人耳聽(tīng)力評(píng)測(cè)軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

龐劍飛，廖新華

1.中國(guó)人民解放軍第117醫(yī)院 醫(yī)學(xué)工程科，浙江 杭州 310013；2.中國(guó)人解放軍第三軍醫(yī)大學(xué) 生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院，重慶 400038

人耳聽(tīng)力評(píng)測(cè)軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

龐劍飛1，廖新華2

1.中國(guó)人民解放軍第117醫(yī)院 醫(yī)學(xué)工程科，浙江 杭州 310013；2.中國(guó)人解放軍第三軍醫(yī)大學(xué) 生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院，重慶 400038

本文闡述了一款人耳聽(tīng)力評(píng)測(cè)軟件的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)過(guò)程。該軟件主要由聽(tīng)力評(píng)測(cè)模塊與評(píng)測(cè)管理模塊組成，可在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行，并通過(guò)計(jì)算機(jī)產(chǎn)生評(píng)測(cè)信號(hào)、控制信號(hào)的強(qiáng)弱以及產(chǎn)生掩蔽，能夠較準(zhǔn)確地評(píng)估被評(píng)測(cè)者的聽(tīng)力狀況，還可配合氣導(dǎo)耳機(jī)或骨導(dǎo)耳機(jī)進(jìn)行氣導(dǎo)聽(tīng)閾或者骨導(dǎo)聽(tīng)閾的檢測(cè)，得到聽(tīng)閾曲線，并能夠通過(guò)產(chǎn)生不同頻率的純音評(píng)測(cè)受試者的聽(tīng)覺(jué)范圍。此外，應(yīng)用該軟件還能夠?qū)ΧQ患者進(jìn)行耳鳴的音調(diào)及響度匹配評(píng)測(cè)。實(shí)際評(píng)測(cè)結(jié)果表明，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了聽(tīng)力評(píng)測(cè)與評(píng)測(cè)結(jié)果的管理，具有較強(qiáng)的可行性與實(shí)用性。

聽(tīng)力評(píng)測(cè)；氣導(dǎo)聽(tīng)閾；骨導(dǎo)聽(tīng)閾；純音信號(hào)

0 前言

使被評(píng)測(cè)者可以對(duì)自身的聽(tīng)力狀況進(jìn)行評(píng)估與管理，有利于聽(tīng)力損失的早期發(fā)現(xiàn)。

據(jù)第二次全國(guó)殘疾人抽樣調(diào)查最新數(shù)據(jù)公報(bào)[1]顯示，中國(guó)聽(tīng)力殘疾人數(shù)已經(jīng)達(dá)到2004萬(wàn)人次，聽(tīng)力損失已經(jīng)嚴(yán)重影響了人們的學(xué)習(xí)、工作、生活，而聽(tīng)力損失的早期發(fā)現(xiàn)對(duì)于聽(tīng)力保護(hù)與治療具有重要意義。聽(tīng)力評(píng)測(cè)可確定受試者有無(wú)聽(tīng)力障礙、聽(tīng)力損失的程度、聽(tīng)力障礙的性質(zhì)或部位。臨床上用于聽(tīng)力評(píng)測(cè)的儀器主要有純音聽(tīng)力計(jì)，可確定人耳聽(tīng)覺(jué)頻率范圍的聽(tīng)敏度，從而準(zhǔn)確判定患者的聽(tīng)力狀況。目前進(jìn)行聽(tīng)力評(píng)測(cè)需評(píng)測(cè)者前往醫(yī)院等具有評(píng)測(cè)儀器的場(chǎng)所，但聽(tīng)力障礙的早期表現(xiàn)不明顯，許多人對(duì)此不夠重視，不能及時(shí)在聽(tīng)力損失早期進(jìn)行檢查、治療，最終導(dǎo)致聽(tīng)力損失達(dá)到較嚴(yán)重的地步，錯(cuò)失治療良機(jī)。此外，由于對(duì)被評(píng)測(cè)者不同時(shí)間的聽(tīng)力評(píng)測(cè)結(jié)果不能進(jìn)行統(tǒng)一管理，因此無(wú)法對(duì)其一定時(shí)間內(nèi)的聽(tīng)力狀況進(jìn)行分析。鑒于此，本研究設(shè)計(jì)了一款可以在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的聽(tīng)力評(píng)測(cè)軟件，

1 聽(tīng)力評(píng)測(cè)原理

人耳對(duì)聲音強(qiáng)弱的主觀感覺(jué)稱(chēng)為響度。一般來(lái)說(shuō)響度隨著聲強(qiáng)的增大而增加，但二者并不是簡(jiǎn)單的線性關(guān)系，還與頻率有關(guān)，當(dāng)不同頻率的聲波在人耳中引起相等的響度時(shí)，它們的聲強(qiáng)（或聲強(qiáng)級(jí)）并不相等[2-3]。以頻率為橫坐標(biāo)，聲強(qiáng)級(jí)為縱坐標(biāo)，可繪出不同頻率的聲音與1000 Hz的標(biāo)準(zhǔn)聲音等響時(shí)的聲強(qiáng)級(jí)與頻率的關(guān)系曲線即等響曲線。引起聽(tīng)覺(jué)的聲音在頻率（20～20000 Hz）和聲強(qiáng)上都有一定范圍，聲強(qiáng)必須達(dá)到某一數(shù)值才能引起人耳聽(tīng)覺(jué)，能引起聽(tīng)覺(jué)的最小聲強(qiáng)叫做聽(tīng)閾，聽(tīng)閾曲線即為響度級(jí)為0昉的等響曲線。純音測(cè)聽(tīng)檢查包括最基礎(chǔ)的骨導(dǎo)聽(tīng)閾評(píng)測(cè)和氣導(dǎo)聽(tīng)閾評(píng)測(cè)[4]兩個(gè)方面，即測(cè)聽(tīng)系統(tǒng)純音的給聲形式有兩種：氣導(dǎo)（AC）和骨導(dǎo)（BC）。評(píng)測(cè)信號(hào)經(jīng)耳機(jī)給聲，經(jīng)氣導(dǎo)途徑來(lái)檢測(cè)聽(tīng)力圖稱(chēng)為氣導(dǎo)純音測(cè)聽(tīng)法；評(píng)測(cè)信號(hào)經(jīng)骨振器給聲，經(jīng)骨導(dǎo)途徑來(lái)檢測(cè)聽(tīng)力圖稱(chēng)為骨導(dǎo)純音測(cè)聽(tīng)法。

2 軟件設(shè)計(jì)

聽(tīng)力評(píng)測(cè)軟件的結(jié)構(gòu)框圖，見(jiàn)圖1。該軟件主要分為聽(tīng)力評(píng)測(cè)與評(píng)測(cè)管理兩個(gè)模塊：聽(tīng)力評(píng)測(cè)模塊通過(guò)純音信號(hào)產(chǎn)生與掩蔽功能可實(shí)現(xiàn)氣導(dǎo)聽(tīng)閾測(cè)定、骨導(dǎo)聽(tīng)閾測(cè)定、聽(tīng)覺(jué)頻率范圍測(cè)定及耳鳴的音調(diào)及響度匹配測(cè)定等功能；評(píng)測(cè)管理模塊可實(shí)現(xiàn)用戶管理與結(jié)果查詢兩項(xiàng)功能；評(píng)測(cè)數(shù)據(jù)保存在本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)中，便于查詢。為實(shí)現(xiàn)上述功能，軟件首先需產(chǎn)生不同頻率的純音信號(hào)，且信號(hào)強(qiáng)度可調(diào)，調(diào)節(jié)范圍在0～120 dB；其次，為對(duì)被評(píng)測(cè)者的左右耳分別完成評(píng)測(cè)，信號(hào)聲道需單獨(dú)控制并能夠加入指定強(qiáng)度的掩蔽信號(hào)；第三，在軟件評(píng)測(cè)過(guò)程中能夠?qū)Ρ辉u(píng)測(cè)者進(jìn)行語(yǔ)音或文字提示，幫助其正確完成評(píng)測(cè)；最后，軟件應(yīng)在完成聽(tīng)力評(píng)測(cè)后對(duì)被評(píng)測(cè)者的評(píng)測(cè)結(jié)果進(jìn)行圖形化顯示、保存并給出初步結(jié)論與意見(jiàn)。

圖1 聽(tīng)力評(píng)測(cè)軟件的結(jié)構(gòu)框圖

臨床上，純音聽(tīng)力評(píng)測(cè)方法受到聽(tīng)力計(jì)的限制，聲強(qiáng)調(diào)節(jié)比較粗糙，為提高評(píng)測(cè)的準(zhǔn)確性，該軟件在確定某一頻率的聽(tīng)閾時(shí)增加了聲強(qiáng)調(diào)節(jié)范圍及精度（-100～100 dB）。

該軟件的聽(tīng)力大致評(píng)測(cè)流程，見(jiàn)圖2。評(píng)測(cè)開(kāi)始后，被評(píng)測(cè)者登錄系統(tǒng)，之后選擇評(píng)測(cè)項(xiàng)目，當(dāng)其熟悉評(píng)測(cè)內(nèi)容后，開(kāi)始進(jìn)行評(píng)測(cè)，評(píng)測(cè)完成后給出評(píng)測(cè)結(jié)果。其中，評(píng)測(cè)某一頻率的過(guò)程為：開(kāi)始評(píng)測(cè)時(shí)，受試者自主調(diào)節(jié)聲強(qiáng)，直至受試耳不再聽(tīng)到為止；反復(fù)評(píng)測(cè)3次，將3次測(cè)量的中位數(shù)確定為受試耳的聽(tīng)閾；繼續(xù)評(píng)測(cè)其他頻率。最后復(fù)測(cè)1000 Hz，若復(fù)測(cè)的結(jié)果與評(píng)測(cè)的結(jié)果相差＜5 dB，則可進(jìn)行另一耳的評(píng)測(cè)，否則需要進(jìn)行重測(cè)。

圖2 軟件聽(tīng)力大致評(píng)測(cè)流程圖

3 模塊實(shí)現(xiàn)

評(píng)測(cè)軟件采用Microsoft Visual Studio2008 C#開(kāi)發(fā)工具設(shè)計(jì)，運(yùn)行在.NET Framework3.5平臺(tái)；采用Matlab編寫(xiě)生成純音信號(hào)的函數(shù)文件，將其編譯為動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)（DLL）文件，以供C#調(diào)用；數(shù)據(jù)庫(kù)采用Access實(shí)現(xiàn)。

3.1 評(píng)測(cè)信號(hào)的合成

由于在評(píng)測(cè)過(guò)程中需要播放不同頻率、不同強(qiáng)度的純音信號(hào)，因此需在評(píng)測(cè)時(shí)合成對(duì)應(yīng)的純音信號(hào)，本文利用Matlab合成語(yǔ)音信號(hào)。其中，50 Hz時(shí)域信號(hào)及其頻譜分析結(jié)果，見(jiàn)圖3～4，核心代碼如下：

Fs=48100；％采樣

bits=16；

duration=5；％時(shí)長(zhǎng)

f=50；％純音信號(hào)頻率

t=0：duration/（fs*duration）：duration；％生成時(shí)間序列

y=sin（2*pi*f*t）；％生成純音信號(hào)

sound（y,fs,bits）％播放。

圖3 50 Hz純音信號(hào)時(shí)域波形

圖4 50 Hz純音信號(hào)頻譜分析結(jié)果

3.2 掩蔽

掩蔽是指某一個(gè)頻率的聽(tīng)閾因另一個(gè)掩蔽聲音的存在而上升的現(xiàn)象，可能導(dǎo)致評(píng)測(cè)結(jié)果不準(zhǔn)確。當(dāng)有掩蔽現(xiàn)象時(shí)應(yīng)通過(guò)掩蔽法評(píng)測(cè)純音聽(tīng)力。掩蔽法[5]即在對(duì)側(cè)耳使用聲音使其聽(tīng)覺(jué)感受器忙于應(yīng)付而無(wú)法接受來(lái)自被測(cè)一側(cè)的聲音信號(hào)。使用掩蔽法評(píng)測(cè)聽(tīng)力時(shí)應(yīng)考慮兩側(cè)氣導(dǎo)聽(tīng)閾的差別、患者的聽(tīng)力水平等，一般情況下兩側(cè)氣導(dǎo)聽(tīng)閾相差≥40 dB或雙耳骨導(dǎo)聽(tīng)閾值相差≥15 dB時(shí)在評(píng)測(cè)聽(tīng)力較差耳時(shí)考慮給以窄帶噪聲掩蔽。

產(chǎn)生掩蔽的信號(hào)一般采用窄帶噪聲，在對(duì)單側(cè)耳進(jìn)行評(píng)測(cè)時(shí)，可選擇是否在對(duì)側(cè)耳進(jìn)行掩蔽，產(chǎn)生窄帶噪聲的Matlab核心代碼如下：

Y=wgn（1,length（t）,5）；％產(chǎn)生5 dBW的高斯白噪聲

h=fdesign.bandpass（Fstop1, Fpass1, Fpass2, Fstop2, Astop1, Apass, Astop2, Fs）；％設(shè)計(jì)帶通濾波器

Hd=design（h, 'butter', 'MatchExactly', match）；y=filter（Hd,Y）；％生成窄帶噪聲。

3.3 氣導(dǎo)聽(tīng)閾和骨導(dǎo)聽(tīng)閾測(cè)定

依據(jù)臨床純音聽(tīng)力的檢測(cè)方法，可通過(guò)佩戴氣導(dǎo)耳機(jī)或骨導(dǎo)耳機(jī)對(duì)評(píng)測(cè)者特定頻率的聽(tīng)敏度進(jìn)行評(píng)測(cè)，繪制聽(tīng)力曲線，以此來(lái)評(píng)估評(píng)測(cè)者的聽(tīng)力水平。

在被評(píng)測(cè)者熟悉實(shí)驗(yàn)后，將1000 Hz的評(píng)測(cè)音（強(qiáng)度40 dB）給予被試耳，當(dāng)被評(píng)測(cè)者聽(tīng)到聲音并能正確做出反應(yīng)后，即可進(jìn)行正式評(píng)測(cè)。

氣導(dǎo)聽(tīng)閾閾值測(cè)定涉及整個(gè)聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)，包括傳導(dǎo)部分的外耳及中耳、感音神經(jīng)部分的耳蝸及聽(tīng)神經(jīng)功能的完整性，是聽(tīng)力學(xué)評(píng)定的最基本部分。臨床上測(cè)聽(tīng)頻率的順序?yàn)椋?000、2000、4000、8000、250、500、1000 Hz，若相鄰頻率之間的閾值超過(guò)15 dB，則應(yīng)補(bǔ)測(cè)中間頻率（3000、6000 Hz），一般先測(cè)較佳耳或健耳，若兩次1000 Hz閾值差別≥5 dB，則應(yīng)重新進(jìn)行評(píng)測(cè)，如兩個(gè)倍頻頻率的閾值相差≥20 dB，則應(yīng)做半倍頻頻率閾值測(cè)定。給聲時(shí)間持續(xù)1～2 s，間隔時(shí)間不短于給聲時(shí)間，且給聲時(shí)間及間隔時(shí)間不規(guī)則。具體評(píng)測(cè)流程圖，見(jiàn)圖5。

圖5 聽(tīng)力具體評(píng)測(cè)流程圖

骨導(dǎo)聽(tīng)閾評(píng)測(cè)的目的是直接了解耳蝸的聽(tīng)敏度，使用刺激聲繞過(guò)外耳及中耳直接作用于耳蝸，從而與氣導(dǎo)閾值進(jìn)行比較，以確定聽(tīng)力損失類(lèi)型。評(píng)測(cè)頻率通常僅作250～4000 Hz倍頻，評(píng)測(cè)順序?yàn)?000、2000、4000、500、1000 Hz。首先評(píng)測(cè)氣導(dǎo)閾較佳耳，采用與氣導(dǎo)聽(tīng)閾相同的評(píng)測(cè)手法及步驟，分別在不加掩蔽噪聲和加掩蔽噪聲情況下測(cè)出各頻率的骨導(dǎo)聽(tīng)閾。

3.4 聽(tīng)覺(jué)頻率范圍測(cè)定

不同人的聽(tīng)敏度不同，通過(guò)檢測(cè)被評(píng)測(cè)者對(duì)不同頻率的響應(yīng)，可以得到其聽(tīng)覺(jué)頻率范圍。

3.5 耳鳴的音調(diào)及響度匹配

首先測(cè)出被評(píng)測(cè)者的純音聽(tīng)力聽(tīng)閾曲線，然后向耳鳴側(cè)或?qū)?cè)耳發(fā)出聽(tīng)閾上10 dB的純音，先從1000 Hz開(kāi)始，令被評(píng)測(cè)者比較此純音音調(diào)及耳鳴音調(diào)，若評(píng)測(cè)音調(diào)高于耳鳴音調(diào)，則減低純音頻率；反之，則增高純音頻率至被評(píng)測(cè)者感到純音音調(diào)與對(duì)側(cè)耳的耳鳴音調(diào)相同或相似時(shí)，則確定此純音音調(diào)即為病人耳鳴的主調(diào)。

耳鳴的響度評(píng)測(cè)是在確定耳鳴音調(diào)后，在同側(cè)或?qū)?cè)給予該頻率的純音強(qiáng)度，從聽(tīng)閾值上下反復(fù)進(jìn)行評(píng)測(cè)，選擇相應(yīng)響度閾值，找到最匹配的響度。

3.6 聽(tīng)力評(píng)價(jià)

世界衛(wèi)生組織（WHO）采用500、1000、2000 Hz這3個(gè)頻率點(diǎn)聽(tīng)力損失的平均值，作為劃分聽(tīng)力下降等級(jí)的依據(jù)[6]（表1）。評(píng)測(cè)結(jié)束后繪制被評(píng)測(cè)者左右耳氣導(dǎo)或骨導(dǎo)聽(tīng)閾曲線，對(duì)結(jié)果進(jìn)行歸一化處理分析，給出聽(tīng)力等級(jí)以及健康建議。

表1 聽(tīng)力損失分級(jí)

3.7 評(píng)測(cè)管理

該模塊包括用戶管理與結(jié)果查詢兩部分。用戶管理包括個(gè)人信息的修改與保存、賬號(hào)密碼修改等功能。被評(píng)測(cè)者的評(píng)測(cè)結(jié)果保存于數(shù)據(jù)庫(kù)中，可通過(guò)被評(píng)測(cè)者的ID號(hào)，將其不同時(shí)間的評(píng)測(cè)結(jié)果進(jìn)行關(guān)聯(lián)，便于了解其一段時(shí)間內(nèi)的聽(tīng)力狀況。

4 應(yīng)用效果

聽(tīng)力評(píng)測(cè)軟件利用數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)與數(shù)字信號(hào)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了聽(tīng)力評(píng)測(cè)的自動(dòng)化；被評(píng)測(cè)者可在計(jì)算機(jī)上完成對(duì)自身聽(tīng)力水平的評(píng)測(cè)，操作方便、簡(jiǎn)單；且通過(guò)建立評(píng)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)了評(píng)測(cè)結(jié)果的保存與查詢。

對(duì)某健康男性志愿者（24周歲）在安靜環(huán)境下進(jìn)行評(píng)測(cè)，其左耳的聽(tīng)閾曲線見(jiàn)圖6。從評(píng)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)看，該志愿者的聽(tīng)覺(jué)頻率范圍正常，各頻率聽(tīng)閾在30 dB左右，聽(tīng)閾稍偏高，可能與評(píng)測(cè)環(huán)境、耳機(jī)音質(zhì)等因素有關(guān)[7-8]，可通過(guò)與專(zhuān)業(yè)聽(tīng)力評(píng)測(cè)設(shè)備進(jìn)行比對(duì)校準(zhǔn)。聽(tīng)力評(píng)測(cè)的準(zhǔn)確性受到環(huán)境噪聲的影響，評(píng)測(cè)時(shí)應(yīng)選擇安靜的場(chǎng)所進(jìn)行，整個(gè)評(píng)測(cè)時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)（≤20 min）。

圖6 某志愿者左耳氣導(dǎo)聽(tīng)閾曲線

5 討論

本文利用信號(hào)處理與數(shù)控庫(kù)等技術(shù)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了人耳聽(tīng)力評(píng)測(cè)軟件。實(shí)際評(píng)測(cè)結(jié)果表明，該評(píng)測(cè)軟件有一定的實(shí)用性，在個(gè)人聽(tīng)力評(píng)測(cè)方面具有較大的應(yīng)用前景。應(yīng)用該軟件可進(jìn)行聽(tīng)閾、聽(tīng)覺(jué)范圍及耳鳴響度匹配的評(píng)測(cè)，使被評(píng)測(cè)者能自主評(píng)估自身的聽(tīng)力水平，對(duì)聽(tīng)力損失進(jìn)行鑒別；且評(píng)測(cè)結(jié)果可保存于數(shù)據(jù)庫(kù)中，便于被評(píng)測(cè)者了解自己的聽(tīng)力狀況。與傳統(tǒng)的聽(tīng)視力評(píng)測(cè)方法相比，該軟件具有智能化、成本低、實(shí)用性強(qiáng)等特點(diǎn)；且測(cè)量過(guò)程自動(dòng)化，易于操作，被評(píng)測(cè)者能夠獨(dú)立完成，評(píng)測(cè)地點(diǎn)不受限制。但在聽(tīng)力評(píng)價(jià)方面，該軟件目前僅能給出聽(tīng)力損失等級(jí)，下一步研究準(zhǔn)備進(jìn)一步增加評(píng)價(jià)內(nèi)容，給出針對(duì)性的聽(tīng)覺(jué)健康指導(dǎo)意見(jiàn)，以幫助被評(píng)測(cè)者更好地保護(hù)自身聽(tīng)力；另外，評(píng)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性易受噪聲影響，下一步將通過(guò)開(kāi)發(fā)對(duì)應(yīng)的算法來(lái)降低或消除噪聲的影響，保證評(píng)測(cè)的穩(wěn)定性。

[1]薛靜．第二次全國(guó)殘疾人抽樣調(diào)查最新數(shù)據(jù)公報(bào)[J]．中國(guó)聽(tīng)力語(yǔ)言康復(fù)科學(xué)雜志,2007,20（1）：38．

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Design and Imp lementation of a Hearing Test Software

PANG Jian-fei1, LIAO Xin-hua2
1.Department of Medical Engineering, the 117thHospital of PLA, Hangzhou Zhejiang 310013, China；2.Institute of Biomedical Engineering, Third M ilitary Medical University, Chongqing 400038, China

A software for hearing test and results management has been designed and introduced in this paper, which can been run on the PC machine. An accurate evaluation of hearing can be got by generating test signal, controlling signal strength and masking. The air conduction threshold or bone conduction threshold is detected by using AC earphone or BC earphone and the threshold audiogram is obtained at the same time. The auditory range is tested by generating pure tone w ith different frequency. The pitch and loudness of tinnitus are matched for patients w ith tinnitus. The test result proves that the scheme is feasible and practical.

hearing test；air conduction threshold；bone conduction threshold；pure tone signal

R764.04；TP31

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2015.10.010

1674-1633（2015）10-0037-04

2015-01-14

2015-01-28

廖新華，教授。

通訊作者郵箱：xhLiao@tmmu．edu．cn