陳世雄 鄧 軍,2 李光林

1（中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院 深圳 518055）

2（重慶大學(xué)通信工程學(xué)院 重慶 400044）

1 引 言

耳聲發(fā)射(Otocoustic Emissions)是耳蝸主動(dòng)向外釋放的一種微弱的聲音能量[1-3]。這種振動(dòng)的能量來(lái)源于健康內(nèi)耳中的外毛細(xì)胞(Outer Hair Cells)。外毛細(xì)胞的活動(dòng)能增強(qiáng)基底膜的機(jī)械振動(dòng)并釋放多余的能量，通過(guò)卵圓窗、聽(tīng)骨鏈及鼓膜傳至外耳道[4]。這種在外耳道記錄到的、源自?xún)?nèi)耳的聲音稱(chēng)為耳聲發(fā)射(Otoacoustic Emissions)。如果毛細(xì)胞遭到破壞，耳聲發(fā)射信號(hào)就會(huì)減小甚至消失[3]，因此耳聲發(fā)射檢測(cè)提供了一種直接了解內(nèi)耳毛細(xì)胞活動(dòng)和功能狀況的窗口。同時(shí)，內(nèi)耳不同位置的毛細(xì)胞發(fā)出不同頻率的耳聲發(fā)射信號(hào)，因而測(cè)量不同頻率的耳聲發(fā)射信號(hào)就可以了解不同位置的毛細(xì)胞的健康狀況。耳聲發(fā)射檢測(cè)具有快速、簡(jiǎn)便、無(wú)創(chuàng)、靈敏的特點(diǎn)，只需要在外耳道放置集成了耳機(jī)和麥克風(fēng)的探頭，播放刺激聲并記錄人耳的反饋即可[1,2]。耳聲發(fā)射檢測(cè)對(duì)人體無(wú)任何損害，也不需要受試者的任何主觀反應(yīng)，因此它已經(jīng)被廣泛用于新生兒聽(tīng)力篩選和成人聽(tīng)力檢測(cè)[2,3,5]。

畸變產(chǎn)物耳聲發(fā)射 DPOAE 采用兩個(gè)固定頻率的純音(f1, f2, f1＜ f2)刺激內(nèi)耳毛細(xì)胞[6]。由于耳蝸的非線(xiàn)性特征，誘發(fā)的耳聲發(fā)射信號(hào)頻率為刺激聲頻率的組合mf1＋nf2(m, n為整數(shù))。對(duì)于人耳，頻率為 2f1－f2的立方差異音(Cubic Different Tone, CDT)幅度最大，所以臨床上的 DPOAE 檢測(cè)大多測(cè)量立方差異音成分[7]。與其他類(lèi)型的刺激聲誘發(fā)的耳聲發(fā)射信號(hào)相比，DPOAE 信號(hào)檢測(cè)更加簡(jiǎn)單，只需要對(duì)外耳道記錄到的反饋信號(hào)進(jìn)行快速傅立葉變換(Fast Fourier Transform，F(xiàn)FT )，然后取出 2f1－f2處的頻譜信息即可。DPOAE 信號(hào)的幅度和相位可以精確的反映內(nèi)耳外毛細(xì)胞的非線(xiàn)性特征和耳蝸的健康狀況[8,9]，同時(shí) DPOAE 具有很好的頻率特性和較寬的頻譜范圍，因此 DPOAE 檢測(cè)已經(jīng)成為臨床上的一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試項(xiàng)目。

然而，目前臨床 DPOAE 檢測(cè)方法受頻率固定的純音的限制，存在一定的不足。這些不足主要表現(xiàn)在：(1)采用頻率固定的純音誘發(fā) DPOAE，一次只能完成對(duì)單一頻率點(diǎn)的檢測(cè)，整個(gè)聽(tīng)力區(qū)域檢測(cè)耗時(shí)長(zhǎng)，因此效率極低，且受試者因長(zhǎng)時(shí)間測(cè)量感到疲勞，由此引入的人為噪聲也會(huì)隨之加大，長(zhǎng)時(shí)間測(cè)量對(duì)于一些好動(dòng)的兒童并不可行；(2)臨床上 DPOAE檢測(cè)只測(cè)量離散的頻率點(diǎn)，且頻率點(diǎn)相距較大(臨床上一般測(cè)量 0.5, 1, 2, 3 ,4, 5, 6, 8 kHz 等標(biāo)準(zhǔn)頻率)，頻率檢測(cè)的分辨率不夠，因而對(duì)于聽(tīng)力損失的頻率定位不夠精確，不能客觀準(zhǔn)確反映受試者的聽(tīng)力損失狀況[10]。

針對(duì)以上不足，本文提出了一種利用掃頻信號(hào)檢測(cè) DPOAE 耳聲發(fā)射的方法。掃頻信號(hào)的優(yōu)勢(shì)在于其頻率可隨時(shí)間連續(xù)變化，因此可在短時(shí)間內(nèi)完成對(duì)多個(gè)頻率的測(cè)量。掃頻技術(shù)廣泛應(yīng)用于機(jī)械結(jié)構(gòu)、自動(dòng)控制系統(tǒng)、電子線(xiàn)路以及聲學(xué)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性測(cè)試[11]。利用掃頻信號(hào)取代純音信號(hào)進(jìn)行 DPOAE 檢測(cè)，可以使測(cè)量時(shí)間大大縮短，同時(shí)提高耳聲發(fā)射結(jié)果的分辨率。本文將圍繞掃頻 DPOAE 耳聲發(fā)射的生成、提取和應(yīng)用展開(kāi)具體介紹。

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 受試者

本實(shí)驗(yàn)共招募受試者 15 人(6 男 9 女，年齡在23～31 歲之間)。在進(jìn)行本實(shí)驗(yàn)前，每人都參加了標(biāo)準(zhǔn)的聽(tīng)力圖測(cè)試。聽(tīng)力圖測(cè)試結(jié)果顯示，12 名受試者具有正常的聽(tīng)力功能，在每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量頻率點(diǎn)的聽(tīng)力閾值低于 20 dB HL(Hearing Loss)，另外三名受試者由于存在長(zhǎng)期的噪聲暴露史，在高于 5 kHz 的頻率處具有輕微的聽(tīng)力損失(5 kHz 以上的聽(tīng)力閾值高于20 dB HL)。本實(shí)驗(yàn)安排所有的受試者躺在一張舒服的床上，在相對(duì)安靜的環(huán)境下進(jìn)行耳聲發(fā)射檢測(cè)，每次實(shí)驗(yàn)時(shí)間持續(xù)時(shí)長(zhǎng)約 15～20 分鐘。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程符合中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院人體倫理道德規(guī)范(SIAT-IRB-130124-H0015)。

2.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

圖1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

本實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)如圖1 所示。信號(hào)的發(fā)生與采集采用的是創(chuàng)新 E-MU 0204 USB 2.0 聲卡，該聲卡提供兩個(gè)甲級(jí)前置放大器，支持全雙工 24 bit/192 kHz的錄制和回放，性噪比高達(dá) 113 dB。聲卡輸出的電平通過(guò) ER-2 耳機(jī)(Etymotic Research, Inc.)發(fā)出設(shè)計(jì)的掃頻刺激聲、經(jīng)放置在外耳道的耳機(jī)/麥克風(fēng)探頭播放。同時(shí)，麥克風(fēng)將人耳的反饋信號(hào)轉(zhuǎn)換成電平，通過(guò)耳聲發(fā)射實(shí)驗(yàn)專(zhuān)用的放大器 ER-10、經(jīng) L-Line 輸入口接回聲卡完成數(shù)據(jù)采集功能。信號(hào)采樣頻率為 48 kHz，采集到的數(shù)據(jù)最后由 Matlab 軟件進(jìn)行離線(xiàn)分析。

2.3 實(shí)驗(yàn)步驟

本研究的掃頻刺激聲在頻域產(chǎn)生，基本思路是首先構(gòu)建期望的幅度譜和相位譜，其中幅度譜根據(jù)需求可以構(gòu)建任意函數(shù)形式的幅度-頻率曲線(xiàn)，相位譜根據(jù)掃頻信號(hào)頻率-時(shí)間曲線(xiàn)，利用群延遲積分得到，最后通過(guò)反傅里葉變換(iFFT)得到時(shí)域的掃頻信號(hào)[12]。由于鼓膜的反射作用，聲音在耳道的傳播過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生駐波現(xiàn)象，從而造成鼓膜處的聲壓幅度與設(shè)計(jì)的聲壓值存在較大的差異[13,14]。本文采用了聲壓反饋技術(shù)來(lái)避免這一問(wèn)題。首先將幅度譜初始化，形成頻率的常函數(shù)，合成并播放掃頻信號(hào)。然后將外耳道記錄到的聲壓頻譜與期望頻譜的差值作為反饋，調(diào)整掃頻信號(hào)各頻率分量的幅度，然后重新合成掃頻信號(hào)。以上反饋調(diào)整過(guò)程不斷循環(huán)，直至實(shí)際和期望響應(yīng)的差值分貝數(shù)達(dá)到誤差允許范圍[15]。經(jīng)過(guò)這一校準(zhǔn)過(guò)程的掃頻刺激聲，進(jìn)入耳朵時(shí)各頻率成分的幅度相等，并等于期望的分貝數(shù)，保證了掃頻 DPOAE 結(jié)果用于聽(tīng)力損失檢測(cè)的可靠性。

掃頻 DPOAE 檢測(cè)采用兩個(gè)具有一定頻率比和幅度比關(guān)系的掃頻信號(hào)(a 和 b)作為刺激聲。其中信號(hào) a的頻率在 1 s 的時(shí)間內(nèi)從 400 Hz 線(xiàn)性增加到 10 kHz，信號(hào)強(qiáng)度取校準(zhǔn)后對(duì)應(yīng)頻率段的強(qiáng)度值。兩個(gè)信號(hào)的強(qiáng)度頻率比固定[7]( fb／fa=1.2，La－Lb=5 dB，其中 fa、fb分別為 a、b 的實(shí)時(shí)信號(hào)頻率，La、Lb為信號(hào)a、b 的強(qiáng)度)，兩個(gè)掃頻刺激聲和其誘發(fā)得到的 CDT信號(hào)的時(shí)頻關(guān)系如圖2(a)所示。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，兩個(gè)掃頻刺激聲同時(shí)在耳朵同一側(cè)播放，并用麥克風(fēng)記錄內(nèi)耳的反饋信號(hào)。刺激聲組合方式如圖2(b)所示：信號(hào) a 在第 1、3 段播放，信號(hào) b 在第 2、3 段播放。

信號(hào) a 的強(qiáng)度在 40～60 dB 之間以步長(zhǎng) 5 dB 進(jìn)行變化，一共可以測(cè)得 5 組不同刺激聲幅度的數(shù)據(jù)。每組幅度下重復(fù)播放三段刺激聲 20 次。即在同一次刺激實(shí)驗(yàn)中，固定刺激聲頻率范圍(400 Hz～10 kHz)和頻率強(qiáng)度比(fb／fa=1.2，La－Lb=5 dB)，刺激聲每段時(shí)長(zhǎng)為 1 s，改變主次刺激聲強(qiáng)度(La、Lb)進(jìn)行掃頻DPOAE 測(cè)試。為了驗(yàn)證非人耳能否產(chǎn)生掃頻 DPOAE耳聲發(fā)射信號(hào)，本文除了在 15 個(gè)受試者上進(jìn)行測(cè)試以外，還在 1 段塑料試管中進(jìn)行了非人耳的 DPOAE耳聲發(fā)射測(cè)試。塑料試管的長(zhǎng)度為 2.5 厘米，接近正常人的耳道長(zhǎng)度。

2.4 數(shù)據(jù)分析

掃頻 DPOAE 檢測(cè)采集的數(shù)據(jù)包含了刺激聲偽跡(fa，fb)、耳聲發(fā)射信號(hào)(mfa＋nfb)和背景噪聲，進(jìn)一步的聽(tīng)力損失分析需要從這種復(fù)雜的背景提取出純凈 CDT(2fa－fb)信號(hào)。數(shù)據(jù)分析流程如圖3 所示，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的預(yù)處理主要分為刺激聲偽跡消除和環(huán)境噪聲的初步消除。如圖2(b)的“三段式”組合方式播放的刺激聲，實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)也可以分成三段(用 m1，m2，m3分別表示第 1、2、3 段)。由于耳聲發(fā)射信號(hào)具有非線(xiàn)性特性，而刺激聲干擾呈線(xiàn)性特性，對(duì)實(shí)驗(yàn)記錄信號(hào)做線(xiàn)性變化 p=m3－m2－m1可以初步消除刺激聲的干擾。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，受試者基本在相對(duì)安靜的環(huán)境下進(jìn)行，但仍然無(wú)法避免實(shí)驗(yàn)過(guò)程中吞咽、身體挪動(dòng)引入的脈沖噪聲以及實(shí)驗(yàn)環(huán)境噪聲。本文主要采用了高通濾波、閾值拒絕和相關(guān)平均來(lái)提高信噪比。將差值 p 通過(guò)一個(gè) 400 Hz 的高通濾波器，可以濾除低頻環(huán)境噪聲。上面實(shí)驗(yàn)步驟中提到，在每組刺激幅度下，共采集 20 次數(shù)據(jù)，脈沖噪聲會(huì)造成信號(hào)時(shí)域上某一處的幅度值特別大，本文取出每次數(shù)據(jù)的最大值，根據(jù)數(shù)理統(tǒng)計(jì)學(xué)中的閾值拒絕準(zhǔn)則，將最大值落在 95% 的置信區(qū)間(μ－2σ，μ＋2σ)外的數(shù)據(jù)拒絕(μ，σ 為均值和標(biāo)準(zhǔn)差)，剩下的數(shù)據(jù)相干平均。經(jīng)過(guò)預(yù)處理的數(shù)據(jù)可以初步消除刺激聲偽跡和環(huán)境噪聲的影響，提高數(shù)據(jù)的信噪比。將預(yù)處理過(guò)后的數(shù)據(jù)通過(guò)一個(gè)動(dòng)態(tài)跟蹤濾波器[16]，可以提取出純凈的 CDT信號(hào)，最后經(jīng)過(guò)短時(shí)傅立葉變換，同時(shí)觀察 CDT 信號(hào)不同時(shí)間段的頻率和幅度特征。

圖2 刺激聲參數(shù)設(shè)定和組合方式圖

圖3 數(shù)據(jù)分析流程圖

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.1 預(yù)處理消除噪聲結(jié)果

本文提出的掃頻 DPOAE 檢測(cè)雖然在相對(duì)安靜的環(huán)境下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，但是仍然避免不了在采集數(shù)據(jù)中引入不同類(lèi)型的噪聲，環(huán)境低頻噪聲可以利用高通濾波器濾除，但是仍存在受試者實(shí)驗(yàn)過(guò)程中引入的脈沖噪聲，如圖4(a)所示，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中有很明顯的脈沖噪聲，本文根據(jù)脈沖噪聲時(shí)域幅度沖激特性，選用數(shù)理統(tǒng)計(jì)學(xué)的閾值拒絕準(zhǔn)則，取出 20 組測(cè)量數(shù)據(jù)的最大值，構(gòu)成一個(gè)數(shù)據(jù)集合，根據(jù) 95% 的置信區(qū)間，將數(shù)據(jù)集中落在(μ－2σ，μ＋2σ)外的數(shù)據(jù)刪除。如圖4(b)中，紅色圓形表示原始數(shù)據(jù)每組的最大值，兩條黑色的虛線(xiàn)表示的是 95% 的置信區(qū)間，很明顯可以看出，第 10 組的采集數(shù)據(jù)存在脈沖噪聲干擾，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)應(yīng)該被拒絕，藍(lán)色‘＋’表示被接受的數(shù)據(jù)組。圖4(c)表示的是去除脈沖噪聲干擾數(shù)據(jù)后的信號(hào)。很明顯看出，利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)學(xué)中的置信閾值拒絕準(zhǔn)則可以很好地去除脈沖噪聲的干擾。本文中簡(jiǎn)單的預(yù)處理機(jī)制可以大大減小實(shí)驗(yàn)過(guò)程中噪聲的影響，并提高信號(hào)的信噪比與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性。

3.2 掃頻 DPOAE 檢測(cè)結(jié)果

圖4 預(yù)處理結(jié)果圖

圖5 五組刺激條件下的試管和人耳的掃頻 DPOAE 檢測(cè)結(jié)果對(duì)比。

本文一共測(cè)量了 15 名受試者在 5 組幅度刺激下的掃頻 DPOAE，同時(shí)在相同的實(shí)驗(yàn)條件下，將耳機(jī)/麥克風(fēng)探頭放置在長(zhǎng)度為 2.5 cm 的封閉試管內(nèi)測(cè)量。圖5 表示的是試管和一名典型受試者的檢測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)預(yù)處理后的結(jié)果圖，其中第一排數(shù)據(jù)為試管的檢測(cè)結(jié)果。從圖中明顯可以看出，在刺激聲強(qiáng)度較低的情況下(La＜55 dB)，經(jīng)過(guò)“三段式”預(yù)處理后的數(shù)據(jù)基本上消除了刺激聲偽跡，只剩下了環(huán)境噪聲。隨著刺激聲強(qiáng)度的增加，在 La=55 dB 和 La=60 dB 的情況下，可以看到微弱的主刺激信號(hào) a 沒(méi)有被“三段式”的線(xiàn)性組合消除，即出現(xiàn)了輕微的信號(hào)畸變。這種情況主要是由于高強(qiáng)度的刺激聲在長(zhǎng)度很短的試管內(nèi)反射產(chǎn)生駐波現(xiàn)象，加強(qiáng)或者抑制了刺激聲某些頻率點(diǎn)的幅度，同時(shí)，耳機(jī)/麥克風(fēng)探頭與試管口接觸是否緊密都會(huì)對(duì)刺激聲強(qiáng)度造成影響。圖5 的第二排表示的是一名受試者在 5 組幅度刺激下的掃頻 DPOAE 檢測(cè)結(jié)果圖。從圖中由上至下可以看見(jiàn)三根直線(xiàn)，分別表示刺激聲偽跡(fb，fa)和 CDT 信號(hào)(2fa－fb)。在強(qiáng)度較低的情況下(La=40 dB)，CDT 信號(hào)強(qiáng)度較弱，而隨著刺激聲的幅度逐漸加大，誘發(fā)得到的 CDT 信號(hào)幅度也會(huì)隨著刺激聲幅度的增加而增加，在刺激聲幅度較大的情況下(La=60 dB)，能看到一條微弱的直線(xiàn)，即出現(xiàn)了其他的信號(hào)成分。這種現(xiàn)象只出現(xiàn)在刺激聲幅度較大的情況，表明這些信號(hào)成分是高強(qiáng)度刺激聲在耳道的傳播中出現(xiàn)的輕微的尖峰失真，對(duì)比試管在 60 dB 下的結(jié)果圖，這種失真并不會(huì)對(duì)CDT 信號(hào)產(chǎn)生影響。

圖6(a) 是經(jīng)預(yù)處理的信號(hào)頻譜圖，從圖中可以清晰看出兩條刺激聲偽跡(fa，fb)和 CDT 信號(hào)(2fafb)。在 60 dB 刺激聲幅度下，采集數(shù)據(jù)中會(huì)多出現(xiàn)一條信號(hào)成分fa＋fb，與圖5 受試者的結(jié)果相同。圖6(b)是經(jīng)過(guò)動(dòng)態(tài)跟蹤濾波器處理后的結(jié)果，從圖中明顯看出濾波器完整的保留了 CDT 信號(hào)成份，并最大程度抑制了其他干擾噪聲。

3.3 聽(tīng)力正常與聽(tīng)力損失受試者檢測(cè)結(jié)果

圖6 一名典型受試者掃頻 DPOAE 濾波前后結(jié)果對(duì)比(La=60 dB)

圖7 聽(tīng)力正常與聽(tīng)力損失受試者掃頻 DPOAE 結(jié)果對(duì)比(La=60 dB)

本文實(shí)驗(yàn)招募到 3 名具有輕微聽(tīng)力損失的受試者，圖7 顯示的是一名聽(tīng)力損失受試者和一名聽(tīng)力正常受試者的掃頻 DPOAE 結(jié)果(La=60 dB)，為了方便對(duì)比分析，其中圖7(a) 與圖6(b) 結(jié)果來(lái)源于同一名聽(tīng)力正常受試者。從圖中可以看到，聽(tīng)力正常受試者在實(shí)驗(yàn)檢測(cè)聽(tīng)力頻域內(nèi)(1 kHz～8 kHz)都能觀察到很強(qiáng)幅度的 CDT 信號(hào)，說(shuō)明這名受試者在頻率1 kHz～8 kHz的范圍內(nèi)沒(méi)有聽(tīng)力損失。圖7(b)表示的是一名聽(tīng)力損失受試者的掃頻 DPOAE 檢測(cè)結(jié)果，在 1 kHz～5 kHz 處能清晰地觀察到 CDT 信號(hào)，在頻率高于 5 kHz 的時(shí)候，CDT 信號(hào)幅度減弱，在某些頻率點(diǎn)上根本觀察不到 CDT 信號(hào)。說(shuō)明該受試者在5 kHz 以上具有一定程度的聽(tīng)力損失，與臨床標(biāo)準(zhǔn)聽(tīng)力圖檢測(cè)結(jié)果一致。在另外四組刺激聲幅度下具有相同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

4 討 論

4.1 掃頻 DPOAE 檢測(cè)的可靠性

本研究最重要的發(fā)現(xiàn)就是掃頻刺激聲能夠成功誘發(fā) DPOAE 信號(hào)。如圖5 第二排所示，5 組刺激聲強(qiáng)度都能誘發(fā)并記錄到 CDT 信號(hào)，說(shuō)明掃頻 DPOAE可以在臨床上用于聽(tīng)力損失檢測(cè)。與其他類(lèi)型的耳聲發(fā)射信號(hào)檢測(cè)方法相比，如 TEOAE 檢測(cè)方法[17]，DPOAE 信號(hào)具有更好的頻譜特性，在很低的刺激聲強(qiáng)度下仍然可以成功誘發(fā) DPOAE 信號(hào)。將和成年人耳道長(zhǎng)度接近的封閉試管(2.5 cm)接入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，在同等的實(shí)驗(yàn)條件下，麥克風(fēng)并沒(méi)有記錄到 CDT信號(hào)，說(shuō)明圖5 第二排信號(hào)是來(lái)源于受試者的內(nèi)耳外毛細(xì)胞的正?；顒?dòng)，并不是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)產(chǎn)生的系統(tǒng)畸變。目前臨床選用的 DPOAE 檢測(cè)，依靠純音誘發(fā)耳聲發(fā)射信號(hào)，記錄到的數(shù)據(jù)中刺激聲偽跡幅度一般比 CDT 信號(hào)大 40 dB 左右，信噪比極低。本文提出“三段式”刺激聲播放順序，并據(jù)此對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行三段線(xiàn)性運(yùn)算的預(yù)處理，記錄到的刺激聲偽跡基本上被消除或者減弱(圖5 第一排)。而且根據(jù)數(shù)理統(tǒng)計(jì)中的閾值拒絕準(zhǔn)則，數(shù)據(jù)自動(dòng)調(diào)整閾值范圍，與傳統(tǒng)的手動(dòng)設(shè)定閾值相比，數(shù)據(jù)處理方法機(jī)動(dòng)性更強(qiáng)，經(jīng)過(guò)預(yù)處理后的數(shù)據(jù)，信噪比顯著提高(圖4)。數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)動(dòng)態(tài)跟蹤濾波器處理后，CDT 信號(hào)被完整保留，其他噪聲都最大程度被抑制(圖6)，說(shuō)明動(dòng)態(tài)跟蹤濾波器能從復(fù)雜的背景噪聲出提取出純凈的 CDT 信號(hào)，并用于臨床上進(jìn)一步的聽(tīng)力損失研究。與目前的臨床DPOAE 檢測(cè)方法簡(jiǎn)單的處理機(jī)制相比，本文提出的掃頻 DPOAE 檢測(cè)結(jié)果更可靠。

4.2 掃頻 DPOAE 檢測(cè)的優(yōu)越性

目前臨床 DPOAE 依靠純音誘發(fā) CDT 信號(hào)，一次只能測(cè)量一個(gè)頻率點(diǎn)的聽(tīng)力損失情況，需要極長(zhǎng)的測(cè)試時(shí)間才能得到較好的頻率分辨率。掃頻 DPOAE檢測(cè)利用頻域隨時(shí)間線(xiàn)性變化的掃頻信號(hào)誘發(fā) CDT信號(hào)，測(cè)試時(shí)長(zhǎng)只需要 1～2 分鐘，頻率分辨率卻可以精確到 1 Hz。表1 給出了兩種檢測(cè)方法的測(cè)試時(shí)長(zhǎng)和頻率分辨率[18]。如圖7(b) 所示的聽(tīng)力損失受試者，純音 DPOAE 檢測(cè)只得出受試者在 5 kHz 以上有輕微的聽(tīng)力損失，而 5 kHz 以上只檢測(cè)了 6 kHz 和 8 kHz 兩個(gè)頻率點(diǎn)的聽(tīng)力閾值，其他頻率的聽(tīng)力損失情況并不清楚。掃頻 DPOAE 檢測(cè)結(jié)果顯示，聽(tīng)力損失者在高強(qiáng)度刺激聲的誘發(fā)下(La=60 dB)，在 5 kHz 以下能觀察到較明顯的 CDT 信號(hào)，在 5 kHz 以上基本只能觀察到斷斷續(xù)續(xù)微弱的 CDT 信號(hào)，如在 6 kHz、7 kHz 附近頻率處還能觀察到微弱的 CDT 信號(hào)，表明受試者在這兩段范圍的內(nèi)的聽(tīng)力損失程度較輕，而完全觀察不到 CDT 信號(hào)的頻率處則具有明顯的聽(tīng)力損失。說(shuō)明掃頻 DPOAE 檢測(cè)方法的頻率分辨率更高，聽(tīng)力損失程度和位置的定位更精確。圖7(a) 的結(jié)果也同樣可以表明這一結(jié)論。而且兩名受試者的掃頻 DPOAE 檢測(cè)結(jié)果與目前臨床聽(tīng)力圖檢測(cè)結(jié)果保持著高度一致，表明掃頻 DPOAE 的檢測(cè)結(jié)果是正確可靠的。掃頻DPOAE 不僅可以高效率的誘發(fā)耳聲發(fā)射信號(hào)、精確檢測(cè)受試者整個(gè)聽(tīng)力范圍的聽(tīng)力損失情況，還能準(zhǔn)確定位聽(tīng)力損失對(duì)應(yīng)的頻率位置。相對(duì)于純音 DPOAE檢測(cè)，掃頻 DPOAE 具有明顯的優(yōu)越性，臨床應(yīng)用前景更可觀。

表1 純音 DPOAE 和掃頻 DPOAE 兩種檢測(cè)方法對(duì)比

5 結(jié)論與展望

本文研究利用頻率隨時(shí)間線(xiàn)性變化的掃頻刺激聲誘發(fā)畸變產(chǎn)物耳聲發(fā)射信號(hào)，同時(shí)根據(jù)耳聲發(fā)射信號(hào)的非線(xiàn)性?xún)?yōu)化刺激聲播放的組合方式。通過(guò)本文的初步研究表明：“三段式”線(xiàn)性相減組合能消除刺激聲偽跡、提高實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的信噪比；同時(shí)掃頻 DPOAE 檢測(cè)方法能大幅度縮短耳聲發(fā)射信號(hào)的測(cè)量時(shí)間、提高檢測(cè)結(jié)果的分辨率，并能靈敏反映受試者的聽(tīng)力損失的頻率范圍。本文的研究尚處于初步研究階段，在未來(lái)的研究中還需要進(jìn)行更多的聽(tīng)力損失受試者的實(shí)驗(yàn)。我們相信，在未來(lái)的臨床應(yīng)用方面，掃頻 DPOA E檢測(cè)方法可以作為一種聽(tīng)力損失檢測(cè)、協(xié)助醫(yī)生進(jìn)行準(zhǔn)確聽(tīng)力診斷和治療的有效工具。

[1]Mountain D, Hubbard A. Rapid force production in the cochlea [J].Hearing Research, 1989, 42: 195-202.

[2]Kemp D T. Stimulated acoustic emissions from within the human auditory system [J]. The Journal of the Acoustical Society of America, 1978, 64(5): 1386-1391.

[3]Kemp D. Otoacoustic emissions, travelling waves and cochlear mechanisms [J]. Hearing Research, 1986, 22: 95-104.

[4]Probst R, Lonsbury M B L, Martin G K. A review of otoacoustic emissions [J]. Journal of the Acoustical Society of America, 1991, 89: 2027-2067.

[5]Whitehead M L, Lonsbury-Martin B L, Martin G K, et al.Otoacoustic emissions: animal models and clinical observations [J].Clinical Aspects of Hearing, Springer, 1996, 7: 199-257.

[6]Telischi F F, Widick M P, Lonsbury-Martin B L, et al.Monitoring cochlear function intraoperatively using distortion product otoacoustic emissions [J]. Otology & Neurotology,1995, 16:597-608.

[7]Johnson T A, Neely S T, Garner C A, et al. Inf luence of primarylevel and primary-frequency ratios on human distortion product otoacoustic emissions [J]. The Journal of the Acoustical Society of America, 2006, 119(1): 418-428.

[8]Bian L, Chertoff M E, Miller E. Deriving a cochlear transducer function from low-frequency modulation of distortion product otoacoustic emissions [J]. The Journal of the Acoustical Society of America, 2002, 112(1): 198-210.

[9]Bian L. Cochlear compression: effects of low-frequency biasing on quadratic distortion product otoacoustic emission [J]. The Journal of the Acoustical Society of America, 2004, 116(6):3559-3571.

[10]劉韻, 謝麗京, 劉永祥. 聽(tīng)力正常人畸變產(chǎn)物耳聲發(fā)射的幅值分析 [J]. 聽(tīng)力學(xué)及言語(yǔ)疾病雜志, 2003, 11: 47-47.

[11]石晶, 侯國(guó)屏, 趙偉. 線(xiàn)性調(diào)頻脈沖 (chirp) 信號(hào)掃頻 [J]. 測(cè)控技術(shù), 2003, 22: 11-13.

[12]Müller S, Massarani P. Transfer-function measurement with sweeps [J]. Journal of the Audio Engineering Society, 2001, 49:443-471.

[13]Stinson M R. The spatial distribution of sound pressure within scaled replicas of the human ear canal [J]. The Journal of the Acoustical Society of America, 1985, 78: 1596-1602.

[14]Siegel J, Hirohata E. Sound calibration and distortion product otoacoustic emissions at high frequencies [J]. Hearing Research,1994, 80: 146-152.

[15]Scheperle R A, Neely S T, Kopun J G, et al. Influence of in situ, sound-level calibration on distortion-product otoacoustic emission variability [J]. The Journal of the Acoustical Society of America, 2008, 124: 288-300.

[16]Chen S X. A new method of hearing loss screening using otoacoustic emissions evoked by swept tones [C]// 1st Annual IEEE Healthcare Innovation Conference of the IEEE EMBS Houston, Texas USA, 2012, 240-243.

[17]Martin G K, Probst R, Lonsbury M B L. Otoacoustic emissions in human ears: normative f indings [J]. Ear and Hearing, 1990,11: 106-120.

[18]Shaffer L A, Withnell R H, Dhar S, et al. Sources and mechanisms of DPOAE generation: implications for the prediction of auditory sensitivity [J]. Ear and Hearing, 2003, 24:367-379.