The Effectiveness of Electroglottographic Parameters in Differential Diagnosis of Laryngeal Cancer

후두암 감별진단에 있어 성문전도(Electroglottograph) 파라미터의 유용성

Background and Objectives : Electroglottography(EGG) is a non-invasive method of monitoring the vocal cord vibration by measuring the variation of physiological impedance across the vocal folds through the neck skin. It reveals especially the vocal fold contact area and is widely used for basic laryngeal researches, voice analysis and synthesis. The purpose of this study is to investigate the effectiveness of EGG parameters in differential diagnosis of laryngeal cancer. Materials and Methods : The author investigated 10 laryngeal cancer and 25 benign laryngeal disease patients who visited at the Department of Otolaryngology, Pusan National University Hospital. The EGG equipment was devised in the author's Department. Among various parameters of EGG, closed quotient(CQ), speed quotient(SQ), speed index(SI), Jitter, Shimmer, Fo were determined by an analysis program made with MATLAB 6.5$^{\circledR}$(Mathwork, Inc.). In order to differentiate various laryngeal diseases from pathologic voice signals, the author has used the electroglottographic parameters using the neural network of multilayer perceptron structure. Results : SQ, SI, Jitter and Shimmer values except those of CQ and Fo showed remarkable differences between benign and malignant laryngeal disease groups. From the artificial neural network, the percentage of differentiating the laryngeal cancer was over 80% in SQ, SI, Jitter, Shimmer except for CQ and Fo. These results indicated that it is possible to discriminate the benign and malignant laryngeal diseases by EGG parameters using the artificial neural network. Conclusion : If parameters of EGG which can reveal for the pathology of laryngeal diseases are additionally developed and the current classification algorithm is improved, the discrimination of laryngeal cancer will become much more accurate.

후두암은 유병율이 높지만 조기에 발견하면 90% 이상의 치유율과 발성기능의 보존이 가능하며 현재 음성분석을 이용한 진단법이 시도되고 있으나 정립된 선별검사법은 없는 실정이다. 성문전도검사(electroglottography, EGG)는 성대의 진동양상을 알 수 있는 비침습적 검사로서 발성과 음성합성의 연구에 많이 사용되고 있다. 본 연구는 EGG에서 관찰되는 파라미터들을 다층 퍼셉트론(multilayer perceptron)구조의 신경회로망(artificial neural network)으로 감별하는 기법을 이용하여 후두암 감별법에 대한 연구로서 부산대학교병원을 내원한 후두암 환자 10명과 양성후두질환 26명을 대상으로 새로 고안한 Electroglottograph(v1.0)를 이용하여 검사하고 이의 임상적 유용성을 평가하였다. EGG 파라미터인 closed quotient(CQ), speed quotient(SQ), speed index(SI), fundamental frequency(F0), Jitter, Shimmer 등은 MATLAB 6.5 (Mathwork, Inc.)로 작성한 분석 프로그램을 이용하여 추출하였다. 각 환자에서 추출된 EGG 파라미터들을 다층 퍼셉트론 구조의 신경회로망으로 감별하였다. CQ는 각 질환군 간에 유의한 차이가 없었지만 SQ, SI, Jitter, Shimmer 등은 성대질환의 특성에 따라 유의한 차이를 보였다. 신경회로망에서 감별한 결과 CQ를 제외한 SQ, SI, Jitter, Shimmer 등에서 71.3-90%의 후두암의 감별율을 보였다. 또한 SQ, SI, Jitter, Shimmer를 3개씩 조합한 실험에서는 SQ-Jitter-Shimmer와 SQ-SI-Shimmer의 후두암의 감별율이 93%로 가장 높았고, SQ-SI-Jitter 90.9%, SI-Jitter-Shimmer 88.6%로 전체적으로 85% 이상의 높은 감별율을 나타내었다. 이러한 결과는 EGG검사와 신경회로망을 이용한 양성과 악성 후두질환의 감별이 가능함을 시사한다. 향후 성대 질환의 병태생리를 대변할 수 있는 파라미터가 추가로 개발되고 분류 알고리듬이 개선된다면 EGG를 이용한 성대질환의 감별 진단이 보다 정확해질 것으로 사료되었다.