서     론

   성대, 혀, 입술과 같은 주 음성기관은 동적인 구조로서 조음 및 구음에 관여하는 데 비하여, 비강은 정적인 구조로서 주 성도(main vocal tract)에 부수적으로 연결된 공명관으로 비공명(nasal resonance)을 일으켜 비음(nasal sound)형성에 관여한다. 비공명을 유발시키는 해부학적요소는 고유 비강뿐만 아니라 상악동, 사골동, 접형동 및 전두동과 같은 부비동도 관여하지만 이러한 부비동이 비공명에 미치는 영향에 대한 보고는 많지 않다.^1-4)
   Masuda¹⁾는 상악동의 자연개구부를 혈관수축제로서 확장시켰을 때 고유 비강이 형성하는 비음 스펙트럼의 1000~2000 Hz부위에서 강한 추가 영점 짝(extra pole-zero pair)이 나타난다고 보고하였다. 따라서 부비동은 공명관으로서 고유 비강이 형성하는 비음 스펙트럼(nasal sound spectra)외에 부비동의 개구부가 확장되었을 때 또 다른 특징적인 비음 스펙트럼을 형성하므로 비도(nasal tract)에 의한 음향학적 특성(acoustic properties)은 고유비강과 부비동 양쪽 모두에 의해 영향을 받는다고 하였다. Dang 등²⁾은 자기공명영상을 이용하여 고유비강과 부비동이 포함된 비도의 계측을 통하여 비도 모델을 제시하고, 좌우 비도의 불균형은 비음스펙트럼에서 추가 영점(extra pole-zero)을 만들고 부비동은 비음의 음성학적 특징을 규정(shaping)하는 데 중요한 역할을 한다고 하였다. Hong 등³⁾은 다발성비용을 가진 부비동염 환자에서 내시경비내수술후 음성분광도검사(sound spectrogram)상 비자음의 제 1 음형대(비음형대, nasal formant)가 의미있게 감소하였으며, 이것은 청각적 음성의 변화 정도 즉 제 1 비음형대가 수술후 비폐색의 회복상태를 객관적으로 평가하는데 유용하게 사용될 수 있다고 하였다. 이에 반하여 Son 등⁴⁾은 인위적 비폐색의 유발 후 제 1 비음형대는 감소하고, 특히 ostiomeatal unit 앞쪽의 비폐색에서 더욱 현저하다고 하여 Hong 등³⁾과는 상반된 보고를 하였다.
   비용, 비중격만곡, 비염, 및 만성부비동염과 같이 비강과 부비동의 통과장애를 일으키는 비·부비동 질환을 가진 환자는 비성(nasality)의 변화를 경험하게 되며 특히 내시경부비동수술을 받은 직후 많은 예에서 비성의 증가 즉 과대비성(hypernasality)을 호소한다. 그러나 이러한 과대비성은 술후 시간이 경과함에 따라 감소하여 술전과 유사한 음성이 되는 경향이 있다. 현재까지 내시경부비동수술 전후의 비성의 변화를 음성학적으로 분석한 보고는 있으나, 대부분이 술후 경과기간이 1개월내의 변화를 분석한 연구이며 또한 수술후의 비·부비동의 용적변화와 연관시켜서 비성 변화의 원인을 규명한 연구는 없었다.
   따라서 본 연구의 목적은 첫째 내시경부비동수술 후 비음스펙트럼과 음형대의 변화를 측정하고 그 경과를 장기간 추적하고, 둘째 내시경부비동수술 후 이러한 변화와 비·부비동의 용적변화와의 상관관계를 규명하여 고유비강과 부비동이 비도 공명에 미치는 영향을 분석하는데 있다.

대상 및 방법

대  상
   1998년 3월부터 1998년 12월까지 부산대학교병원 이비인후과에서 임상적 및 전산화단층촬영상 만성부비동염으로 진단받고 내시경부비동수술(endoscopic sinus surgery：ESS)을 받은 40명을 대상으로 술후 12개월까지 음성검사와 경과관찰이 가능하였던 30명(남자 23 여자 7, 15~66세, 평균 39세)을 대상군(ESS group)으로 하였다. 비중격만곡, 비용, 하비갑개 비대 및 역곡중비갑개(paradoxical middle turbinate)나 수포성갑개(concha bullosa)와 같은 해부학적 변이가 동반된 경우와 구강, 인두 및 후두와 같은 조음 및 구음기관의 이학적 검사상 이상이 있는 경우는 대상군에서 제외하였다.
   대조군(control group)은 청각학적 검사와 비강, 구강 및 인후두의 이학적 검사상 음성에 영향을 주는 병변이 없고 대상군과 연령별 및 성별과 대응되는 30명을 대상으로 하였다.

방  법

음성분광도검사
   비자음(nasal consonant)중 양순음 /ㅁ[m]/, 치조음 /ㄴ[n]/, 연구개음 /ㅇ[ŋ]/의 영향을 알기 위해 엄마[/\mma], 치킨[t∫ikin], 잉어[iη@]의 3단어를 선정하였다.
   정상대조군은 정상적인 발성시와 양측 전비공의 전정부위를 솜을 이용하여 폐쇄후에, 대상군은 수술 전과 수술 후 1개월, 3개월, 및 12개월에 CSL^TM, model 4300 B(KAY Elemetrics Corp.USA)를 이용하여 선형예상부호(Linear Predictive Coding：LPC)법과 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform：FFT)분석을 통한 음성분광도검사를 시행하였다.

선형예상부호법을 이용한 비음형대(nasal formant)의 측정
   환자는 소음이 통제된 공간에서 편안한 상태의 안정된 목소리로 엄마, 치킨, 잉어의 3단어를 마이크로부터 15 cm 떨어진 거리에서 3회 연속 발성하게 하여 11 kHz 표본속도(sampling rate)로 CSL^TM 4300 B를 사용하여 저장한 후 선형예상부호법을 통해 3회치의 평균값으로 음형대를 구하였다.
   비자음의 변화와 동반된 비음화 모음(nasal vowel)의 변화를 알기 위해 “엄마”에서 비자음 /ㅁ/과 비모음화된 /ㅏ/를 각각 분석하였다. 비자음 /ㅁ/의 스펙트럼은 Vowel Consonant Vowel(V₁CV₂)구조에서 앞모음 V₁(/ㅓ/)과 뒷모음 V₂(/ㅏ/)가 자음 C(/ㅁ/)에 영향을 주는 동시조음(coarticulation)을 방지하기 위해 /ㅁ/에 해당되는 부위의 중간부위를 선택하여 분석하였고, 비음화된 모음 /아/는 “엄마”의 /아/에서 지속적으로 안정된 부분 즉 모음 전체시간의 전방 1/3지점에서 측정한 값을 이용하여 음향학적 분석을 시행하였다(Fig. 1).

고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform：FFT)분석을 통한 비스펙트럼(nasal spectrogram)의 변화 관찰
   부비동이 공명관으로 비도에 더하여 질 때의 스펙트럼 1000~2000 Hz에서 추가 영점 짝(extra pole-zero pair)과 같은 모양(shape)의 변화유무를 관찰하기 위하여 엄마, 치킨, 잉어의 스펙트럼에서 /ㅁ/, /ㅏ/, /ㄴ/, /ㅇ/부위를 고속 푸리에 변환분석을 시행하였다(Fig. 2).

비·부비동의 용적 측정
   대상군 전례에서 수술 전에 부비동전산화단층촬영을 시행하였고, 그 중 10례는 술후 1개월에 전산화단층촬영을 시행하였다.
   부비동전산화단층촬영은 5 mm간격으로 시행하여, DI-COM(Digital Imaging and Communication in Medicine) file로 저장하였다. 저장된 file은 π-view 2.0 soft-ware(Mediface Co, Korea)을 이용하여 분석하였다. 관상면(coronal view)의 경우 금속보철에 의한 훈명현상으로 정확한 경계를 구하기 어려운 경우가 있어, 축상면(axial view)을 사용하였다. 전두동이 관찰되는 slice에서부터 상악동이 사라지면서 경구개가 관찰되는 부위까지 촬영된 slice들을 이용하여 비강과 부비동의 공명할 수 있는 면적, 즉 연조직 음영과 구분되는 공기음영을 trace한 후 면적을 구하였다(Fig. 3). 면적을 slice 간격과 곱하여 용적을 구하고 해당된 모든 slice로부터 구한 각각의 용적들을 합하여 전체 용적을 구하였다. 사골동은 수술 후 경계가 불명확하여 비강과 같은 공간을 이루게 되므로 비강에 포함하여 용적을 구하였고(Figs. 3 and 4), 상악동(Fig. 3), 접형동(Fig. 4)의 용적은 각각 구하였다. 상악동은 비루관(nasolacrimal duct)으로부터 구개골(palatine bone)의 maxillary process까지를 경계로 하여 비강과 구분하여 용적을 구하였다. 비강공명에 있어 전두동의 영향은 미미하므로²⁾ 제외하였다.

통계분석

   대조군과 대상군의 술전 음형대의 비교는 independent-samples t test를 시행하여 유의성을 구하였다. 대상군에서 수술 전후의 음형대의 변화와 부비동 용적의 변화는 paired t test와 Wilcoxon signed rank test로 유의성을 구하였고, Pearson correlation test를 이용하여 수술전후의 음형대 변화 정도와 비·부비동 용적 변화와의 상관관계를 분석하였다.

결     과

비음형대 측정과 스펙트럼 변화

   대조군에서 양측 전비공폐쇄후의 제 1 비음형대는 폐쇄전의 정상상태에 비하여 증가하였으나 엄마의 /ㅁ/을 제외하고는 통계학적인 의의는 없었다.
   정상상태의 제 2와 3 비음형대(nasal formant)는 양측 전비공폐쇄 후 /ㅁ/의 경우를 제외하고 증가하였으나 통계학적인 의의는 없었다(Table 1).
   대상군의 술전상태시 제 1 비음형대는 엄마의 /ㅁ/과 잉어를 제외하고는 대조군의 정상적인 비음형대보다 높았고, 양측 전비공폐쇄후의 비음형대보다는 엄마의 /ㅏ/와 치킨을 제외하고는 낮았으나 통계학적인 의의는 없었다(Table 1, 2).
   대상군의 술후 1개월의 제 1 비음형대는 엄마의 /ㅁ/(p＝0.04), 잉어(p＝0.016)에서 유의하게 감소하였고, 엄마, 엄마의 /ㅏ/, 치킨에서는 감소하였으나 유의성을 보이지는 않았다. 술후 3개월의 제 1 비음형대는 술후 1개월에 비하여 엄마의 /ㅁ/을 제외하고는 증가하였고, 술후 12개월에는 모두에서 술후 1개월에 비해 증가되었으나 술후 3개월이나 술전과 비교하여 유의한 차이가 없었다(Table 2).
   제 2 비음형대는 술후 1개월에 엄마, 엄마의 /ㅁ/, 치킨, 잉어에서 증가하였으나 유의성을 보이지 않았다. 모든 예에서 선형예상부호법 분석상 제 2 음형대는 1000~2000 Hz부위에서 나타났고, 고속 푸리에 변환을 이용한 음성 스펙트럼에서 추가 영점(extra pole-zero)이 1500 Hz 부근에서 나타났다(Fig. 5). 제 3 비음형대는 불규칙하여 유의한 변화를 보이지 않았다.

비·부비동의 용적변화와 비음형대 변화와의 상관관계

   내시경부비동수술후 공명할 수 있는 공간의 증가는 사골동이 포함된 비강의 경우 20.1 cc, 상악동 7.4 cc, 접형동 1.1 cc로서 총 28.6 cc였다. 술후 용적 변화와 제 1 비음형대의 변화는 Table 3과 같았다. Wilcoxon signed rank test상 각 공명 공간은 술전과 비교하여 의미있게 증가하였으나, Pearson correlation test상 술후에 공명할 수 있는 용적의 증가 정도와 제 1 비음형대의 변화 정도 사이에는 유의한 상관관계가 없었다(Table 3, 4).

고     찰

   Fant⁵⁾의 음원 여과기 이론(sound filter theory)에 의하면 음성은 후두의 진동으로 생긴 에너지를 이용하여 성도에서 구강과 인두강이 필터역활을 함으로서 생성되게 된다. 성도의 공진 특성으로 인해 기본주파수(fundamental frequency)에서 형성된 배음중에서 몇 개의 배음들은 강조되며 이런 높은 에너지를 가진 배음들을 음형대(formant)라 하고⁵⁾ 이 음형대들에 의해 음색이 달라지게 된다. 비·부비강이 음성공명에 관여¹⁾하므로 내시경부비동수술후 부비동 자연공의 확장으로 인하여 고유 비강과 부비동이 포함된 전체 비도를 통한 공명 용적이 증가하여 수술 전후 비음의 변화를 초래한다.
   비음이란 구개인두강(velopharyngeal port)이 열리면서 호기성 공기의 일부 혹은 전부가 비강을 통해 나오는 음이다. 비음에는 비자음과 비음화 모음이 있다. /ㅁ[m]/, /ㄴ[n]/, /ㅇ[η]/과 같은 비자음은 구개인두강이 열린 상태에서 입술 또는 혀에 의한 조음작용에 의해 일시적으로 구강의 통로가 폐쇄되어 비강을 통해 공명되어 나오는 음이다. 이러한 비자음의 음형대는 구강음에 의한 일반적인 음형대에 비해 낮게 위치하며 에너지도 구강음에 비해 적고 약화된 상태를 보인다. 그 이유로는 구강이 폐쇄되는 동안 긴 공명관 역할을 하는 비강을 통하여 음이 공명되어 나옴으로서 음형대가 약화되며 또한 비강의 복잡한 구조와 점막에 의해 음성에너지가 흡수되기 때문이다. 이를 다른 자음의 음형대와 구별하여 비음형대(nasal formant)라고도 한다.⁵⁾ “엄마”에서의 /ㅏ/와 같은 비음화 모음은 모음이 비자음 공명에 선행하거나 뒤에 올 때 성도에 비강통로와 구강통로가 모두 열리게 됨으로서 호기성 공기가 비강과 구강으로 동시에 통과되어 나오는 음을 말한다. 음향학적으로는 낮은 공명 주파수들의 에너지는 증가되고 그외 공명 주파수들의 에너지가 감소되는 반공명(antiresonance)작용이 일어나게 된다.⁵⁾ 따라서 비음화된 모음의 스펙트럼은 강한 저주파의 음형대가 나타나고 반공명 작용에 의해 약 1500 Hz 이상의 주파수에서는 급격한 음의 에너지 감소가 일어난다. 그러므로 모음의 비음화의 효과로 인하여 제 1 음형대는 아주 낮은 주파수대에서 형성되고 음형대의 peak는 넓어지거나 편평해진다.⁶⁾ 음성분광사진검사는 음성의 음형대 양상과 음형의 스팩트럼 분석을 할 수 있어서 이러한 비음의 변화를 평가하는 객관적 검사로 사용될 수 있다.³⁾
   본 연구의 대조군에서 양측 전비공폐쇄시의 제 1 비음형대가 정상적 발성시의 제 1 비음형대보다 증가한 이유는 갑작스러운 인위적 전비공폐쇄로 인하여 비강 공명에 의해 낮은 주파수대에서 형성되던 비자음과 비음화 모음의 제 1 음형대가 높은 주파수로 이동한 결과로 사료된다. 만성부비동염으로 인한 부비동폐쇄로 제 1 음형대가 높게 형성되리라 예상되었던 대상군의 술전 제 1 음형대는 엄마의 /ㅁ/과 잉어에서는 대조군의 정상적 발성시보다는 낮게 나타났으며 인위적 전비공폐쇄보다는 엄마의 /ㅏ/를 제외하고는 낮게 나타났다. 이는 대상군이 비록 술전에 만성적인 비폐색의 증상을 가지고 있지만 인위적인 전비공폐쇄와 같은 급성 비폐색의 경우보다는 비강 공명이 더 잘 일어나고 있다는 것을 의미한다. 그러므로 만성적인 경과를 취하는 대상군의 비폐색에 의한 비강 공명의 장애에 대하여 구개인두강의 개방과 같은 보상기전이 존재함을 암시한다.^7-9)
   대상군의 술후 1개월에는 제 1 음형대의 감소가 모두에서 관찰되었고 특히 엄마의 /ㅁ/과 잉어에서 유의하게 감소하였는데, 이는 술후 비폐색의 개선으로 인한 비강 공명의 증가로 제 1 음형대가 낮은 주파수에 형성된⁶⁾ 결과이며, 술후에 제 1 음형대가 감소하였다는 Hong 등³⁾의 보고와 일치한다. 실제로 내시경부비동수술을 받은 많은 환자가 수술 직후에는 술전과 비교하여 과대비성(hypernasality)를 호소한다. 음성분석과 내시경검사를 통한 대상군의 추적관찰중 술후 1개월때 감소되었던 제 1 음형대는 술후 3개월째에는 증가하여 12개월째에는 3개월째와 비슷한 주파수대를 가지며 술전과 유의한 차이가 없게 되었다. 이는 수술후에 부비동 개구부의 축소, 비강 점막의 부종 혹은 비후 및 비용의 재발 등과 같은 비·부비동의 공명공간의 감소가 초래되면 가능하리라 추정된다. 그러나 대부분의 예에서 내시경검사에 의한 추적 관찰상 언급한 추정 원인들의 소견이 없거나 미미한데도 불구하고 술후 3개월째부터는 제 1 음형대가 술전과 유의한 차이가 없을 정도로 증가하여 12개월째에는 술전과 비슷하였다. 그러므로 술전에 비폐색에 대하여 보상적으로 개방되었던 구개인두강이 수술 1개월까지는 어느 정도 유지되고 동시에 수술후에 비강과 부비동의 공명 용적은 증가하므로 비강 공명은 더욱 증가하게 되어 제 1 음형대는 감소하였다가, 수술 3개월이후에는 구개인두강 개방에 의한 보상 기전은 소실되어 술후 1개월째 나타났던 과대비성을 감소시키려는 방향으로 조절된 결과로 생각된다. 이것은 비록 역순이긴하나 연구개 폐쇄부전으로 인해 과대비성을 보이는 환자에서 지방삽입술을 시행하여 수술 직후에 보인 비음형대의 증가가 술후 3개월이 되면서 감소하였다는 Ahn 등⁹⁾의 연구개의 보상기전에 관한 보고를 뒷받침한다.
   비음의 스펙트럼에서 반공명이 나타나는데 영점에 의한 반공명과 공명이 서로 영향을 미쳐 공명과 반공명의 주파수가 유사하면 서로를 상쇄하거나 넓은 공명 가운데서 일어나는 좁은 반공명이 하나의 공명을 두개의 공명으로 보이도록 하는 등의 변화가 나타날 수 있다. 본 연구에서 제2음형대는 대상군 대부분 예에서 술전 선형예상부호법 분석상 1100~2000 Hz부위에서 나타났고 술후 제2음형대는 반공명주파수 사이의 관계에 따라 일정하지 않은 형태의 변화를 보였다. 이는 Masuda¹⁾의 보고와 같이 상악동 개구부를 점막수축제로 확장시켰을 때 상악동 공명 공간의 증가 때문에 1000 Hz에서 2000 Hz사이에 나타난 영점(pole zero)에 의한 반공명 효과에 기인한다고 사료되었다. 고속 푸리에 변환을 이용한 음성 스펙트럼의 분석에서 술전에 비하여 술후에 비록 개인 차이는 있지만 대개 1500 Hz 부근에서 추가 영점(extra pole zero)이 나타난 것으로 확인할 수 있었다.
   내시경부비동수술 1개월후 부비동전산화단층촬영으로 측정한 공명할 수 있는 공간의 증가는 사골동이 포함된 비강의 경우 20.1 cc, 상악동 7.4 cc, 접형동 1.1 cc로 술전에 비하여 각각 의미있는 증가를 보였다. 그러나 술전과 술후 1개월째를 비교하여 비강과 사골동, 상악동, 접형동 및 전체공명공간의 용적 변화와 감소된 제 1 음형대의 정도와는 유의한 상관관계를 찾을 수 없었다. 이것은 내시경부비동수술 1개월후에 유의하게 증가한 고유 비강과 부비동의 공명 용적으로 제 1 비음형대는 감소하지만 용적이 일정 수준이상 증가할수록 그에 따라 제 1 비음형대의 감소가 반드시 정비례하지 않음을 의미한다. 여기에는 수술후 증가된 비도 공명의 요소와 술후 1개월까지 술전 비폐색에 대한 보상으로 남아 있는 열린 구개인두강 모두가 관련되었으리라 추정된다.

결     론

   내시경부비동수술 1개월내에 보이는 과대비성은 고유비강과 부비동을 포함하는 비도의 의미있는 공명 용적 증가에 기인하므로 비강과 부비동은 모두 비음 형성에 중요한 역할을 함을 의미한다. 그러나 만성적인 비·부비동질환을 가진 대상군에서 제 1 음형대가 술전에는 정상대조군에 비하여 의미있는 차이가 없었고, 술후 1개월에 유의하게 증가한 비도 공명 용적의 증가와 제 1 비음형대 감소의 정도와는 상관 관계가 없었다. 술후 3개월이상에서는 술전과 비슷한 제 1 비음형대를 보였다. 이 결과들은 장기간 지속되는 비폐색에 대한 보상기전이 존재함을 시사하며, 비도의 공명 용적과 인두구개강의 보상조절이 비음 변화에 중요한 인자로 사료된다.

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