KR20040039621A - Apparatus and method for a multi-channel integrated laryngeal diagnosis system - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 다채널 통합 후두 진단 시스템 및 진단 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 후두의 상태를 진단하고 후두 질환을 예측하는 후두 진단 시스템에 있어서, 피측정자의 후두를 통하여 방출되는 발성에 포함된 복수의 생체신호를 복수의 채널에 구비된 다양한 종류의 측정 센서에 의하여 동기적(synchronous)으로 입력받아, 특정 시각에 측정되는 후두를 통한 복수의 생체신호를 다각적으로 종합분석함으로써 분석 결과를 통하여 후두의 상태를 진단하고 후두 질환을 예측할 수있도록 하는 다채널 통합 후두 진단 시스템 및 진단 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a multi-channel integrated laryngeal diagnostic system and diagnostic method, and more particularly, in a laryngeal diagnostic system for diagnosing the condition of the larynx and predicting laryngeal disease, the plurality of included in the speech emitted through the larynx of the subject. Synchronously received by various types of measuring sensors provided in a plurality of channels, and comprehensively analyzes a plurality of bio signals through the larynx measured at a specific time, A multi-channel integrated laryngeal diagnostic system and diagnostic method for diagnosing conditions and predicting laryngeal disease.
음성은 원음을 생성하는 성대와 이를 필요한 형태로 걸러내는 성도의 조합으로 생성된다. 성대의 진동은 기본주파수로 나타나며, 화자의 감정이나 특정한 방언에 따라 독특한 유형을 보여준다. 또한, 발성방식에 따라 미세한 음질의 변화도 보인다. 따라서, 성대의 진동은 음성분석이나 합성 및 외국어 학습에 필요한 기본적인 자료를 제공해주므로 연구할 가치가 충분히 있다. 성대는 보통 전방에서 후방으로 세등분하여 나눴을 때, 전방의 두부분은 막질로 되어있고, 후방의 한부분은 연골질로 되어 있다. 이 후방의 1/3부분은 실제 발성시 움직이지 않으며 대체로 전방의 두 부분이 주로 움직인다. 일반적으로 수용되고 있는 성대의 작용은 공기역학적 근육탄성이론 (aerodynamic myoelastic theory)으로 설명한다. 호흡할 때는 피열연골이 바깥으로 당겨져 성문으로 공기가 지나간다. 발성시는 피열연골이 안쪽으로 당겨져서 성대가 맞붙게 된다. 이어서 폐에서 올라오는 압력이 높아지면 성대가 열려서 작은 구멍이 생기면서 터지듯이 열리게 된다. 이 좁은 구멍으로 기류가 빠른 속도로 지나가면 그 주위의 기압이 낮아지게 되고 (Bernoulli effect), 이로 인해 성대주름이 빨려들어 가듯이 서로 붙게 된다. 곧이어 폐에서 올라오는 기류의 압력이 증가하면 다시 성대가 열어지게 되는 과정이 되풀이 된다. 결국 성대는 성문하기압과 베르누이 효과에 의해 작용한다.The voice is produced by a combination of the vocal cords that produce the original sound and the saints that filter it out in the required form. Oscillations of the vocal cords appear at the fundamental frequency and show distinctive patterns depending on the speaker's emotions or specific dialects. In addition, a slight change in sound quality may be seen depending on the voice method. Therefore, the vibration of the vocal cords is worth studying because it provides basic data for speech analysis, synthesis, and foreign language learning. The vocal cords are usually subdivided from anterior to posterior, with two parts of the anterior membrane, and one part of the posterior one being cartilaginous. This rear one-third does not move during actual vocalization, and usually the two fronts move mainly. The action of the vocal cords, which is generally accepted, is explained by the aerodynamic myoelastic theory. When breathing, the cartilage is pulled out and air passes through the gate. When vocalization, the cartilage is pulled inward and the vocal cords are engaged. Subsequently, when the pressure from the lungs increases, the vocal cords open, opening up like a small hole that opens like a pop. As the air flows through this narrow hole at high speed, the air pressure around it is lowered (Bernoulli effect), which causes the vocal cords to be sucked together. Soon after the pressure of the air flow from the lungs increases, the process of opening the vocal cords is repeated. After all, the vocal cords are acted on by the written pressure and Bernoulli effect.
성대의 진동은 성대의 질량과 길이에 반비례하고 긴장도에 비례한다. 따라서, 보다 두껍고 긴 성대는 낮은 주파수를 갖게되고, 가늘고 짧은 성대는 높은 주파수를 갖게 된다. Eguchi와 Hirsh (1969)의 연구에 따르면 3세와 6세에서 기본주파수가 급격히 떨어졌고 그 이후에 13세까지 서서히 변하며 소녀는 13세에 성인 여성의 기본주파수에 도달하고, 소년들은 성인의 주파수로 계속 떨어진다고 보고했다. Negus(1949) 의 성대길이 변화연구는 이런 변화를 뒷받침한다. 즉, 탄생시 성대의 길이는 3 mm에서 1년뒤 5.5 mm, 5년 뒤 7.5 mm 15년 에는 9.5 mm 성인 여성은 12.5- 17 mm로 성인 남자는 17 ~ 23 mm에 달한다. 덧붙여, 사람마다 감정을 나타낼 때 턱을 내밀어 올리면서 환상연골을 이용하여 성대를 당겨서 팽팽히 만들 수 있는데 이렇게 되면 진동수가 빨라지므로 기본주파수가 높아지게 된다. 이런 변화를 통해 사람의 감정을 표현하는 독특한 억양을 가지게 된다. 따라서, 성인 남성의 기본주파수는 70 ~ 200 Hz까지 변하며, 여성은 140 ~400 Hz의 범위를, 아이들에서는 180 ~ 500 Hz로 변한다.The vibration of the vocal cords is inversely proportional to the mass and length of the vocal cords and proportional to the tension. Thus, thicker and longer vocal cords have lower frequencies, and thin and short vocal cords have higher frequencies. Eguchi and Hirsh's (1969) study found that at 3 and 6 years of age, the fundamental frequency dropped sharply and then gradually changed to 13 years old, the girl reached the fundamental frequency of an adult female at 13, and the boys at the frequency of an adult. Reported to continue falling. Negus' (1949) change in vocal cord length supports this change. In other words, the length of the vocal cords is 3 mm to 5.5 mm after 1 year, 7.5 mm after 5 years, and 9.5 mm by 15 years to 12.5-17 mm for adult women and 17 to 23 mm for adult men. In addition, when each person shows emotion, the chin can be pulled out using the annular cartilage while the chin is pushed out. This will increase the fundamental frequency because the frequency increases. This change leads to a unique accent that expresses a person's feelings. Thus, the fundamental frequency of an adult male varies from 70 to 200 Hz, the female ranges from 140 to 400 Hz, and from 180 to 500 Hz in children.
이러한 성대의 기능과 작용에 대해 많은 학자들이 여러가지 과학적인 장치를 이용하여 연구를 해왔다. 특히, 음성병리학자들은 발성체제에 상당한 관심을 갖고 환자의 성대 근접 촬영을 통해 성대의 임상적인 반응을 분석하여 악성종양의 크기나 위치를 알아내거나 장애자들의 발성구조에 대한 근본적인 문제점을 진단하고 치료할 수 있는 방안을 모색해왔다. 이들이 사용했던 대표적인 두가지 방식을 든다면, 발성시 성대 사이로 전달되는 빛의 양을 측정하는 PGG (Photoglottography)와 성대가 진동할 때 성대를 가로지르는 전기저항의 변화를 측정하는 EGG(Electroglottography)가 있다. PGG를측정하기 위해서는 광원을 입안이나 인두부에 두고, 성대 밑에 성문을 통과한 빛의 양을 측정하는 광탐지기를 두어 발성할 때 성문이 열린 단면적에 비례하는 빛의 양을 측정한다. 즉, 좁은 공간에서흘러나오는 빛보다는 넓은 공간에서 나오는 빛이 더 강하게 탐지될 것이다. 이와는 반대로 EGG는 한 쌍의 전극을 갑상연골 (thyroid cartilage) 의 양쪽 피부에 부착시켜서 전기저항 변화를 측정한다. EGG의 작동원리는, 전류가 한쪽 전극에서 성대조직을 통과하여 다른 쪽 전극으로 횡단하면서 조직 통로의 접촉면적과 길이에 따라 저항값이 달라짐을 이용한다. 즉 성대가 분리되면 전류가 지나갈 통로가 적어지고, 직선거리가 아닌 후두의 전후방지역을 돌아가기 때문에 저항이 증가한다. 반면, 성대가 접촉하면 보다 많은 전도통로가 생기고 저항값도 낮아진다. 결국 조직저항은 성대의 접촉면적에 반비례한다. 스트로보스코프와 EGG를 비교해 본 결과 EGG신호는 성대 접촉영역변화를 잘 반영하고 있음이 입증되었다. Fourcin (1981)은 성문의 공간이 아니라 성대의 접촉면적을 나타내기 때문에 Laryngogram이라 불렀다. 이 때 나타나는 신호의 변화는 성대의 접촉양을 나타낸다. Titze와 Talkin (1981)은 더 정밀한 관찰을 통해, 후두에서 측정된 값은 중앙표면 전체의 접촉에 대한 통합된 측정치이며 전선가닥과 같이 좁은 지향성을 보이기 보다는 성문주위로 전달되는 모든 요소까지도 반영한다고 지적했다. EGG는 성대의 닫힘을 다루고 PGG는 성대의 열림을 다루기 때문에 서로 상보적인 측정 방법이라고 할 수 있다. 특히, EGG 파형의 자료를 전후값의 차이로 나타낸 차분 EGG (Differentiated EGG) 는 성문의 여닫음의 순간을 보다 더 정확히 포착하는데 쓰인다.Many scholars have studied the function and function of these vocal cords using various scientific devices. In particular, negative pathologists have a great interest in vocalization and can analyze the vocal cord's clinical response through close-up of the vocal cords to find out the size and location of malignancies or to diagnose and treat fundamental problems with the vocal structure of the disabled. I have been looking for a way. Two typical methods they used were photoglottography (PGG), which measures the amount of light transmitted between the vocal cords during vocalization, and EGG (Electroglottography), which measures the change in electrical resistance across the vocal cords when the vocal cords vibrate. To measure PGG, place a light source in the mouth or pharynx, and place a light detector under the vocal cords that measures the amount of light that has passed through the gate. That is, light from a wide space will be detected more strongly than light from a narrow space. In contrast, EGG measures a change in electrical resistance by attaching a pair of electrodes to both skin of thyroid cartilage. The principle of operation of the EGG is that the resistance value varies depending on the contact area and length of the tissue passageway as the current passes through the vocal cord tissue from one electrode to the other electrode. In other words, when the vocal cords are separated, there is less passage for current, and the resistance increases because the vocal cords are moved back and forth in the larynx rather than in a straight line. On the other hand, contact of the vocal cords leads to more conduction paths and lower resistance. Eventually, tissue resistance is inversely proportional to the contact area of the vocal cords. Comparing the stroboscope and the EGG, the EGG signal proved to reflect the change in the vocal cord contact area. Fourcin (1981) was called Laryngogram because it represents the contact area of the vocal cords, not the space of the gate. The change in signal at this time indicates the amount of contact of the vocal cords. Titze and Talkin (1981) point out that more precise observations indicate that the measured value in the larynx is an integrated measure of contact across the entire central surface and reflects all the elements transmitted around the gate rather than showing a narrow directivity like wire strands. did. Since EGG deals with the closing of the vocal cords and PGG handles the opening of the vocal cords, it is a complementary measurement method. In particular, differential EGG (EGG), which represents the data of an EGG waveform as a difference between front and rear values, is used to capture the moment of opening and closing of the gate more accurately.
성문에서 생성되는 음원의 스펙트럼은 두 가지 중요한 음향적 특징을 갖고 있다. 첫째, 기본주파수 또는 배음 주파수 간격과 둘째 주파수에 따른 진폭유형이다. 기본주파수 간격은 성문파의 진동주기가 빠르면 성기게 나타나고 느리면 촘촘하게 나타난다. 배음의 진폭의 형태는 진동의 정확한 모양에 따라 달라진다. 성문파의 배음의 진폭은 고주파로 갈수록 떨어지는 경향을 보인다. 말하는 사람의 특성과 성대의 모양에 따라 약간씩의 변화가 있을 수 있으나, 또박또박 발성할 때는 한 옥타브당 약 12 dB씩 떨어지는 스펙트럼을 보인다. 보통 대화를 할 때의 발성은 성문파형의 모퉁이 부분에서 보다 더 둥글게 그려진다. 따라서 성문스펙트럼은 고주파로 갈수록 옥타브당 약 15 dB씩 더 날카롭게 떨어진다. 반면에 아주 강하게 발성할 때는 성문진동이 보다 날카로운 모퉁이 부분이 생겨서 약 9 dB 씩 떨어진다 (Fant, G. 1973. Speech Sounds and Features. The MIT Press, Cambridge, Mass). 실제 발성시에는 얼굴표면에 입이 있어서 머리에 의한 방사특성이 실려지게 되므로, 입술 밖에 나오는 음성파형은 한 옥타브당 약 6 dB씩 떨어지는 (-12 dB +6 dB= -6 dB) 모양으로 나타나고, 후강의 소리흡수 때문에 600 ~ 1000 Hz 근처지역에 함몰된 부분이 생기기도 한다.The spectrum of the sound source produced at the gate has two important acoustic characteristics. Firstly, it is amplitude type according to fundamental frequency or harmonic frequency interval and second frequency. Fundamental frequency spacing appears coarse when the rhythm oscillation cycle is fast and dense when slow. The shape of the harmonic amplitude depends on the exact shape of the vibration. The amplitude of the harmonic harmonics tends to decrease at higher frequencies. There may be slight variations depending on the speaker's characteristics and the shape of the vocal cords. However, when vocalizing, the spectrum drops by about 12 dB per octave. In conversation, speech is usually rounded more than at the corners of the glottal waveform. Thus, the glottal spectrum drops sharply by about 15 dB per octave at higher frequencies. On the other hand, in very strong vocalizations, the glottal vibrations have sharper corners and drop about 9 dB (Fant, G. 1973. Speech Sounds and Features. The MIT Press, Cambridge, Mass). In actual vocalization, there is a mouth on the surface of the face, so that the radiation characteristic of the head is loaded, so that the speech waveform outside the lips appears as a drop of about 6 dB per octave (-12 dB +6 dB = -6 dB). Due to the sound absorption of the larynx, there is a recess in the area around 600 ~ 1000 Hz.
말소리의 날카로움과 둔탁한 정도를 나타내는 음색은 성대 주름의 진동방식에 따라 다르다. 음색의 특성은 성대개방비율 (opening quotient:Oq)로 구분할 수 있는데 이 비율은 성대가 한 번 붙었다 떨어질 때의 시간에서 성대가 개방된 시간의 비율을 말한다. 정상적인 언어는 이 비율이 50% 정도인데 소리를 크게하면 성대주름이 더 깊게 닫혀있기 때문에 그 보다 낮은 수치값을 갖게 된다. 즉, 성문하 기압 (Psg) 이 높아져서 더 멀리 열렸다가 더 힘있게 당겨주기 때문이라고 한다. 그 결과 고주파부분의 진폭이 높아지게 되어 청각적으로는 음성이 강하고 더 뚜렷한 인상을 받게되며, 이와는 반대로 작은 목소리에서는 50% 이상의 Oq값을 갖게된다.즉, 목청에서 발성 노력이 적어서 성대 주름이 완전히 닫히지는 않고 지속적으로 공기가 흐르기 때문에 숨쉬는 소리로 들린다.The tone of the sharpness and dullness of speech depends on the vibration of the vocal cords. The characteristics of the tone can be divided into the opening quotient (Oq), which is the ratio of the time the vocal cords are open to the time when the vocal cords are attached and dropped once. In normal language, this ratio is about 50%, but when the sound is louder, the vocal cords are closed deeper, which results in lower numerical values. In other words, the lower pressure (Psg) of the gate is higher, so it opens farther and pulls more powerfully. As a result, the amplitude of the high-frequency portion is increased, resulting in a strong and more pronounced impression in the auditory sense, and in contrast, a smaller voice with an Oq value of 50% or more, which means less vocal effort in the throat to completely close the folds of the vocal cords. It is heard as a breathing sound because the air is continuously flowing.
이러한 다양한 음원 특성을 반영하여 음성합성을 할 때는 다음과 같은 파라메터를 조정한다. 첫째,성문파의 최대값 진폭(AV), 기본주파수값의 변화 (f0), 성문이 한번 열렸다가 닫히는 한 사이클의 지속시간에서 열린 구간이 차지하는 비율값 (Oq), 성문의 열린부분에서 상승하는 부분의 지속시간과 하강하는 비율(speed quotient:Sq), 성대 전체길이를 따라 동시에 닫히지 않으면 모퉁이 부분이 둥글게 되어 생기는 성문스펙트럼의 기울기 (Tilt:Tl) 등이 있다. 이들 값을 변화시켰을 때 Oq는 첫번째 배음의 상대적인 강도를 결정하는데, 기본주파수값이 높으면 성대의 떨림이 빠르게 일어나므로 빠르게 닫혔다 열리는데 닫힘이 보다 더 지속되기 때문에 열림구간 비율은 낮게된다. 또한, Sq는 스펙트럼상에 영점으로 나타나고, Tl 변수는 고주파배음을 감폭시킨다.The following parameters are adjusted when speech synthesis is made by reflecting these various sound source characteristics. First, the maximum amplitude of the glottal wave (AV), the change in the fundamental frequency (f0), the ratio value occupied by the open section in the duration of one cycle of opening and closing of the gate, and rising from the opening of the gate The duration of the part, the rate of falling (Sq), and the slope of the glottal spectrum (Tilt: Tl), which is caused by the rounding of the corner part if it is not closed at the same time along the entire vocal cord. When these values are changed, Oq determines the relative intensity of the first harmonic. If the fundamental frequency value is high, the vocal cord shakes quickly, so it closes and opens quickly. In addition, Sq appears as a zero point on the spectrum, and the Tl variable attenuates high frequency harmonics.
근자에 들어, 인간의 후두의 이러한 특성을 이용하여 후두(larynx) 질환의 유무를 진단하기 위하여, 음성 및 성대에 대한 다양한 종류의 검사 및 분석 방법이 다양하게 개발되어 사용되고 있다.In recent years, in order to diagnose the presence of larynx disease using these characteristics of the human larynx, various kinds of tests and analysis methods for voice and vocal cords have been developed and used in various ways.
이러한 검사 및 진단 방법으로는, 예를 들어, 지각적 검사(perceptual evaluation), 유속 센서(pneumotachometer)의 적용에 의하여 이루어지는, 평균호기류율 (mean flow rate) 또는 성문하압 (subglottic pressure)의 측정 등을 포함하는 공기역학검사, 피측정자의 발성음을 녹음하여 이를 분석함으로써 이루어지는 기본주파수 (fundamental frequency)검사, 음성영역(vocal range)검사 및 최대발성시간 (maximum phonation time)검사, EGG 센서의 적용에 의하여 이루어지는 전기성문파측정(EGG:electroglottography), 성대 점막 운동을 시작적으로 분석하는 후두 스트로보스코피(paryngostrobyscopy) 등의 방법이 있다.Such inspection and diagnostic methods include, for example, measurement of mean flow rate or subglottic pressure, which is performed by perceptual evaluation, application of a pneumotachometer, or the like. Aerodynamic test, including the basic frequency (fundamental frequency) test, vocal range (maximum phonation time) test, and the application of the EGG sensor Methods such as electroglottography (EGG), and paryngostrobyscopy (paryngostrobyscopy) for the initial analysis of vocal cord mucosal movement.
그런데, 종래 이러한 후두의 상태 및 후두질환을 진단하기 위해서는 각각의 측정요소를 측정하기 위한 별도의 측정기기를 이용하여야 했다.However, in order to diagnose such a condition of the larynx and laryngeal disease, a separate measuring device for measuring each measurement element has to be used.
예를 들어, 환자의 후두 상태를 진단하기 위하여 EGG 측정값, 발성 시에 후두를 통하여 배출되는 공기의 유속 및 발성음의 주파수를 측정하여야 할 필요가 있다. 이 경우에, 종래에는 먼저 EGG 센서를 포함하여 이루어진 EGG 측정기로써 EGG 값을 측정하고, 다음 유속 센서를 포함하여 이루어진 후두 유속 측정기로써 유속을 측정한 후, 환자의 발성음을 녹음기로써 녹음하여야만 하였다. 즉, 환자의 후두 상태를 진단하기 위하여 3회의 독립된 측정을 하여야 하였던 것이다.For example, in order to diagnose a patient's laryngeal condition, it is necessary to measure the EGG measurement value, the flow rate of air discharged through the larynx during speech, and the frequency of the speech sound. In this case, conventionally, the EGG value was first measured with an EGG sensor including an EGG sensor, and then the flow rate was measured with a laryngeal flow rate meter including the next flow rate sensor, and then the voice of the patient was recorded by a recorder. That is, three independent measurements were needed to diagnose the laryngeal condition of the patient.
이러한 종래 기술에 의한 후두 상태의 진단에는 다음과 같은 문제점이 있었다.The diagnosis of the laryngeal condition according to the prior art had the following problems.
먼저, 가장 큰 문제점으로는 분석 대상이 되는 측정값의 불일치를 들 수 있다. 즉, 위와 같은 여러 측정값의 분석은, 피측정자의 동일한 생체신호에 대하여 서로 다른 기준에 의한 다각적인 측정을 하여, 이를 종합적으로 고려하기 위한 것이다. 즉, 동일한 발성음에 대하여 EGG 측정기에 의하여 측정되는 피측정자의 후두 부분의 저항값의 변화와, 유속 측정기에 의하여 측정되는 피측정자의 발성 시의 유속과, 녹음기에 의하여 측정되는 피측정자의 발성음의 주파수, 지속시간 및 고저 등을 종합적으로 분석하여, 이를 건강한 사람의 후두에서 관찰되는 분석 결과 및각종 후두 질환자의 후두에서 관찰되는 분석 결과 등과 비교 및 대조함으로써 후두 상태를 진단하고 질환 유무를 판별할 수 있는 것이다.First, the biggest problem is the inconsistency of the measured values to be analyzed. That is, the analysis of the various measured values as described above is to take a multi-dimensional measurement based on different criteria with respect to the same biological signal of the subject, to comprehensively consider this. That is, the change in the resistance value of the laryngeal part of the subject measured by the EGG measuring instrument, the flow rate of the subject's speech measured by the flow rate measuring instrument, and the voice of the subject measured by the sound recorder for the same sound. The frequency, duration, and height of the liver are analyzed comprehensively, and the results are compared with the analysis results observed in the larynx of healthy people and the analysis results observed in the larynx of various laryngeal patients to diagnose laryngeal conditions and determine the presence of disease. It can be.
그런데, 상술한 바와 같은 종래의 측정 방법에 의하면 다양한 측정값을 얻어내기 위하여 수 회의 측정을 반복하여야 하는데, 피측정자가 아무리 수 회에 걸쳐서 비슷한 발성을 하도록 노력한다고 하여도 수 회의 발성이 완벽하게 동일할 수는 없는 것이다. 따라서, 종래의 측정 방법을 사용하는 경우에는 각각의 센서를 통하여 측정되는 측정값들은 언제나 서로 다른 발성을 대상으로 하는 것일 수밖에 없으므로, 발성의 지속 시간에 동기하여 동일한 발성에 대한 다각적이고 종합적인 분석을 할 수가 없었다.However, according to the conventional measuring method described above, several measurements must be repeated in order to obtain various measurement values, and no matter how many times the measured person tries to make similar utterance, the utterance is completely the same. You can't. Therefore, in the case of using the conventional measuring method, since the measured values measured through the respective sensors always target different utterances, a multi-faceted and comprehensive analysis of the same utterance is performed in synchronization with the duration of utterances. I could not.
다음의 문제점으로는, 독립한 다수의 측정기를 구비하여야 하는 것에 따른 낭비와 불합리의 문제가 있다.The next problem is the waste and irrationality of having to have a large number of independent measuring devices.
종래에는 후두 상태의 진단을 위하여 각각의 독립한 측정기, 즉 EGG 측정기, 유속 측정기, 녹음기 등을 갖추어야 하였다. 이러한 측정기들은, 대개 측정을 위하여 직접 피측정자와 접촉하게 되고, 측정에 필요한 센서를 포함하고 있는 측정부와, 측정부로부터 측정된 아날로그 측정값을 분석에 필요한 디지털 측정값으로 변환하는 변환부, 이러한 측정값을 분석하는 분석부 및 분석한 결과를 저장하는 저장부와 분석한 결과를 화면에 출력해주는 출력부 등을 포함하여 이루어진다. 한편, 최근의 컴퓨터 기술의 발전과 더불어, 요즈음 개발되는 상당수의 측정기에서는 상기 분석부, 저장부 및 출력부를 개인용 컴퓨터(PC) 또는 워크스테이션 등이 담당하도록 하고, 여기에 상기 측정부 및 변환부만을 일종의 주변기기로서 PC에 장착하는 방식으로 측정기를 구성하는 것이 일반적이다.Conventionally, for the diagnosis of laryngeal condition, each independent measuring device, ie, an EGG measuring device, a flow rate measuring device, and a recording machine, should be provided. These measuring devices usually come into direct contact with the subject for measurement, and include a measuring part including a sensor for measuring, and a converting part for converting analog measured values measured from the measuring part into digital measuring values for analysis. It includes an analysis unit for analyzing the measured value, a storage unit for storing the analysis results and an output unit for outputting the analysis results on the screen. On the other hand, with the recent development of computer technology, a large number of measuring instruments developed these days, such that the analysis unit, the storage unit and the output unit to be in charge of a personal computer (PC) or workstation, and only the measurement unit and the conversion unit As a kind of peripheral device, it is common to configure the meter by mounting it on a PC.
그러나, 각각의 측정기는 다른 측정기와 구성 요소를 공유하도록 개발되지는 않으므로, 각각의 측정기마다 이를 구성하는 PC 및 모니터, 프린터 등을 필요로 하게 되어, 후두 진단을 위하여 다양한 측정기를 구비하는 경우 측정기의 종류만큼의 컴퓨터 시스템이 필요할 수밖에 없어, 측정기가 점유하는 공간의 낭비는 물론이거니와, 독자적인 컴퓨터 시스템을 필요로 하는 각 측정기의 단가가 상승함에 따른 경제적인 부담도 상승한다는 문제점이 있었던 것이다.However, since each measuring instrument is not developed to share components with other measuring instruments, each measuring instrument requires a PC, a monitor, a printer, etc. to configure the measuring apparatus. As much as the type of computer system is required, not only wasting space occupied by the measuring instrument, but also a problem that the economic burden increases as the cost of each measuring instrument which requires its own computer system increases.
따라서, 후두의 상태를 진단하고 후두 질환을 예측하는 후두 진단 시스템에 있어서, 다양한 종류의 측정 센서를 하나의 후두 진단 시스템에 구비함으로써, 피측정자의 후두를 통하여 방출되는 발성에 포함된 복수의 생체신호에 대한 다각적이고 종합적인 분석을 가능케 함과 아울러, 각각의 측정기가 별도의 컴퓨터 시스템을 사용함으로 인하여 발생하는 경제적 및 물리적인 낭비 요인을 해결할 수 있도록 하는 통합된 형태의 후두 진단 시스템의 발명에 대한 요청이 그간 꾸준히 제기되어 왔다.Therefore, in a laryngeal diagnostic system for diagnosing the condition of the larynx and predicting laryngeal disease, a plurality of biosignals included in the speech emitted through the larynx of the subject by providing various types of measurement sensors in one laryngeal diagnostic system The call for the invention of an integrated laryngeal diagnostic system that allows for a multifaceted and comprehensive analysis of the system and solves the economic and physical wastage of each instrument using a separate computer system. This has been raised steadily.
본 발명은 상술한 바와 같은 요청에 부응하여 착안된 것으로서, 후두의 상태를 진단하고 후두 질환을 예측하는 후두 진단 시스템에 있어서, 피측정자의 후두를 통하여 방출되는 발성에 포함된 복수의 생체신호를 복수의 채널에 구비된 다양한 종류의 측정 센서에 의하여 동기적(synchronous)으로 입력받아, 특정 시각에 측정되는 후두를 통한 복수의 생체신호를 다각적으로 종합분석함으로써 분석 결과를 통하여 후두의 상태를 진단하고 후두 질환을 예측할 수 있도록 하는 다채널 통합 후두 진단 시스템 및 진단 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been conceived in response to the above-described request, and in a laryngeal diagnosis system for diagnosing a condition of the larynx and predicting laryngeal disease, a plurality of bio-signals included in the speech emitted through the larynx of the subject It is synchronously inputted by various kinds of measuring sensors provided in the channel of the patient, and it comprehensively analyzes a plurality of bio signals through the larynx measured at a specific time, and diagnoses the condition of the larynx through the analysis result. It is an object of the present invention to provide a multi-channel integrated laryngeal diagnostic system and diagnostic method for predicting a disease.
또한, 본 발명은 하나의 컴퓨터 시스템에 다채널의 측정 센서를 통합함으로써, 후두 진단을 위한 시스템의 물리적인 규모를 축소하고 시스템 구축에 소요되는 경제적 부담을 저감시킬 수 있는 다채널 통합 후두 진단 시스템을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.In addition, the present invention provides a multi-channel integrated laryngeal diagnostic system that can reduce the physical burden of the system for the laryngeal diagnosis and reduce the economic burden of the system by integrating the multi-channel measurement sensor in one computer system To provide for other purposes.
도 1은 본 발명에 의한 다채널 통합 후두 진단 시스템의 구성의 일례를 나타낸 구성도,1 is a configuration diagram showing an example of the configuration of a multi-channel integrated laryngeal diagnostic system according to the present invention;
도 2는 다채널 측정부의 일례를 나타낸 단면도,2 is a cross-sectional view showing an example of a multi-channel measuring unit;
도 3은 다채널 측정부에 의한 후두 생체신호 측정의 일례를 나타낸 예시도,3 is an exemplary view showing an example of laryngeal biosignal measurement by a multi-channel measuring unit;
도 4는 본 발명에 의한 다채널 통합 후두 진단 방법의 일례를 나타낸 흐름도이다.4 is a flow chart showing an example of a multi-channel integrated laryngeal diagnostic method according to the present invention.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 다채널 통합 후두 진단 시스템은, 복수의 센서를 포함하는 다채널 측정부와, 상기 다채널 측정부에서 측정된 각 신호를 여파하고 신호의 크기를 증폭하는 여파증폭부와, 상기 여파증폭부에서 여파 및 증폭된 복수의 신호를 아날로그-디지털(analog-to-digital) 변환하는 A/D 변환부와, 상기 A/D 변환부에서 디지털 신호로 변환된 신호를 분석부로 전달하는 인터페이스부와, 상기 인터페이스부를 통하여 전송된 신호를 채널별로 저장하는 버퍼부와, 상기 버퍼부에 저장된 신호를 분석하는 분석부와, 상기 분석부에서 분석된 결과를 출력하는 출력부와, 사용자로부터 측정,분석,출력 등의 명령 신호를 입력받는 입력부와, 시스템의 전반적인 동작을 제어하는 제어부를 포함하여 이루어진다.In order to achieve the above object, the multi-channel integrated laryngeal diagnostic system according to the present invention includes a multi-channel measuring unit including a plurality of sensors, and a filter for filtering each signal measured by the multi-channel measuring unit and amplifying the magnitude of the signal. An amplifying unit, an A / D converter for analog-to-digital conversion of a plurality of signals filtered and amplified by the filter amplifier, and a signal converted into a digital signal by the A / D converter. An interface unit for transmitting to the analyzer, a buffer unit for storing signals transmitted through the interface unit for each channel, an analyzer for analyzing signals stored in the buffer unit, an output unit for outputting the results analyzed by the analyzer; It includes an input unit for receiving a command signal, such as measurement, analysis, output from the user, and a control unit for controlling the overall operation of the system.
이 때, 상기 다채널 측정부는 마이크, 유속 센서(pneumotachometer) 및 EGG 센서를 포함할 수 있다.In this case, the multi-channel measuring unit may include a microphone, a pneumotachometer, and an EGG sensor.
또한, 상기 다채널 측정부는 깔때기 형상의 마스크와, 상기 마스크의 좁은 쪽 단면에 일방이 연결되고 타방에는 발성 시의 공기가 배출되도록 하는 배출구가형성된 대롱 형상의 관이 결합되고, 상기 관의 중간 부분에는 유속 센서가, 상기 관의 상기 타방에는 마이크가 각각 취부되며, 상기 관의 양방을 연결하는 공기통로가 형성되어, 상기 마스크의 넓은 쪽 단면이 피측정자의 안면부에 밀착되고 상기 피측정자가 발성음을 배출하면 상기 발성음이 상기 마스크와 공기통로를 통하여 상기 배출구로만 배출되고, 이 때 상기 발성음이 상기 유속 센서와 상기 마이크를 동작시키도록 하는 것이 바람직하다.In addition, the multi-channel measuring unit is coupled to a funnel-shaped mask, a long-shaped tube having a discharge port for discharging air when one side is connected to the narrow end of the mask and the other side, the middle portion of the tube There is a flow rate sensor, and a microphone is attached to the other side of the tube, an air passage connecting both sides of the tube is formed, the wide end surface of the mask is in close contact with the face of the subject and the subject is voiced When the sound is discharged, the sound is only discharged through the mask and the air passage to the discharge port, and the sound is preferably caused to operate the flow rate sensor and the microphone.
한편, 본 발명에 의한 다채널 통합 후두 진단 시스템을 이용한 다채널 통합 후두 진단 방법은, 입력부에 사용자가 측정,분석,출력 명령 신호가 입력하는 명령 입력 단계와, 다채널 측정부의 상기 복수의 센서를 통하여 피측정자의 발성음으로부터 복수의 측정 신호를 얻는 측정 단계와, 상기 측정 단계에서 측정된 상기 복수의 측정 신호 각각에 대하여 여파(filtering) 및 증폭을 수행하는 여파증폭 단계와, 상기 여파증폭 단계에서 여파 및 증폭된 상기 복수의 측정 신호를 아날로그-디지털 변환하는 A/D 변환 단계와, 상기 A/D 변환된 상기 측정 신호를 분석하는 분석 단계와, 상기 분석 단계에서 분석된 분석 결과를 출력하는 출력 단계를 포함하여 이루어진다.On the other hand, the multi-channel integrated larynx diagnostic method using a multi-channel integrated laryngeal diagnostic system according to the present invention, the user inputs a measurement, analysis, output command signal input to the input unit, and the plurality of sensors of the multi-channel measuring unit A measurement step of obtaining a plurality of measurement signals from the uttered sound of the subject, a filter amplification step of performing filtering and amplification on each of the plurality of measurement signals measured in the measurement step, and in the filter amplification step An A / D conversion step of analog-to-digital conversion of the plurality of measured and amplified measurement signals, an analysis step of analyzing the A / D converted measurement signals, and an output for outputting an analysis result analyzed in the analysis step A step is made.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in more detail.
도 1은 본 발명에 의한 다채널 통합 후두 진단 시스템의 구성의 일례를 나타낸 구성도이다.1 is a configuration diagram showing an example of the configuration of a multi-channel integrated laryngeal diagnostic system according to the present invention.
도 1의 실시예에서는 3개의 채널을 통하여 3종류의 센서에서 측정된 신호를 입력받아 이를 분석 및 출력하는 3채널 통합 후두 진단 시스템을 나타내고 있다.1 illustrates a three-channel integrated larynx diagnostic system that receives signals measured by three types of sensors through three channels, and analyzes and outputs them.
다채널 측정부(100)는 발성음의 지속시간, 고저 및 주파수 등을 측정하는 마이크(101), 발성음의 유속을 측정하는 유속센서(pneumotachometer)(102) 및 EGG(electroglottography) 값을 측정하는 EGG 센서(103)를 포함한다.The multi-channel measuring unit 100 measures the microphone 101 for measuring the duration, height and frequency of the voiced sound, a pneumotachometer 102 for measuring the flow rate of the voiced sound, and an EGG (electroglottography) value. EGG sensor 103 is included.
여파증폭부(110)는 상기 다채널 측정부에서 측정된 각 신호를 여파하고 신호의 크기를 증폭하기 위하여, 각각의 채널 별로 여파기(filter) 및 신호 증폭기를 포함하고 있다. 본 실시예에서는 상기 마이크(101)에 제1 증폭부(111) 및 제1 여파부(112)가, 상기 유속센서(102)에 제2 증폭부(113) 및 제2 여파부(114)가, 상기 EGG 센서(103)에 제3 증폭부(115) 및 제3 여파부(116)가 각각 연결된다.The filter amplifier 110 includes a filter and a signal amplifier for each channel in order to filter each signal measured by the multi-channel measuring unit and amplify the magnitude of the signal. In the present exemplary embodiment, the first amplifying unit 111 and the first filtering unit 112 are arranged in the microphone 101, and the second amplifying unit 113 and the second filtering unit 114 are arranged in the flow rate sensor 102. The third amplifier 115 and the third filter 116 are connected to the EGG sensor 103, respectively.
A/D 변환부(120)는 상기 여파증폭부(110)에서 증폭 및 여파된 복수의 신호의 아날로그-디지털 변환(analog to digital conversion)을 수행한다.The A / D converter 120 performs analog to digital conversion of a plurality of signals amplified and filtered by the filter amplifier 110.
인터페이스부(130)는 상기 A/D 변환부(120)에서 디지털 신호로 변환된 신호를 분석부(140)로 전달한다.The interface unit 130 transmits the signal converted into the digital signal by the A / D converter 120 to the analyzer 140.
본 실시예에서 분석부(140)는 PC에 포함되고, 여파증폭부(110) 및 A/D 변환부는 별도의 셋톱박스(settop box)의 형태로 구성되도록 할 수 있으므로, PC와 셋톱박스 간의 데이터 통신을 위하여 적절한 인터페이스를 구성할 필요가 있다. 이러한 인터페이스로는 ISA 인터페이스, PCI 인터페이스, USB 인터페이스 등 다양한 인터페이스가 적용될 수 있다. 다만, 본 실시예에서는 PCI 인터페이스를 통하여 시스템을 구성하고 있다.In the present embodiment, the analysis unit 140 is included in the PC, the filter amplifier 110 and the A / D converter may be configured in the form of a separate set-top box, the data between the PC and the set-top box You need to configure the proper interface for communication. These interfaces can be applied to various interfaces such as ISA interface, PCI interface, USB interface. However, in the present embodiment, the system is configured through the PCI interface.
버퍼부(140)는 상기 인터페이스부(130)를 통하여 전송된 신호를 채널별로 분리하여 임시 저장하는 역할을 수행한다.The buffer unit 140 serves to temporarily store the signals transmitted through the interface unit 130 for each channel.
분석부(150)는 상기 버퍼부(140)에 임시 저장된 각각의 신호에 포함된 유의미한 파라미터를 기저장된 분석프로그램에 포함된 알고리즘에 의하여 분석하고, 이를 통하여 원하는 분석 결과를 산출하는 역할을 수행한다.The analyzer 150 analyzes meaningful parameters included in each signal temporarily stored in the buffer unit 140 by an algorithm included in a pre-stored analysis program, thereby calculating a desired analysis result.
분석부는 분석 프로그램을 저장하는 저장부(도시되지 않음)를 포함할 수 있다.The analysis unit may include a storage unit (not shown) that stores the analysis program.
출력부(160)는 상기 분석부(150)에서 산출된 분석 결과를 출력하는 역할을 수행한다. 이를 위하여, 출력부(160)는 자기 디스크 등의 보조 기억수단이나, 모니터 등의 디스플레이 수단 또는 프린터 등의 인쇄 수단을 포함할 수 있다.The output unit 160 serves to output the analysis result calculated by the analysis unit 150. To this end, the output unit 160 may include auxiliary storage means such as a magnetic disk, display means such as a monitor, or printing means such as a printer.
입력부(170)는 사용자로부터 측정,분석,출력 등의 명령 신호를 입력받으며, 이는 일반적인 컴퓨터의 입력수단인 키보드, 마우스 등을 포함할 수 있다.The input unit 170 receives command signals such as measurement, analysis, and output from a user, and may include a keyboard and a mouse, which are input means of a general computer.
제어부(180)는 시스템의 전반적인 동작을 제어하는 역할을 수행한다.The controller 180 controls the overall operation of the system.
도 2는 다채널 측정부(200)의 일례를 나타낸 단면도이다.2 is a cross-sectional view illustrating an example of the multi-channel measuring unit 200.
본 발명에 의한 다채널 통합 후두 진단 시스템은 하나의 측정 수단으로 동시에 복수의 센서에서 동일한 발성음을 감지할 수 있도록 하는 것을 큰 특징으로 하고 있다.Multi-channel integrated laryngeal diagnostic system according to the present invention is characterized in that it is possible to detect the same sound by a plurality of sensors at the same time with one measuring means.
이는, 하나의 다채널 측정부(200)에 마이크(201), 유속 센서(202) 및 EGG 센서(203)를 통합하는 것에 힘입은 것이다.This is due to the integration of the microphone 201, the flow rate sensor 202 and the EGG sensor 203 into one multi-channel measuring unit 200.
유속 센서(202)는 센서가 위치하는 장소에 따라 측정값에 많은 오차를 보인다. 따라서 유속 센서(202)를 마이크(201)와 함께 측정기에 장착하는 경우, 마이크(201)와의 상대적인 위치에 따라 마이크(201)에 의한 공기 흐름의 교란으로인하여 정상적인 결과를 얻을 수 없는 경우가 생기는 문제점이 있어, 유속 센서(202)를 마이크(201)와 함께 장착하는 측정기를 구현하는 것에 어려움이 있었다.The flow rate sensor 202 shows a lot of errors in the measured value depending on where the sensor is located. Therefore, when the flow rate sensor 202 is attached to the measuring instrument together with the microphone 201, a normal result may not be obtained due to the disturbance of the air flow by the microphone 201 depending on the relative position with the microphone 201. Thus, there has been a difficulty in implementing a measuring instrument for mounting the flow rate sensor 202 together with the microphone 201.
본 발명자는, 유속 센서(202)가 마이크(201)보다 상대적으로 피측정자의 구개(口蓋)에 가까운 곳에 위치하고, 피측정자의 구개와 유속 센서(202) 사이가 완벽히 밀폐되는 경우에는 유속 센서만을 단독으로 측정하였을 때와의 오차가 현격히 줄어들게 됨을 발견하였다.When the flow rate sensor 202 is located closer to the palate of the subject than the microphone 201 and the palate and the flow rate sensor 202 of the subject are completely sealed, only the flow rate sensor alone is used. It was found that the error from the measurement was significantly reduced.
따라서, 본 발명에 의한 다채널 통합 후두 진단 시스템에서는 도 2에서와 같은 다채널 측정부를 착안하여 적용함으로써, 마이크와 유속 센서를 포함하는 다채널 통합 후두 진단 시스템에서의 유속 데이터의 정확도 향상을 기할 수 있도록 하였다.Therefore, in the multi-channel integrated laryngeal diagnostic system according to the present invention, by applying the multi-channel measurement unit as shown in FIG. 2, the accuracy of flow rate data in the multi-channel integrated laryngeal diagnostic system including a microphone and a flow rate sensor can be improved. It was made.
즉, 상기 다채널 측정부(200)는 깔때기 형상의 마스크(210)와, 상기 마스크(210)의 좁은 쪽 단면에 일방(221)이 연결되고 타방(222)에는 발성 시의 공기가 배출되도록 하는 배출구가 형성된 대롱 형상의 관(220)이 결합되고, 상기 관의 중간 부분에는 유속 센서(202)가, 상기 관의 상기 타방에는 마이크(201)가 각각 취부되며, 상기 관의 상기 일방(221)과 상기 타방(222)을 연결하는 공기통로가 형성되어, 상기 마스크의 넓은 쪽 단면(211)이 피측정자의 비공(鼻孔) 및 구개(口蓋)를 감싸도록 안면부에 밀착되고 상기 피측정자가 발성음을 배출하면 상기 발성음이 상기 공기통로를 통하여 상기 유속 센서(202)의 전후로 전달되므로, 유속센서 전후의 차동압력에 의하여 작동되는 상기 유속 센서(202)를 동작시킴과 동시에, 상기마이크(201)를 동작시키도록 형성된다.That is, the multi-channel measuring unit 200 is a funnel-shaped mask 210, one side 221 is connected to the narrow end surface of the mask 210, the other 222 to allow the air at the time of speech A tubular tube 220 having an outlet formed therein is coupled, a flow rate sensor 202 is attached to the middle portion of the tube, and a microphone 201 is mounted on the other side of the tube, and the one side 221 of the tube is mounted. And an air passage connecting the other 222 to each other, a wide end face 211 of the mask is in close contact with the face to cover the nostril and palate of the subject, and the subject is voiced. When the sound is discharged, the sound is transmitted to the front and rear of the flow rate sensor 202 through the air passage, thereby operating the flow rate sensor 202 operated by the differential pressure before and after the flow rate sensor, and at the same time, the microphone 201 It is formed to operate.
유속센서(202)는 일반적인 유속센서와 같이 망(mesh)의 형상으로 이루어져 있다(도시되지 않음).The flow rate sensor 202 has a mesh shape like a general flow rate sensor (not shown).
한편, EGG 센서(203)는 센서의 양 단자 사이에 피측정자의 성대가 위치하도록 장착되어야 하므로, 일반적인 EGG 측정기가 채택하는 방식과 마찬가지로 피측정자의 성대 부근의 목 부분에 장착되도록 하고 있다. EGG 센서는 피측정자의 피부와의 접촉 상태에 따라 측정값에 큰 오차를 보이므로, 일관성 있는 접촉 상태를 유지하기 위하여 벨크로(velcro) 테잎 등에 EGG 센서 단자를 부착하고, 이 벨크로 테잎을 피측정자의 목에 두르도록 하는 것이 좋다.On the other hand, since the EGG sensor 203 should be mounted so that the vocal cords of the subject are located between both terminals of the sensor, the EGG sensor 203 is mounted on the neck near the vocal cords of the subject, similar to the method adopted by a general EGG measuring instrument. Since the EGG sensor shows a large error in the measured value according to the contact state of the subject's skin, in order to maintain a consistent contact state, an EGG sensor terminal is attached to a velcro tape, and the velcro tape is attached to the subject. It's a good idea to wear it around your neck.
도 3에는 본 발명에 의한 다채널 측정부에 의하여 실제로 후두 생체신호를 측정하는 경우의 일례가 표현되고 있다.3 illustrates an example of the actual measurement of the laryngeal biosignal by the multi-channel measuring unit according to the present invention.
다음, 도 4는 본 발명에 의한 다채널 통합 후두 진단 방법의 일례를 나타낸 흐름도이다.Next, Figure 4 is a flow chart showing an example of a multi-channel integrated laryngeal diagnostic method according to the present invention.
명령 입력 단계(40)에서는 사용자가 입력부에 포함된 키보드, 마우스 등을 통하여 피측정자의 발성음을 측정하고 이를 분석하여 출력할 것을 명령하는 신호를 입력하게 된다. 이 때, 측정, 분석 및 출력의 각 명령은 일괄적으로 입력될 수도 있고, 또는 각각의 독립된 명령으로서 입력될 수도 있다. 즉, 피측정자의 발성음을 측정만 하거나, 또는 측정된 신호를 분석만 하거나 또는 분석된 결과를 화면 또는 보조 기억 수단 또는 인쇄 수단으로써 출력만 하는 것도 가능하다. 본 실시예에서는 상기 각 명령이 일괄적으로 수행되는 경우를 설명하기로 한다.In the command input step 40, the user inputs a signal that commands the user to measure, analyze, and output the voice of the subject through a keyboard or a mouse included in the input unit. At this time, each command of the measurement, analysis, and output may be input in batches, or may be input as each independent command. That is, it is also possible to measure only the sound of the subject's utterance, analyze only the measured signal, or output the analyzed result as a screen or auxiliary storage means or printing means. In the present embodiment, a case where each of the above commands are executed in a batch will be described.
측정 단계(41)에서는, 상기 명령 입력 단계(40)에서 명령이 입력되면, 다채널 측정부의 복수의 센서를 통하여 피측정자의 발성음으로부터 복수의 측정 신호가 측정된다.In the measurement step 41, when a command is input in the command input step 40, a plurality of measurement signals are measured from the voices of the subject through the plurality of sensors of the multi-channel measurement unit.
상술한 바와 같이, 마이크에서는 발성음의 음성 신호가, 유속 센서에서는 발성음의 유속 및 압력 신호가, EGG 센서에서는 발성음의 EGG 신호가 각각 측정된다.As described above, the voice signal of the voice sound is measured in the microphone, the flow velocity and pressure signal of the voice sound in the flow rate sensor, and the EGG signal of the voice sound in the EGG sensor.
여파증폭 단계(42)에서는 측정 단계(41)에서 측정된 각각의 신호를 분석에 적당한 크기로 증폭하고, 각각의 신호에 포함된 잡음 등 불필요한 성분을 제거(filtering)한다.In the filter amplification step 42, each signal measured in the measurement step 41 is amplified to a size suitable for analysis, and filtering unnecessary components such as noise included in each signal.
A/D 변환 단계(43)에서는 여파증폭 단계(42)에서 여파 및 증폭된 상기 복수의 측정 신호를 아날로그-디지털 변환한다.In the A / D conversion step 43, the plurality of measurement signals filtered and amplified in the filter amplification step 42 are analog-to-digital converted.
A/D 변환부는 제어부로부터 일정한 제어 클록(CLK)을 입력받아, 이 클록에 따른 주기대로 각 채널 당 입력 시간을 분배하게 된다.The A / D converter receives a predetermined control clock CLK from the controller, and distributes the input time for each channel in a cycle corresponding to the clock.
예를 들어, 제어부로부터 입력되는 제어 클록이 25kHz이고, 3개의 채널로부터 신호를 입력받는 경우에는, 제1 채널(마이크), 제2 채널(유속 센서), 제3 채널(EGG 센서)의 순서대로 각각초, 즉 0.04ms의 주기로초, 즉 0.013ms 동안 각 신호가 주기적으로 입력되게 된다. 따라서, 엄밀히 말하면 각 채널로부터의 신호는 순차적으로 입력되는 것이라 할 수도 있지만, 각 신호 사이의 간격, 즉 시간지연이 최대 0.026ms에 불과하고, 이는 인간의 후두의 특성을 진단하는 데에는 무시하여도 무방한 수치이므로, 각 채널의 신호를 동기하여(synchronous) 측정한다고 볼 수 있는 것이다.For example, when the control clock input from the controller is 25 kHz, and a signal is received from three channels, the first channel (microphone), the second channel (flow sensor), and the third channel (EGG sensor) are in order. each In seconds, or 0.04 ms Each signal is input periodically for seconds, that is, 0.013 ms. Strictly speaking, signals from each channel may be sequentially input, but the interval between each signal, or time delay, is only 0.026 ms, which can be ignored for diagnosing the characteristics of the human larynx. As one figure, it can be seen that the signal of each channel is measured synchronously.
분석 단계(44)에서는 A/D 변환 단계(43)에서 분석되고, 인터페이스부를 통하여 PC로 전송된 후 버퍼부에 임시 저장된 각각의 신호에 포함된 유의미한 파라미터를 기저장된 분석 프로그램에 포함된 알고리즘에 의하여 분석하고, 이를 통하여 원하는 분석 결과를 산출한다.In the analysis step 44, the algorithm included in the analysis program stored in the pre-stored meaningful parameters included in each signal analyzed in the A / D conversion step 43 and transmitted to the PC through the interface unit and temporarily stored in the buffer unit is stored. Analyze this to produce the desired analysis result.
버퍼부는 각 채널 별로 인터페이스부를 통하여 PC로 전송되는 신호를 분리하여 저장하는데, 버퍼부에도 상기 A/D 변환부와 마찬가지로 제어부로부터 상술한 제어 클록(CLK) 신호가 입력된다. 따라서 각 제어 클록이 입력되는 시점으로부터초, 즉 0.013ms 동안의 신호가 제1 채널의 신호, 다음초, 즉 0.013ms 동안의 신호가 제2 채널의 신호, 그 다음초, 즉 0.013ms 동안의 신호가 제3 채널의 신호인 것으로 분리하여 저장함으로써 A/D 변환부와 버퍼부를 동기시킬 수 있어, 각 채널 간의 신호의 교란은 발생하지 않는다.The buffer unit separates and stores the signal transmitted to the PC through the interface unit for each channel, and the control clock (CLK) signal described above is input to the buffer unit from the control unit in the same manner as the A / D converter. Therefore, from the time when each control clock is input The signal for seconds, i.e. 0.013 ms, is the signal of the first channel, then The signal for seconds, i.e. 0.013 ms, is the signal of the second channel, then By separating and storing the signal for a second, that is, 0.013 ms as the signal of the third channel, the A / D conversion unit and the buffer unit can be synchronized, so that no disturbance of the signal between channels occurs.
분석부는 이처럼 버퍼부에 각 채널 별로 저장된 각각의 신호에서 유의미한 파라미터를 기저장된 분석 프로그램에 포함된 각각의 분석 알고리즘에 의하여 신호를 분석하여 원하는 결과를 산출한다.The analysis unit analyzes signals by means of analysis algorithms included in pre-stored analysis programs, and calculates a desired result from the meaningful parameters of each signal stored for each channel in the buffer unit.
음성 분석에 있어서 중요한 파라미터들로는 기본주파수(fundamental frequency: F0), 피치(Pitch), 진폭(Amplitude), 지터(jitter), shimmer, PPQ (Pitch Perturbation Quotient), APQ (Amplitude Perturbation Quotient) 등을 들수 있다. 분석부에서는 이러한 파라미터들을 아래와 같은 방법에 의하여 자동적으로 추출해 낼 수 있고, 각각의 결과를 통합하여 피험자의 후두 기능에 대한 평가를 내릴 수 있다.Important parameters in speech analysis include fundamental frequency (F 0 ), pitch, amplitude, jitter, shimmer, pitch perturbation quarter (PPQ), and amplitude perturbation quarter (APQ). have. The analysis unit can extract these parameters automatically by the following method, and can integrate each result to evaluate the laryngeal function of the subject.
먼저 기본주파수의 산출에 대하여 살펴본다.First, the calculation of the fundamental frequency will be described.
기본주파수(F0)를 구하는 알고리즘에는 여러 가지가 있는데, 분석부에서는 그 가운데서 고속푸리에변환(FFT:Fast Fourier Transform)와 평균 크기 차분 함수(AMDF:Average Magnitude Difference Function)를 동시에 사용하는 방법을 적용했다. 기본주파수는 지터(jitter)나 PPQ를 구하는 데 이용되기 때문에 정확한 기본주파수를 구하는 것은 병적 음성의 분석에 매우 중요하다. 기본주파수를 구하기 위해 먼저 FFT를 사용하여 기본주파수의 피크(peak)가 존재하는 범위를 찾고 그 범위내에서 AMDF를 사용하여 정확한 기본주파수를 구한다. 피치(pitch)는 기본주파수의 역수에 해당한다.There are several algorithms for calculating the fundamental frequency (F 0) , and the analysis unit uses the method of using the fast Fourier transform (FFT) and the average magnitude difference function (AMDF) simultaneously. did. Since the fundamental frequency is used to calculate jitter or PPQ, obtaining the correct fundamental frequency is very important for the analysis of pathological speech. To find the fundamental frequency, first find the range where the peak of the fundamental frequency exists using the FFT, and find the exact fundamental frequency using the AMDF within the range. Pitch is the inverse of the fundamental frequency.
진폭은 한 주기 내에서 최대 양의 피크(positive peak)와 최소 음의 피크(negative peak)를 구하여 그 차이로 결정한다. 진폭 역시 shimmer나 APQ를 구하는 기본이 되기 때문에 기본주파수와 마찬가지로 매우 중요하다고 할 수 있다.The amplitude is determined by the difference between the maximum positive and minimum negative peaks within a period. The amplitude is also very important as the fundamental frequency because it is the basis for calculating the shimmer or APQ.
지터(jitter), PPQ, shimmer, APQ는 각각 주파수의 변동율과 진폭의 변동율을 나타내는 지표로 음성 분석에 있어서 널리 사용되고 있다. 병적 음성을 지닌 환자의 경우 지터(jitter)나 PPQ의 값이 정상인에 비해 큰 것으로 알려져 있다. 지터(jitter)나 PPQ를 구하기 위해서는 먼저 안정한 20~30개 정도의 피치주기(pitch periods)를 선택하고 전체의 기본주파수의 평균값을 먼저 구한다. 그 다음 인접한 주기의 차이의 절대값의 평균값을 앞서 구한 전체 기본주파수의 평균값으로 나누어 그 값을 지터(jitter)로 결정한다. 식으로 표현하면 다음과 같다.Jitter, PPQ, shimmer, and APQ are indicative of the rate of change of frequency and the rate of change of amplitude, respectively, and are widely used in speech analysis. In patients with pathological negatives, jitter and PPQ are known to be larger than normal. In order to find jitter or PPQ, first, select stable 20 ~ 30 pitch periods, and find the average value of the fundamental fundamental frequency first. Then, the average value of the absolute value of the difference between adjacent periods is divided by the average value of the total fundamental frequencies previously determined to determine the value as jitter. Expressed as an expression:
PPQ도 비슷한 방식으로 계산한다.PPQ is calculated in a similar way.
shimmer나 APQ의 대한 경우는 기본이 되는 값이 pitch or F0가 아니라 amplitude라는 점만 jitter나 PPQ와 다르다. 식으로 표현하면 다음과 같다.In the case of shimmer or APQ, it differs from jitter and PPQ only in that the default value is amplitude, not pitch or F0. Expressed as an expression:
EGG 신호의 경우, Open Quotient (OQ), Speed Quotient (SQ)와 같은 지표들이 존재하는 데 이들은 성대가 얼마나 오랫동안 접촉하고 있는 지를 나타내거나 얼마나 빨리 접촉하였다가 떨어지는 지를 나타낸다. 이러한 지표에 대해서도 환자군과 정상인군을 구분하는 기준들이 개발되어 있다. 유속 신호의 경우에는 병적인 음성의 평균유속( mean flow rate)이 정상인의 평균유속에 비해 더 크게 관측되는 것이다.In the case of the EGG signal, there are indicators such as Open Quotient (OQ) and Speed Quotient (SQ), which indicate how long the vocal cords are in contact or how quickly they touch and drop. For these indicators, criteria have been developed to distinguish between patient and normal population. In the case of the velocity signal, the mean flow rate of pathological negative is observed to be larger than that of a normal person.
또한, 분석부에서는 작은 시간 구간에 대해서 그 신호를 분석할 수 있는 여러 가지 기법들을 적용시키고 있다. 50ms의 구간으로 음성신호를 나눈 단위를 프레임(frame)이라 하는데, 이 프레임을 기준으로 하여 각 프레임에 있어서의 각각의 신호들에 대해 파라미터들을 추출한다. 각 프레임에서는 기본주파수, 피치, 진폭, OQ, SQ와 같은 파라미터들을 구하게 된다. 분석 프로그램에서는 일정한 구간을 선택하여 분석하도록 설계되어 있다. 선택된 음성 구간에 대해서는 추출한 파라미터들의 평균값들을 나타내 주거나, jitter, PPQ나 shimmer, APQ와 같은 perturbation 파라미터들을 구하게 된다. 이러한 파라미터들은 특정한 후두 질환과 관련하여 상관도가 높다고 알려져 있다.In addition, the analysis unit is applying a variety of techniques that can analyze the signal for a small time interval. The unit of dividing the speech signal into 50 ms intervals is called a frame. The parameters are extracted for each signal in each frame based on the frame. In each frame, parameters such as fundamental frequency, pitch, amplitude, OQ, and SQ are obtained. The analysis program is designed to select and analyze a certain section. For the selected voice interval, the average values of the extracted parameters are displayed or perturbation parameters such as jitter, PPQ, shimmer, and APQ are obtained. These parameters are known to be highly correlated with certain laryngeal diseases.
마지막으로, 출력 단계(35)에서는 분석 단계(34)에서 산출된 분석 결과를 출력하는 동작을 수행하게 된다. 출력 단계에서는 자기 디스크 등의 보조 기억수단로의 출력, 즉 분석 결과의 저장이나, 모니터 등의 디스플레이 수단으로의 출력, 즉 화면 출력 또는 프린터 등의 인쇄 수단으로의 출력, 즉 인쇄 등, 가능한 모든 형태의 출력을 포함할 수 있다.Finally, the output step 35 performs an operation of outputting the analysis result calculated in the analysis step 34. In the output stage, all possible forms such as output to an auxiliary storage means such as a magnetic disk, that is, storage of analysis results, output to a display means such as a monitor, that is, output to a screen means or a printing means such as a printer, that is, printing It may include the output of.
상술한 바와 같은 본 발명에 의한 다채널 통합 후두 진단 시스템을 사용함으로써, 후두의 상태를 진단하고 후두 질환을 예측하는 후두 진단 시스템에 있어서, 복수의 채널에 구비된 다양한 종류의 측정 센서를 통하여 측정 대상인 피측정자의 발성음을 동기적(synchronous)으로 입력받아, 동일 측정 대상(발성음)에 대하여 다각적이고 종합적인 분석 및 진단을 가능케 하는 효과를 얻을 수 있다.In the laryngeal diagnosis system for diagnosing the condition of the larynx and predicting laryngeal disease by using the multi-channel integrated laryngeal diagnosis system according to the present invention as described above, the object to be measured is measured through various kinds of measuring sensors provided in a plurality of channels. It is possible to obtain the effect of enabling multiple and comprehensive analysis and diagnosis of the same measurement object (voice sound) by receiving the voice of the subject synchronously.
또한, 다채널의 입력 센서를 구비한 통합된 형태의 후두 진단 시스템을 제공함으로써, 후두 진단 시스템의 물리적인 규모를 축소시키고 시스템 구축에 소요되는 경제적 부담을 경감할 뿐만 아니라 시스템의 유지 보수에 소요되는 인력을 경감할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.In addition, by providing an integrated laryngeal diagnostic system with a multi-channel input sensor, the physical size of the laryngeal diagnostic system can be reduced and the economic burden of building the system can be reduced. The effect of reducing manpower can be obtained.
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