側腭化語音障礙兒童舌體運動模式的多模態研究△

朱孟賢 姜成惠 周廣超 汪彬昺 李盛 施星輝

腭化和側化發音是臨床上較常見的一種語音障礙，是由不正常的舌腭接觸造成的一種異常發音模式。Fukusako在1974年對腭裂患者牙槽輔音的研究中首次提出腭化發音這一概念；腭化發音時，舌體收縮使舌與硬腭后部邊界及軟腭前部接觸閉合，使氣流從舌體中間通過。Foster在1960年對腭裂患者的語音研究中首次提出了側化發音；側化發音時，舌側緣未與上頜牙槽突接觸，如同英語中[l]發音，氣流從舌側緣溢出。超聲舌影像技術(ultrasound tongue imaging，UTI)可實時、直觀地捕捉發音過程中舌體軟組織的運動狀態[1, 2]，已在腭裂患者語音[3]、舌癌患者術后語音障礙[4]、功能性語音障礙及運動性構音障礙[5, 6]等群體中有一些嘗試性的研究；國內研究也發現，超聲也是一項有效的嗓音診斷輔助檢查手段[7]。雖然側腭化發音主要涉及輔音，但是臨床發現，側腭化發音累及的音節在元音分布上有一定規律，特征元音可能對側腭化構音的產生有一定的影響；同時，作為側腭化發音系列研究的起步，元音構音特征是一個很好的嘗試。目前針對側腭化異常發音的形成機制尚缺乏深入認識，故本研究采用超聲舌成像技術聯合聲學分析技術，研究側腭化發音患者發普通話單元音的舌體運動模式和聲學特征，為臨床側腭化發音的診治提供參考。

1 資料與方法

1.1研究對象及分組 招募2019年9月至2020年11月期間在南京醫科大學附屬口腔醫院語音康復門診就診的側腭化發音患者(側腭化組)18例。因臨床上側腭化構音障礙的患者以男性為主，所以本研究樣本性別均為男性。年齡4～13歲，平均6±0.6歲。側腭化組研究對象的納入標準：由兩位語音師評估后共同診斷為側腭化異常發音；無口腔頜面部器質性病變；以漢語普通話為主要交流語言；無聽力、認知障礙；口腔內無金屬修復體；無其他嗓音異常；未進行正畸治療。另設立對照組18例，均為男性，年齡4～10歲，平均6±0.3歲，納入標準：要求無言語、嗓音異?；蛘系K；以漢語普通話為主要交流語言；無聽力、認知障礙；口腔內無金屬修復體；未接受正畸治療。本研究獲得南京醫科大學附屬口腔醫院倫理委員會的批準。在研究前對所有受試者均進行了研究介紹并且簽署了知情同意書。

1.2語音樣本 以普通話中8個基本單元音為主要考察語料，包括[a]、[o]、[]、[i]、[u]、[y]、[]、[]，這8個元音是漢語普通話中最常見的單元音，參與了絕大多數音節的構成。[]和[]是元音[i]的兩個音位變體，其中元音[]主要來自[ts, tsH, s]，[]主要來自[t§, t§H, §]。

1.3普通話元音舌體運動超聲影像采集 研究在南京醫科大學附屬口腔醫院口腔影像科B超室內進行(本底噪聲<40 dB A)。采用PHILIPS HD7超聲儀器(C5-2探頭，頻率30 Hz，深度10 cm)記錄兩組研究對象在發音時的舌體運動模式。同步通過JVC攝像機(型號：GZ-R10SAC)進行視頻采集，其中音頻信號由連接攝像機的麥克風(型號：Sony UWP-D11)置于研究對象衣領處(約在頦下10 cm處)進行同步采集，聲級計測得該處噪聲水平為28 dB A。有研究表明[8]，低階的共振峰抗噪能力比較強，高階共振峰在有噪聲的情況下會產生比較明顯的偏移或者消失。本研究主要結果在F1、F2上，即在低階共振峰上，抗噪聲能力強。

研究人員手持探頭握柄，為避免空氣等對超聲成像造成干擾，在超聲探頭上涂抹適量超聲耦合劑，將扇形探頭頂端置于研究對象頦下皮膚，使探頭與頦下皮膚緊密接觸但不用力擠壓，以免造成舌體形變。采集舌矢狀位圖像：將超聲探頭置于下頜骨頦棘點和舌骨連線上，前后調整至舌體圖像(從舌尖至舌根)清晰可視。在研究人員的帶讀下，研究對象以每秒1個音節的速度將每個元音跟讀5遍。采集冠狀面圖像：在舌矢狀面圖像采集完成后，將超聲探頭順時針旋轉90°，前后調整探頭位置至舌體圖像清晰后保持靜止，重復上述發音過程進行舌冠狀面圖像的采集。超聲影像數據以研究對象編號命名，以MTS格式存儲。

將保存的MTS格式視頻文件，導入Adobe Premiere Pro 2020@，由一位研究人員(第一作者)對每個元音5次發音的中間3次的舌體運動模式進行逐幀分析，確定每個元音每次發音的中位數幀，并截取中位數幀的舌超聲圖像。將截取的圖像導入Adobe Photoshop 2020@中，利用標尺功能測量所截取圖像中的以下指標，取3次的均值記為該指標值(圖1):①矢狀面舌體高度(saggital height of peak point，SHP)：以cm為單位測量P1點到D1點連線的距離，該值越大表明舌體高度越高，舌體收縮越強;②矢狀面舌尖舌高點距離(sagittal distance between tongue tip and peak point，SDTP)：以cm為單位測量B1點到D1點的距離，該值越小表明舌高點越接近舌尖，舌尖部收縮越明顯;③矢狀面舌體長度(sagittal distance between tongue root and tip，SD)：以cm為單位測量A1點到B1點的距離，該值越小表明舌體收縮越強;④矢狀面舌背約束指數(sagittal tongue dorsum constraint index，STCI)：SHP值和SD值的比值，該值越大表明舌體收縮越強;⑤矢狀面舌高點偏移指數(sagittal peak point offset distance，SPOD)：SDTP值和SD值的比值，該值越小表明舌高點越接近舌尖，舌尖部收縮越明顯;⑥冠狀面舌體高度(coronal height of peak point，CHP)：以cm為單位測量P點到D點的距離，并規定冠狀面向上突起高度為負值，向下突起高度為正值,該值越小表明舌體向上凸起越明顯，腭化發音模式越嚴重;⑦冠狀面舌體寬度(coronal distance，CD)：以cm為單位測量A點到B點的距離，該值越大表明舌體寬度越大，即舌體向兩側擴展越大，舌面趨于平坦，腭化發音模式越嚴重;⑧冠狀面舌背約束指數(coronal tongue dorsum constraint index，CTCI)：PD值和AB值的比值，并規定冠狀面向上突起高度為負值，向下突起高度為正值,該值越小表明舌向上突起趨勢越嚴重，腭化發音模式越嚴重。

1.4普通話元音聲學分析 兩組對象普通話元音聲學數據的采集于南京醫科大學附屬口腔醫院語音治療室的錄音室內進行(本底噪聲<40 dB A)。通過安裝有軟件Audacity@(2.1.2)的便攜式電腦(LenovoThink Pad)連接單向拾音器(SHURE@SM58)進行語音采集,研究對象端坐于拾音器前，保持口距離拾音器10 cm左右，采樣頻率44.1 kHz；在研究人員的帶讀下，研究對象以每秒1個音節的速度將每個元音跟讀五遍，錄制完畢后，聲學數據以研究對象編號命名，以WAV格式保存。

提取各元音的第一共振峰F1、第二共振峰F2、第三共振峰F3。通過Praat@6.1.16語音分析軟件導入音頻數據，為避免產生首尾音節的扭曲現象，選取每個元音5個發音中的中間3個，通過Format listing獲取該元音的F1、F2、F3，每個元音取3次共振峰的均值記為該元音的共振峰值。

1.5統計學方法 采用SPSS 23.0統計軟件對實驗數據進行分析，對于符合正態分布的數據采用獨立樣本t檢驗分析病例組和對照組之間的統計學差異，對于非正態分布的數據采用U檢驗，P<0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1側腭化組和對照組發元音時舌體的超聲影像指標比較 側腭化組和對照組超聲舌體圖像的分析結果見表1～8，可見，在發元音 [a]、[o]、[]、[i]、[u]、[y]時,僅表現出冠狀面指標的差異；側腭化組的CHP和CTCI 指標小于正常對照組，差異有統計學意義(P<0.05)。

表1 側腭化組和正常組發[a]音時舌體的超聲影像測量數據

表2 側腭化組和正常組發[o]音時舌體的超聲影像測量數據

表3 側腭化組和正常組發[]音時舌體的超聲影像測量數據

表3 側腭化組和正常組發[]音時舌體的超聲影像測量數據

組別CD(cm)CHP(cm)CTCISD(cm)SHP(cm)SDTP(cm)SPODSTCI側腭化組4.966±1.537-0.535±1.047-0.066±0.1988.447±1.3613.852±1.0034.431±1.0370.524±0.0910.459±0.112對照組3.892±1.1080.431±0.5410.117±0.1228.546±1.6923.890±1.2414.412±1.3480.510±0.0990.461±0.129P值0.0220.0020.0020.8490.9200.9630.6710.982

表4 側腭化組和正常組發[i]音時舌體的超聲影像測量數據

表5 側腭化組和正常組發[u]音時舌體的超聲影像測量數據

表6 側腭化組和正常組發[y]音時舌體的超聲影像測量數據

表7 側腭化組和正常組發[]音時舌體的超聲影像測量數據

表7 側腭化組和正常組發[]音時舌體的超聲影像測量數據

組別CD(cm)CHP(cm)CTCISD(cm)SHP(cm)SDTP(cm)SPODSTCI側腭化組4.632±1.789-0.206±1.1680.018±0.1958.282±1.0172.644±0.8233.852±0.9740.466±0.1040.317±0.079對照組5.056±0.9620.717±0.2760.146±0.0638.569±1.4792.357±0.8284.819±1.0990.564±0.0990.279±0.105P值0.3840.0040.0150.5020.3040.0090.0070.231

表8 側腭化組和正常組發[]音時舌體的超聲影像測量數據

表8 側腭化組和正常組發[]音時舌體的超聲影像測量數據

組別CD(cm)CHP(cm)CTCISD(cm)SHP(cm)SDTP(cm)SPODSTCI側腭化組4.621±1.638-0.479±1.199-0.047±0.2299.044±1.6392.787±0.8713.834±0.9740.426±0.0790.308±0.073對照組3.929±1.1510.573±0.5920.169±0.1359.583±1.7462.865±0.7394.842±1.2460.507±0.0950.304±0.080P值0.1530.0030.0020.3460.7730.0110.0090.900

2.2側腭化組和對照組發元音時F1、F2、F3比較 側腭化組和對照組發各元音的F1、F2、F3結果見表9～12，可見，側腭化組發[]音的第二共振峰大于對照組，差異有統計學意義(P<0.05)，其余7個元音的F1、F2、F3均無統計學差異(P>0.05)。

3 討論

元音發音穩定，在音節長度及強度上占有較大優勢，便于超聲儀器獲得舌體穩定的圖像(stone等，2005)。從聲學角度看，元音發音時發音器官間無直接接觸，聲譜中無噪聲成分，有特定的共振峰型，易獲得準確的數據。故本研究聯合超聲影像技術和聲學分析技術，觀察分析側腭化發音患者發單元音時舌體運動模式，結果表明，側腭化發音患者發單元音時舌體的運動模式與正常兒童存在差異，側腭化組表現出舌體中線上抬和舌尖部收縮，發[a]、[o]、[]、[i]、[u]、[y]時僅冠狀血指標出現差異，發[]、[]時矢忙面和冠狀面指標均出現差異，說明側腭化發音在發[i]音的變體音[]、[]時表現的猶為明顯。因此在未來的側腭化語音研究中，[i]音及[]、[]音更適合作為研究語料。Mann等(2007)認為，在兒童語音發展過程中，[]音要比[]音更早習得，未來對于低齡段兒童的側腭化語音的研究中，[]音是一個更好的選擇。

文中超聲影像結果提示，所有研究對象的舌體運動超聲影像冠狀面指標CTCI值、CHP值均顯著小于對照組，說明側腭化發音時舌體中線上抬，與先前研究結果一致。Michi等在1986年利用腭電圖儀對腭化發音患者檢查發現，患者發音時舌體上抬，氣流從兩側頰側間隙中流出。本研究結果顯示在矢狀面圖像中，側腭化組發[]、[]音時的SDTP 和SPOD值顯著小于對照組，提示側腭化發音時舌尖部收縮明顯。1981年Yukari等通過頭顱側位片研究側腭化構音時發現，側腭化發音的舌位表現為舌尖部收縮和舌背中后部上抬，使得舌與硬腭后部接觸；本研究結果與此基本一致。

表9 兩組發元音[a]、[o]時F1、F2、F3比較

表10 兩組發元音[]、[i]時F1、F2、F3比較

表10 兩組發元音[]、[i]時F1、F2、F3比較

組別[?]F1F2F3[i]F1F2F3側腭化組637.654±116.7231501.504±270.0253161.687±669.306443.439±107.8632253.364±1052.1743546.451±392.034對照組993.817±141.4241371.003±250.4813395.207±221.604628.277±138.3372489.920±1143.0323637.672±226.802P值0.5800.3030.1690.3160.5230.399

表11 兩組發元音[u]、[y]時F1、F2、F3比較

表12 兩組發元音[]、[]時F1、F2、F3比較

表12 兩組發元音[]、[]時F1、F2、F3比較

組別[?]F1F2F3[?]F1F2F3側腭化組420.403±109.1671770.837±627.6043312.525±525.266495.806±102.7552058.083±329.3843221.616±411.369對照組493.732±144.6651770.837±627.6043320.782±324.971540.330±109.7621780.667±395.6952930.992±652.487P值0.5800.0940.9560.2180.0290.119

共振峰F2與舌位的前后密切相關，舌位越靠前，F2越高；舌位越靠后，F2越低。本研究結果提示側腭化組發[]音的F2顯著增大，表明側腭化發[]音時舌位靠前，這與[]音的超聲指標結果一致。除[]音外, 其他元音的聲學共振峰未發現顯著性差異，考慮主要是由于聲學共振峰對于舌體位置的提示作用尚存在爭議。Savariaux等1995年報道，F1和F2是元音發音時舌體在上下維度及前后維度的關鍵感知指標；也有學者比較元音[u:]和[?]在音節“fool”和“full”中的超聲舌型和聲學指標發現，音節“fool”中舌體位置明顯向前，但聲學指標F2并沒有顯著差異，因此提出共振峰F2并不能敏感地提示舌體位置的細微改變[9]，聲學指標在提示細微舌體形態改變的敏感度上不如超聲影像技術。因此，側腭化構音的舌體運動研究中，超聲影像分析是一項更有效、更可靠的方法。

本研究利用超聲成像技術和聲學分析技術對于側腭化發音障礙患者發單個元音時舌體的形態特征進行了研究，發現發[i]音的變體音[]、[]時的超聲舌體圖像對于側腭化語音功能障礙具有明顯的提示作用。側腭化發音的超聲圖像表現為冠狀面的舌中線上抬，矢狀面表現為舌尖部收縮，舌高點前移。但本研究采用的測試語料較為單一，僅為普通話中的單元音；在未來研究中，可針對輔音+[i]音的音節進行進一步的研究。側腭化構音在腭裂術后患者中常見，目前尚缺乏對側腭化構音伴腭裂和不伴腭裂之間的比較，因此，在下一步研究中，可根據是否伴腭裂進行深入研究。本研究針對側腭化發音異?；颊咧委熐?，今后可展開對治療前后的對比研究，為臨床診治提供更為豐富的參考。