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2. 분석기기 분석기기 분석기기 분석기기
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통합 검사 시스템의 하드웨어는 음성, 전기성문파형검사(electroglottography, EGG), 흉부와 복부의 두 가지 호흡 채널인 모두 4채널로 구성되어 있으며 호흡, 성문, 발성 4채널을 동시에 분석할 수 있도록 되어 있다. 그림 3은 음성, 성문, 호 흡 통합검사장치이며, 음성, EGG 및 호흡 밴드를 동시에 착용한 모습이다. 음성 신호 수집을 위해 마이크로폰 사양은 콘덴서 마이크로폰으로 Model C420(AKG Acoustics, Austria)이 포함되어 있으며, 음성의 아날로그 신호는 DAQ Pad(National Instruments, 6020E, USA)를 통하여 디지털 신호로 변환된다.
그림 그림 그림 그림 3. 3. 3. 3. 음성, 성문, 호흡 통합 검사 장치의 구성도
EGG 신호는 발성 시 성대 점막이 진동 시 공기의 흐름이 적어질 때와 성대 점 막이 떨어져 공기의 흐름이 많아질 때 두 성대 사이의 임피던스 변화를 전압의 변화로 얻어내며 검사시스템의 EGG는 탈부착이 가능한 2 전극 탄성 밴드이다.
호흡은 Piezo Respiratory Belt Transducer(MLT 1132, USA)를 이용하여 흉부와 복부의 2채널로 구성되어 있다. 각각의 채널에서 호흡의 변화에 따른 흉강 과 복강의 단면적 변화가 착용된 밴드의 코일에서 인덕턴스 변화로 측정된다.
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그림 4는 피검자 정보 생성 및 수집하고자 하는 채널을 설정하는 화면이다. 생 성된 파일은 ID별로 구분하고 검색이 가능하다. New User를 선택하면 ID를 적 고 Append를 선택하면 기존 ID에서 선택하도록 한다. 새로운 피검자 ID 생성을 선택하면 환자 성명을 등록하고 성별 및 신장, 체중의 정보를 입력한다. 환자의 측정채널은 음성, EGG 및 호흡 중 선택하거나 이 세 가지를 동시에 측정가능하 다. Append를 선택하면 이전에 측정된 흉부 및 복식 호흡 채널의 최소 수치, 최 대 수치 리스트가 화면상에 나타난다. 호흡의 보정(calibration)여부 선택은 ON이 나 OFF 버튼장치 중에서 선택하면 되는데, OFF를 누르면 보정 없이 이전에 측정 된 최소 수치, 최대 수치를 사용하게 된다.
그림 그림 그림 그림 4. 4. 4. 4. 피검자 정보 생성 화면
본 시스템에서 데이터 수집 시 음성 신호는 샘플링 주파수 11025Hz, 22050Hz, 44100Hz 중에서 선택할 수 있다. 그림 5와 같이 프로그램 실행 전 샘플링 주파수를 설정하고 전체 저장될 데이터의 시간은 10초단위로 최대 1분 30초까지 가능한데 저장될 데이터 시간을 설정한 후 DAQ 시작 버튼을 누른다.
(b) 버튼을 누르면 저장이 시작되는데 저장하고자 하는 시간이 되면 자동으로 저 장을 정지하고 EGG 데이터는 10kHz로 호흡 데이터는 100Hz의 샘플링으로 이 진(binary)파일 형식으로 저장하게 된다.
그림 그림 그림 5. 그림 5. 5. 5. 데이터 수집 화면
(a) 데이터 수집 시작 버튼 (b) 데이터 저장 시작 버튼 (c) 데이터 저장 정지 버튼 (d) 데이터 수집 정지 버튼 (e) 입력된 음성 신호 (f) 입력된 EGG 신호 (g) 입력된 흉부 호흡 신호 (h) 입력된 복부 호흡 신호 (i) 흉부 호흡 변화율 (j) 복부 호흡 변화율 (k) 음성 샘플링 주파수 (l) 저장 시간
프로그램 실행 후 저장된 자료를 불러오면 음성, 성문, 호흡의 분석이 모두 가 능하다. 먼저, 호흡 채널 분석은 그림 6과 같다. 전체 데이터에서 커서로 구간을 설정하면 (1) 흉부 호흡 채널의 호기/흡기 타이밍 : 그래프 (c) (2) 복부 호흡 채널의 호기/흡기 타이밍 : 그래프 (d) (3) 흉부 + 복부 전체 호흡에 대한 복부 호흡의 비율 : 그래프 (f) (4) 흡기가 최대로 되는 시간: (c),(d)에서 두 개의 검 은색 커서로 구간을 선택하고 파란색 커서로 구간내의 최고점을 선택하면 각각 (h), (i)에서 흡기가 최고점이 될 때까지의 시간을 볼 수 있다. (5) 각각 (h), (i) 에서 흡기 시 복부와 흉부의 흡기의 변화량(Iv), 호기 시 복부와 흉부의 변화량 (Ev)을 볼 수 있다. (6)(j)에서 두 개의 검은 색 커서로 구간을 선택하면 선택 구간의 복식호흡의 비율을 알 수 있다. (7) Play 버튼을 누르면 선택된 영역의 음성 데이터가 DAQ board의 Analog output을 통해 스피커로 출력된다.
그림 그림 그림 그림 666 . 호흡 분석 결과 화면 6
EGG 데이터 분석은 그림 7과 같이 성대 접촉 시 진폭이 상승하고, 개방 시에 진폭이 감소하게 되는 데, 이것으로 성대 운동의 주기와 개폐에 대한 정보 인 성문폐쇄율(closed quotient; CQ)과 성문개폐속도비율(speed quotient;
SQ)를 얻을 수 있다.
그림 그림
그림 그림 7. 7. 7. 7. 성대 진동에 대한 전기성문파형검사에서 성문폐쇄율과 성문접촉속도율7)
7)BakenRJ.Electroglottogaphy.JVoice6(2);98-110
(1) 성문폐쇄율 (close quotien of glottal contact: CQ)
(2) 성문접촉속도율(speed quotient of glottal contack: SQ)
음성과 EGG 동시 분석 화면은 그림 8과 같다. (a)창에서 음성신호의 안정된 부분을 선택하면 (b)창의 EGG신호가 동시에 선택되고 이것을 각각 (c),(d)창에 서 선택한 구간을 확장하여 보여주게 된다. (e)는 선택된 음성 신호의 EGG 기본 주파수를 나타내며, (d)는 선택된 음성신호의 성문폐쇄율(CQ) 및 (g)성문접촉속 도율(SQ)의 trace를 보여준다.
그림 그림 그림 그림 8. 8. 8. 8. 음성과 EGG 동시 분석 결과 화면
(a) 음성 그래프 (b) EGG 그래프 (c) 선택구간의 음성 확대 그래프 (d) 선택구간의 EGG 확대 그래프 (e) 선택구간의 EGG 기본주파주
(f) 선택구간의 성문폐쇄율 그래프 (g) 선택구간의 성문접촉속도율 그래프
음성 데이터 분석은 그림 8과 같이 (a) 음성그래프에서 분석하고자하는 안정된 부분을 설정하면 기본주파수(fo) 평균과 표준편차 및 주기간 주파수 변동률 (jitter), 진폭 변동률(shimmer), 잡음 대 배음비(NHR : noise to harmonic ratio)를 계산할 수 있다.