耳聲發(fā)射的基礎(chǔ)研究和展望

趙婷婷

(太原工業(yè)學(xué)院,山西太原 030008)

耳聲發(fā)射是聽覺生理學(xué)近些年來最重要的進(jìn)展之一。耳聲發(fā)射（Otoacoustic Emissions,OAE）是一種音頻能量，產(chǎn)生于耳蝸，經(jīng)過聽骨鏈及鼓膜傳導(dǎo)釋放入外耳道，是聽覺過程的一部分，是一種產(chǎn)生于外毛細(xì)胞（Out Hair Cell,OHC）的主動發(fā)聲，其頻率范圍在數(shù)百到數(shù)千赫茲之間，恰好在聲頻范圍內(nèi)，因而稱之為耳聲發(fā)射。其實質(zhì)是耳蝸內(nèi)機(jī)械震動能量經(jīng)聲音傳入內(nèi)耳的逆過程以空氣振動（聲音）的形式釋放出來。1978 年英國學(xué)者D.T.Kemp[1]首次發(fā)現(xiàn)耳具有主動發(fā)射聲波這一現(xiàn)象，從而，提出了耳蝸是一種雙向換能器：耳蝸可以將機(jī)械能即外界聲信號轉(zhuǎn)換成生物電信號傳入中樞神經(jīng)系統(tǒng)，引起聽覺；同時作為聽覺末稍感受器，也可以主動釋能,完成生物電到機(jī)械能的轉(zhuǎn)換。自從OAE 被發(fā)現(xiàn)以來,耳聲發(fā)射的產(chǎn)生機(jī)理研究就成為國際耳科與生理聲學(xué)的熱點問題，已經(jīng)成為很多醫(yī)院用來普查嬰幼兒聽力的基本方法[2]。

1 耳聲發(fā)射的機(jī)理

早期研究認(rèn)為,多種原因可導(dǎo)致的耳蝸內(nèi)的基底膜機(jī)械阻抗在某些部位“不均勻”,當(dāng)行波通過時,部分能量可在基底膜處發(fā)生折返,逆向傳向鐙骨底板,經(jīng)聽骨鏈、鼓膜傳入外耳道,從而形成耳聲發(fā)射[2]。后來研究認(rèn)為,由耳蝸外毛細(xì)胞產(chǎn)生的一種主動機(jī)械活動,能利用新陳代謝產(chǎn)生的能量產(chǎn)生微小振動,增強(qiáng)了聲刺激引起的耳蝸相應(yīng)結(jié)構(gòu)的振動,從而提高了聽覺靈敏度和頻率分辨率;同時,還有一部分新陳代謝產(chǎn)生的能量逆向傳向鐙骨底板,經(jīng)聽骨鏈、鼓膜傳入外耳道,形成耳聲發(fā)射[3]。還有研究認(rèn)為,OAE 是外毛細(xì)胞的非線性生物機(jī)構(gòu)放大過程的一種能量泄漏。外毛細(xì)胞的主要功能是感受生物電位并引起長度的變化,從而增強(qiáng)了聲刺激引發(fā)的基底膜運動,因而也增強(qiáng)了聲音對內(nèi)毛細(xì)胞(Endovascular cells)的刺激。外毛細(xì)胞的這種活動似乎對低刺激聲有更大的響應(yīng)。因此,外毛細(xì)胞極大地提高了聽覺的動態(tài)范圍[4],可認(rèn)為是一種生物力學(xué)的放大器。

目前,研究人員從不同的角度對耳聲發(fā)射產(chǎn)生的機(jī)制進(jìn)行了探討,對以下觀點基本上保持一致：耳聲發(fā)射，反映了耳蝸外毛細(xì)胞的功能狀態(tài),外毛細(xì)胞的損傷會導(dǎo)致OAE 幅度的降低或消失。

解剖學(xué)認(rèn)為，基底膜行波的運行呈雙向性，既可以由蝸底傳向蝸頂，也可反向傳回蝸底。由于基底膜機(jī)械阻抗的不均勻，當(dāng)行波通過時，其能量運行在這些部位受到阻礙，部分能量可由此處發(fā)生折返，逆向傳至鐙骨底板，經(jīng)聽骨鏈、鼓膜傳至外耳道而形成耳聲發(fā)射。

2 研究方法及內(nèi)容

由于OAE 信號非常微弱，因此在研究過程中要避免其淹沒在背景噪聲中,需要降低背景噪聲,提高信噪比,這樣才可能提取出耳聲發(fā)射信號的時域波形。因此可靠的提取、識別和分析OAE信號是應(yīng)用于臨床的前提。為此,常采用相干平均、數(shù)字濾波、設(shè)拒絕閾等方法[5]來提取OAE 信號的時域波形。一般情況下，研究人員會采用非線性差分平均和窗函數(shù)等方法[6]，來消除耳聲發(fā)射測量中的刺激偽跡。

1998 年，鄭玲等人[7]在介紹耳聲發(fā)射全耳模型的基礎(chǔ)上,利用連續(xù)小波分析法進(jìn)一步討論了瞬態(tài)誘發(fā)耳聲發(fā)射信號。他們分析了變換算法和基本小波的選擇,得出不同頻率成分與潛伏期的關(guān)系以及利用小波變換進(jìn)行耳蝸病變部分定位的可能性，并把仿真結(jié)果與臨床數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、比較,得到其概貌與趨勢基本一致。1999年，張文福等人提出來瞬態(tài)誘發(fā)耳聲發(fā)射的合成與分解，2010年Tiffany A.Johoson等人提出來DPOAE的刺激條件及其臨床測試效果研究[8]。

近年來，國內(nèi)外學(xué)者主要在耳聲發(fā)射的生理學(xué)與聲學(xué)基礎(chǔ)、臨床應(yīng)用、以及新型耳聲發(fā)射儀等方面開展了大量的研究工作，同時也取得很大的進(jìn)展。但是，目前耳聲發(fā)射的機(jī)理還沒有完全弄清楚，特別是從非線性聲學(xué)理論與方法來研究耳聲發(fā)射機(jī)理的工作開展的很少。清華大學(xué)及香港中文大學(xué)等人對耳蝸的非線性建立了一維傳輸線模型[9]，并得到結(jié)論：①有源性是研究瞬時誘發(fā)耳聲發(fā)射（T EOAE）及畸變產(chǎn)物耳聲發(fā)射（DPOAE）必須考慮的因素,但該有源性的形式尚待改進(jìn);②瞬時誘發(fā)耳聲發(fā)射及變調(diào)失真耳聲發(fā)射（DPOAE）的產(chǎn)生可歸結(jié)于相同的產(chǎn)生源。

耳聲發(fā)射監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)化問題已受到國際耳科學(xué)的重視，但也并未很好地解決。在測量技術(shù)方面，耳聲發(fā)射信號中噪聲干擾的消除及測試時間的縮短以及測量過程的自動化是其中最迫切的有待于解決的重要問題。傳統(tǒng)的直接FF 法，是所有提取算法的基礎(chǔ)，但局限性較大；累加平均法，通過對分塊的輸入信號進(jìn)行累加取平均值可得到較好信噪比的輸入信號；非線性差分平均法，可以有效去除大部分的偽跡干擾，但同時也濾除了部分的TEOAE信號，其適用性有待進(jìn)一步分析[10]。從應(yīng)用角度看，對耳蝸內(nèi)耗能的主動性機(jī)械活動的研究無疑是對治療系統(tǒng)研發(fā)與應(yīng)用提供重要的科學(xué)依據(jù)[11-12]。

3 臨床應(yīng)用

耳聲發(fā)射是一種音頻能量，可以對耳蝸外毛細(xì)胞的功能狀態(tài)進(jìn)行無損、客觀的反映,在臨床診斷和聽力篩查方面具有廣闊前景。耳聲發(fā)射的發(fā)現(xiàn)提供了一種新的檢測方法。很多醫(yī)院已把OAE 定為新生兒必做的常規(guī)檢查，而嚴(yán)重聽力障礙的早期發(fā)現(xiàn)有助于從感知、認(rèn)知教育上提早采取解救措施。通過耳聲發(fā)射，可以應(yīng)用于職業(yè)性及藥物性耳聾患者的長期跟蹤監(jiān)測、診斷、治療和預(yù)防等方面，可以鑒別偽聾、夸大聾等常見情況，在職業(yè)性聽力損傷診治中具有重要意義。耳鳴是耳科診斷中一種常見的臨床癥狀，當(dāng)前臨床上普遍采用耳聲發(fā)射來檢驗，取得了較為滿意的結(jié)果，可以通過固定頻率比，強(qiáng)度差誘發(fā)耳鳴形成，對耳蝸以及毛細(xì)胞功能加以反映，從而應(yīng)用于檢查因噪聲、窒息、阿司匹林等導(dǎo)致耳蝸功能受損的診斷技術(shù)，還可以應(yīng)用于入伍新兵進(jìn)行篩查、新生兒聽力普查中。耳聲發(fā)射是一項很有前景的指標(biāo)。

4 問題和展望

耳聲發(fā)射信號的發(fā)現(xiàn),在聽覺生理研究、聽覺疾病診斷以及新生兒聽力篩選等方面具有廣闊的應(yīng)用前景，但是耳聲發(fā)射產(chǎn)生機(jī)制仍待進(jìn)一步研究。OAE 信號目前也沒有很好的提取、識別和分析方法，這些都使得OAE 應(yīng)用于臨床存在一定的局限性，反復(fù)驗證原則已經(jīng)提出來40多年，說明不能基于單項臨床測試做出診斷。但是隨著研究的深入，一定會加快推進(jìn)耳聲發(fā)射在臨床應(yīng)用的發(fā)展。