 수 있다. 즉 실제 공명하는 성도가 짧아짐을 의미한다. ② F2에서 /a/는 거의 변화가 없고, /e/, /i/는 높아지며, /o/, /u/는 불규칙 하다：/e/, /i/의 경우 F2가 높아지면 LB＝C/2F2에서 LB(인두강)가 짧아지는데 이는 /e/, /i/의 좁힘점이 10∼15 cm인 전설모음으로 /e/, /i/의 발성시 성도의 앞부분이 좁아지고 인두강이 짧아지면서 소리가 난다고 추정 할 수 있다. /o/, /u/의 경우 증례 1과 증례 2에서 차이를 보여 기관식도 누공 환자에서 /o/, /u/는 불규칙하고 개인간의 발성에서도 차이가 있음을 추정할 수 있었다(Figs. 10 and 11). 이는 spectrogram의 소견과 일치하였다. 이상의 결과는 FORMFREK를 통하여 얻어진 성도의 단면적을 통하여 그 결과가 일치함을 알 수 있다(Figs. 12 and 13). ③ 성도의 실측길이는 증례 1의 /a/의 경우 17.5 cm(입술부터 누공까지)로 L＝5C/4F 3에서 L(from CSL)＝14.2 cm, L(from MRI)＝17.5 cm로 기관식도 누공 환자의 경우 가성대는 입술로부터 14∼15 cm에 대략 위치함을 알 수 있었다(Fig. 14). ④ 포만트 실측치와 추정치간의 상관계수 CSL에서 얻어진 모든 포만트 주파수와 자기공명영상 촬영으로 부터 추정한 모든 포만트 주파수와의 상관계수는 정상인의 경우 r＝0.991, 증례 1은 r＝0.942, 증례 2는 r＝0.969였다(Fig. 15). 고찰 발성시 성도의 모양을 측정하는 것은 발성기전을 분석하고 측정하는데 대단히 중요하다. 최근의 고해상도, 고속도의 자기공명영상 촬영의 개발로 다양한 각도에서 정확히 성도 모양을 측정할 수 있게 되었다. 자기공명영상 촬영을 이용하여 발성시 성도의 모양을 측정하여 포만트를 구하려면 몇가지 과정이 필요하다. 첫째 피검자로 하여금 발성을 시키면서 영상을 촬영하는 과정인데 피검자가 촬영하는 동안 지속적인 발성을 해야만 하는 어려움이 있다. 특히 정상인이 아닌 기관식도 누공 발성자를 대상으로 할 때 최대발성지속시간을 고려해 보면 지속적인 발성이 불가능하였다. Lakshiminarayanan 등6) 피검자가 20초간의 영상 촬영 시간 동안 발성이 힘들어 rapid gradient echo seguence를 이용하였으며 Yang과 Kasuya7)는 익숙한 모음이라도 반복된 발성의 경우 소리의 높이 주파수의 차이가 3% 정도 발생한다고 생각하고 영상 촬영전에 피검자로 하여금 충분히 연습시켜 동일한 입모양을 유지하도록 하였으며 발성시 가벼운 호흡을 허락하고 입모양만을 유지하도록 하였는데 저자도 이 방법을 이용하였다. 둘째, 촬영된 영상 사진을 이용하여 성도의 윤곽을 그리는 과정인데 Lakshiminarayanan 등6)은 직접 손으로 성도의 윤곽을 그렸으며 Martelli3)는 성도의 공기음영이 주변의 근육이나 다른 조직보다 어둡다는 점을 이용하여 음영이 50% 이상 차이가 날 때 자동적으로 윤곽을 그릴 수 있는 컴퓨터 프로그램을 개발하였으며 Baer 등2)은 이 프로그램을 이용하여 윤곽선을 그리고 성도의 공기음영에 포함되는 구개수, 후두개와 치아에 의해 간섭되는 부분을 손으로 직접 그리는 방법을 선택하였다. 저자의 경우 직접 손으로 그리는 방법을 선택하였으며 가능한 확대된 사진에서 50% 이상의 음영이 차이나는 경우를 윤곽선으로 하였고 기관식도 누공자의 경우 치아가 전혀 없는 환자를 대상으로 하여 치아의 간섭이 없었다. 세째, 자기공명영상을 이용한 포만트의 계산과정으로 각각의 영상에 대하여 횡단면의 면적과 성문으로 부터의 거리를 측정하여 Lakshiminarayanan 등6)은 수학 공식에 의해 계산하였고, Yang과 Kasuya7)는 컴퓨터 프로그램을 이용하여 측정하였다. 저자의 경우 각각의 종단면적을 가로 세로 1 mm의 모눈종이를 이용하여 각 단면적에 1 mm 2의 사각형이 몇개인가를 더하여 면적값을 직접 측정한 후 Fant의 러시아 모음의 모델을 근거로 한 성도의 공명 주파수 계산(resonance frequency calculation) 프로그램인 FORMFREK를 이용하여 포만트 주파수를 계산하였다. FORMFREK의 원리는 성도를 임의의 길이에 해당하는 원통모양의 피리의 공명주파수 값을 구하고 이들이 동시에 울렸을 때 나오는 스펙트럼의 모양을 분석하여 포만트 값을 계산 해 내는 프로그램이다.4) 네째는 발성된 모음의 음성학적 분석으로 Lakshimin-arayanan 등6)은 자기공명영상 촬영전에 방음장치가 된 곳에서 각각의 모음마다 5번씩 발성시켜 그 평균값을 구하였고, Yang과 Kasuya7)의 경우는 자기공명영상 촬영실에서 피검자로 하여금 앙와위를 취한 자세에서 직접 측정하였으나 저자의 경우 피검자가 기관식도 누공자로서 앙와위를 취한 자세에서 정확한 발성을 하기 어려운 점 등을 고려하여 Lakshiminarayanan 등 6)과 같은 방법으로 CSL(KAY Co. 4300B)로 측정하였다. 이상의 방법으로 발성시 정상인과 기관식도 누공자의 성도의 모양, CSL을 통한 포만트 주파수 실측치, 자기공명영상으로 부터 포만트 추정치를 얻을 수 있었고 이를 토대로 비교분석이 가능하였다. 음성의 4대 공명강은 인두강, 구강, 비강, 입술강이며 성문보다 위에 있는 부분, 즉 성문에서 입 또는 코에 이르는 통로를 일괄하여 성도라고 하며 혀, 아래턱, 입술, 목젖등이 수의적으로 작용하여 성도의 모양을 조절하여 원하는 음을 만들게 된다. 이때 변화가 가장 심한 부분은 구강이고, 다음이 입술강이며 비강은 거의 변화가 없고 다만 콧소리의 조음(articulation)에서만 작용하며 성도의 길이가 늘어나고 갈라지는 효과를 보이기 때문에 고주파영역에서 진폭이 상당히 줄어지는 특징을 보인다. 성문 윗부분과 인두강은 공명에 변화를 일으키는데 필요한 충분한 운동은 하지만 구강이나 입술강처럼 심한 변화는 일어나지 않으며 따라서 조음에 관여하는 것도 제한되어 있다. 19세기 초 Willis가 모음의 본질과 모음발성의 기전에 대한 체계적인 이론을 제시한 이래로 Chiba와 Kajiyama 등8) 많은 연구자의 연구가 진행되어 왔다. Fant9)는 Acoustic theory of speech production에서 음원여파기 이론을 제시하였는데(Souce filter theory) 허파로부터 나온 기류가 음향학적으로 근원(source)이 되는 후두와 여파기(filter) 역할을 하는 성도(vocal tract)를 거쳐 인간의 음성이 생성된다는 이론이다. 후두에서 성대가 떨리면서 유성음이나 마찰음의 원천이 되는 기류가 생기고 혀의 위치, 턱을 벌리는 정도, 입술모양 등에 의해 성도모양이 달라지며 따라서 어떤 주파수에서는 소리에너지 전달을 억제하고 다른 주파수에서는 최대의 에너지를 허용함으로써 에너지 분포가 다른 음으로 들리게 된다. 이를 공식화하면, 최종 음성 출력 P(f)＝성문하 음원의 진폭함수 Us(f) x 성도 전달 함수 T(f)가 된다. 각 모음마다 성도공명에 의해 걸러진 에너지의 정점을 포만트(formant)라고 하고 낮은 주파수부터 제 1(F1), 제 2(F2), 제 3 포만트(F3)등으로 부른다. 포만트는 두가지 특성에 의해 표현되는데 일반적으로 formant frequency로 불리는 중심주파수와 주파수 역(widths of formant peak measured at height that is 70% of the height of the peak)이 그것이다. 이러한 포만트 주파수는 세가지 요소 즉 인두강 및 구강의 길이, 성도의 좁힘점과 좁힘정도 등에 영향을 받는다. Fant9)와 Yang10)은 포만트 주파수가 인두강 및 구강의 길이에 영향을 받는다는 것과 음성의 물리적 특성을 모음에 적용하여 예상 주파수를 구하거나 성도의 길이를 측정하였다. 일반적으로 성도의 길이가 짧아지면 포만트값이 높아지는데 모음 /∧/(영어의 Hudd)에서의 성도의 단면적은 거의 일정하다는 전제 하에서 /∧/의 F3를 이용하여 성도의 길이를 측정하여 다음과 같은 공식을 유도하였다.9) 성도의 길이 L＝5 C/4F 3(C：소리의 속도, 34000 cm/sec) Chiba와 Kajiyama8)가 남녀, 성인과 어린의 구강 길이 비교를 통하여 각 포만트와의 연관성을 기술한 이래로 양자간의 관계에 대한 연구가 진행되었다. Fant11)와 Yang10)은 모음 /i/의 포만트 주파수를 이용하여 인두강의 길이(LB：the length of the back cavity, 성문에서 연구개까지)는 F2에, 구강의 길이(LF：the length of the front cavity, 앞니에서 인강벽까지)는 F3에 영향을 받는다고 하였으며 인두강과 구강의 길이는 /i/ 모음의 F2와 F3에 의하여 추정할 수 있다 하고 다음 공식을 도출하였다. 인두강의 길이 LB＝소리의 속도 C/2F2, 구강의 길이 LF＝소리의 속도 C/2F3 음향적 특성과 조음적 특성을 연관시켜 규칙화하면 다음과 같다. 1) 모음 포만트의 평균주파수는 성도길이에 반비례한다. 즉 성도가 길면 평균 포만트 주파수는 더 낮다. 2) F1 주파수는 성도의 구강 전반부가 좁혀질수록 낮아진다. 3) F1 주파수는 인두강이 좁혀질수록 높아진다. 4) F2 주파수는 후설부분을 좁힐수록 낮아진다. 5) F2 파수는 전설을 좁힐수록 높아진다. 위에서 제시한 규칙들은 성도모양으로부터 포만트를 예측하거나 포만트의 수치를 예측하는데 대체로 사용할 수 있으며 본 논문에서도 결과의 분석에서 좋은 연관성을 보여주었다. 정상인의 자기공명영상의 정중앙 종단면(middle sagittal section)은 본 논문의 결과가 Chiba와 Kajiyama8)의 결과와 일치하였으며 성도의 조음에 관여하는 인두강, 구강, 입술, 혀등의 움직임을 잘 나타내 주고 있었다. Matsumura 등12)은 치아에 함유된 수분의 간섭을 없애기 위해서 치아에 dental crown을 사용하였는데 본 논문의 경우 정상인에서 치아의 간섭으로 구강의 전반부가 다소 넓어진 양상을 보여 앞으로 자기공명영상 촬영시 참고하여야 할 것으로 생각된다. 기관식도 누공자의 자기공명영상의 정중앙 종단면은 기관식도 누공자의 발성시 성도 모양을 잘 나타내고 있는데 정상인과 비교해 볼 때 앞서 기술한 구강, 비강, 입술강 및 혀, 아래턱 등의 움직임과 모양은 정상인과 크게 다르지 않았으나 인공적으로 만든 기관과 식도 사이의 누공으로부터 배출되는 공기를 이용하여 위성대를 진동 시키는 발성기전으로 인하여 정상인에서 볼수 있는 성문 상부와 인두강을 볼 수 없었다. 정중앙종단면에서 정상인의 성도길이는 17 cm로 Yang과 Kasuya7)의 17.5∼18.2 cm보다 다소 짧았으며 기관식도 누공자의 경우 입술부터 누공까지의 거리는 증례 1에서 17.5 cm, 증례 2에서 18.5 cm로 정상인의 17 cm 보다 길어져 있었는데 후두적출술로 인한 길이의 연장으로 생각되었고 실제 공명강의 길이는 증례 1에서 13 cm, 증례 2에서 13.5 cm로 인두강과 성문상부의 소실을 볼 수 있었다. Spectrogram이 발명된 이후 음성을 객관적, 가시적으로 표시하는 것이 가능해졌고 1960년 이후부터 임상적으로 관심을 끌기 시작하였다. Yanagihara13)는 이를 체계화하여 애성의 분류를 시도하였고, Imaizumi14)가 spectrogram을 이용하여 음성을 수치로 표현할 수 있는 매개변수를 발표하여 이를 후두질환의 감별에 응용하였다. Yoo 등15)은 spectogram을 이용한 애성환자의 비교분석에서 애성이 심할수록 잡음분포, 포만트의 변형, 기저주파수의 비주기성이 심해진다고 하였으며 이는 본 논문의 결과와 일치하였다. 애성의 정도가 심한 성대마비나 식도발성의 경우 포만트의 하강정도가 심하였다고 하였는데 이는 이들이 기식성 음성(asthenic voice)이기 때문이며 기관식도 누공 환자의 경우는 포만트가 상승함으로서 고주파수 음역이 많았는데 이는 기관식도 누공의 경우 전반적으로 긴장성 음성(strained voice)의 양상을 보이기 때문이다. 전체적으로 증례에 따라 음성이 다른 것은 환자의 질환 정도와, 나이, 수술 방법의 차이, 개인간의 숙달정도에 원인이 있는 것으로 생각되며 기관식도 누공 환자에서 후설모음인 /o/, /u/가 전설모음 /e/, /i/에 비하여 음성의 질이 떨어졌는데 이는 후두적출로 인한 인두강의 감소에 기인한다고 생각된다. 자기공명 영상을 통하여 얻어진 포만트 주파수의 추정치와 CSL 등을 이용하여 측정한 포만트 주파수의 실측치의 비교는 발성의 기전을 이해하는데 중요하다. 정상인의 경우 양자간의 비교는 성도의 모양을 얼마나 실제 모양과 가깝게 측정하였는지를 판단하는 기준이 된다. Lakshiminarayanan 등6)은 두 측정치를 비교하여 〔(음성분석을 통한 실측치-영상을 통해 얻은 추정치)/실측치×100, %〕 F1의 경우 /a/에서 35%, F2의 경우 /o/에서 19%, F3의 경우 /e/에서 20%의 최대오차를 보였으며 전체적으로 F1의 경우에서 오차의 범위가 높았다고 하였다. Yang과 Kasuya7)는 두 측정치가 거의 일치하였고 오차는 대체로 3∼5% 였으며 특히 /a/ 발음시 오차가 높다고 하였다. 본 논문에서는 정상인, 기관식도 누공자 모두에서 두 측정치간에 유의한 상관관계를 보였다. 기관식도 누공자가 정상인에 비해서 상관계수가 낮은것은 측정시 실제 발성이 어려운 점에 원인이 있으며 개체간의 차이는 개인의 발성능력에 원인이 있다고 생각된다. 정상인의 경우 포만트 주파수 실측치는 Kim,16) Yang10)의 연구와 거의 동일하였으며 기관식도 누공 환자의 경우 정상인에 비해서 F1, F2, F3의 상승을 볼 수 있었고 F3에 비하여 F2의 값이 변화가 심하였는데 Fant9)10)가 제안한 L＝5C/4F 3, LB＝C/2F 2, LF＝C/2F 3에서 기관식도 누공 환자의 경우 전체적으로 실제 공명하는 성도의 길이는 정상인에 비해 짧아지고 구강에 비하여 인두강의 변화가 상대적으로 심하다고 추정할 수 있었다. 기관식도 누공 환자는 발성시 한손으로 누공 부위를 막고 폐공기를 이용하여 가성대를 진동시켜 발성한다. 정상인에 비해 최대발성지속시간이 매우 짧으며 자기공명영상 촬영시 발성을 하면서 측정할 수는 없고 앞서 방법에서 기술한 대로 발성시 입모양을 유지하면서 호흡을 허락한 상태에서 측정하였다. 따라서 CSL을 통한 음성분석시는 실제 발성의 경우에 해당하게 되고 자기공명영상 촬영은 발성시 구강 및 인두강의 모양을 유지한 상태가 된다. 앞서 기관식도 누공 환자의 자기공명영상 분석에서 구강의 모양은 정상인이 경우와 큰 차이를 보이지 않음을 알 수 있었는데 이상의 결과를 요약하면 기관식도 누공 환자에서 CSL을 통하여 얻어진 포만트 실측치와 자기공명영상을 통하여 얻어진 포만트의 추정치를 비교하면 기관식도 누공 환자의 발성시 인두강의 모습과 발성원인 위성대의 위치를 추정할 수 있으리라 생각된다. 기관식도 누공 환자에서 포만트 실측치와 추정치의 비교에서 발성시 성도는 짧아지고 전설모음 /e/, /i/는 인두강의 변화가 심하고 후설모음 /o/, /u/는 불규칙하다 하였는데, 기관식도 누공자의 경우 성문상부와 인두강 하부가 소실되어 있으므로 전설모음에서는 보상적으로 남은 인두강을 더욱 변화시켜 발성하고 후설모음은 없어진 인두강으로 인하여 불규칙한 발음 양상을 보인다고 추정되나 좀더 많은 연구가 필요하다. 기관식도 누공환자는 누공을 통하여 폐 공기를 없어진 인두강과 성문 상부에 형성된 가는 원통모양의 성도를 통하여 배출시킴으로써 발성하게 되는데 이때 가는 원통모양의 성도에 위성대가 생겨 발성의 음원이 형성된다. 따라서 입모양만을 유지하고 자기공명영상으로 부터 추정한 포만트 추정치와 실제 발성하면서 측정한 포만트 주파수의 실측치를 비교하여 성도의 길이를 구하면(L＝5C/4F3), 위성대의 위치를 구할 수 있다. 본 논문에서 기관식도 누공자의 실제 발성시 측정한 포만트에서 계산된 성도의 길이는 14∼15 cm, 추정치에 의한 성도의 길이는 17∼18 cm로 발성시 없어진 성문상부와 인두강 하부에 있는 가는 원통모양의 성도에 위치한 위성대가 좁혀지고 따라서 성도의 길이가 짧아지면서 발성되게 되고 위성대는 입술로 부터 14∼15 cm에 위치함을 추정할 수 있었다. 자기공명영상과 음성분석을 통하여 기관식도 발성은 후두적출자들의 음성재활에 있어서 비교적 정상인의 음성에 가깝고, 특별한 훈련을 필요치 않는 등 여러 가지 장점을 가진 추천할 만한 방법으로 생각되었다. 하지만 음성학적 분석을 통하여 알 수 있었듯이 정상인의 음성과는 아직도 많은 차이를 보였고 본 논문에서 제시한 대로 성대제거에 따라 없어진 인두강과 성문 상부의 재건이 보다 정상음성 발성에 필요하다. 자기공명영상 촬영을 통한 성도의 분석은 음성의 발성기전과 성도모양을 알 수 있는 훌륭한 방법이었으며 다만 발성을 시키면서 성도를 측정할 때 몇가지 방법적인 개선이 필요하리라 생각된다. 기관식도 누공자라도 개인간의 차이, 수술적 방법, 방사선 치료등 발성에 차이를 줄 수 있는 요소들이 많으며 이들 요인들이 음성재활에 큰 영향을 미친다. 향후 이러한 요소들을 고려한 연구가 필요할 것으로 생각된다. 요약 후두전적출술시 기관식도 누공술을 시술한 환자의 발성기전과 정확한 성도 모양을 측정하여 음성재활의 기초적 자료를 제시하고자 자기공명영상 촬영과 CSL을 통하여 음성 분석을 시도하였으며, 이상의 결과로 자기공명영상은 발성시 성도를 측정하는 정확한 방법이며 기관식도 누공자의 성도모델에서 비교적 원음에 가깝게 발성되는 기전을 알 수 있었다. 수술적 방법에 있어서, 보다 정상적인 발성을 위해서는 인두강과 성문 상부의 재건이 발성에 중요하였다.
REFERENCES
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