（生物医学工程专业论文）瞬态诱发耳声发射信号特性的研究.pdf

r e s e a r c ho nt h ec h a r a c t e r i s t l c o ft r a n s i e n t e v o k e do t o a c o u s t i c e m i s s i o n s a b s t r a c t o t o a c o u s t i ce m i s s i o n s ( o a e s ) i so n eo ft h em o s ti m p o r t a n tp h y s i o l o g i c a la c o u s t i cs i g n a l s o fh u m a nb e i n g ，a n di ti sa l s oo nt h ee d g eo fm o d e mh e a r i n gp h y s i o l o g i c a la c o u s t i c s t h e r e a r ee x t e n s i v es t u d i e so nt h eg e n e r a t i o na n dt r a n s m i s s i o nm e c h a n i s mo fo a e sa n d t h e r e l a t i o n sb e t w e e no a e sa n dp h y s i o l o g ya n dp a t h o l o g yo fc o c h l e ai nt h ea r e ao fm o d e m h e a r i n gp h y s i o l o g i c a la c o u s t i c s i nt h ep a p e r ，i no r d e rt oo b t a i nan e w p r o c e s s i n gm e t h o do f t h eo a e s ，e x t r a c tm o r ei n f o r m a t i o n ，d i s c u s st h eq u a n t i t a t i v er e l a t i o n sb e t w e e no a e sa n d p h y s i o l o g ya n dp a t h o l o g yo f c o c h l e a w es t u d yt h eo a e se x t e n s i v e l ya n ds y s t e m i c a l l yw i t h t h eg e n e r a l i z e dt i m e f r e q u e n c ya n a l y s i s w a v e l e tt r a n s f o r i l la n df r a c t a lt h e o r ye t c i nc h a p t e r1 ，w ec o m p r e h e n s i v e l yr e v i e wt h er e c e n ta d v a n c e so nt h es t u d ya n dc l i n i c a p p l i c a t i o no f0 a e s a n d p r e s e n tp r o b l e m si nc l i n i ca p p l i c a t i o n i nc h a p t e r2 ，w ee s t a b l i s ham e a s u r e m e n ts y s t e mo f t r a n s i e n te v o k e do t o a c o u s t i ce m i s s i o n s f t e o a z s ) a n di n t r o d u c et h ep r i n c i p l ea n dm e t h o do f t h em e a s u r e m e n t i nd e t a i l s i n c h a p t e r3 ，w er e v i e wg e n e r a l i z e dt i m e f r e q u e n c ya n a l y s i s m e t h o da n da n a l y z et h e c h a r a c t e r i s t i c so ft h e s em e t h o d s l n c h a p t e r4 、w ec a l c u l a t er e s p e c t i v e l y t h e w i g n e rd i s t r i b u t i o n a n dm o d i f i e dw i g n e r d i s t r i b u t i o no fa ns i m u l a t e dt r a n s i e n te v o k e do a e sf r o mt h e s er e s u l t s w ec o n c l u d et h a t c o n e k e r n e l d i s t r i b u t i o n ( e n d ) a n dt h ec o m p o u n d k e r n e ld i s t r i b u t i o n ( c d ) a r e m o r e e f f e c t i v et oc a l c u l a t et h et i m e f r e q u e n c yr e p r e s e n t a t i o no ft e o a e st h a no t h e r sw ea l s o c a l c u l a t et h ec k do ft h ec l i c ke v o k e do a e s ( c e o a e s ) a n dt o n e b u r s te v o k e do a e s f t b o a e s ) 厅o mn o r m a 】e a r sw ed e s c r i b et h e r e s p e c t i v e c h a r a c t e r i s t i co ft h e s et i m e f r e q u e n c yd i s t r i b u t i o n sa n da n a l y z et h e i rr e l a t i o nb e t w e e nc e o a e s a n dt e o a e sf i n a l l y , w ec o n c l u d es o m e i m p o r t a n tr e s u l t s i n c h a p t e r5 ，t a k i n gt e o a e sa s ar e s e a r c ho b j e c t i v e ，w e c a l c u l a t e r e s p e c t i v e l y t h e c o r r e l a t i o nc o e 币c i e n t sb e t w e e nt h et w ot e o a e sf r o md i f i e r e n ti n d i v i d u a le a r s r i g h ta n d l e f te a r s a n dd i f i e r e n ts t i m u l ii n t e n s i t i e st h er e s u l t ss h o wt h a tt h ec o r r e l a t i o ni sd i f i e r e n ti n t h et h r e es i t u a t i o n s 、t h ea v e r a g ev a l u e so ft h e i rc o r r e l a t i o nc o e f f i c i e n t sa r e013 o3 3 07 6 w ec a l c u l a t et h ec k do f t h ec e o a e so f t h e r i g h ta n d1 e f te a r sw i t hn o r m a le a r sb yc o m p u t e r a n d s p e c i a ls o f t w a r e ，t h e n d i s c u s sa n d a n a l y z et h e c h a r a c t e r i s t i ca n dr e l a t i o no ft h e s e d i s t r i b u t i o n sa n df i n a l l yc o n c l u d et h a tt h et w oe a r so fas i n g l es u b j e c tw i t hn o r m a lh e a r i n g t e n dt os h o ws i m i l a rc e o a e sw i t hr e s p e c tt ow a v e f o r m n u m b e ro fd o m i n a n t e m i s s i o n f r e q u e n c i e s ，d u r a t i o n 】n c h a p t e r6 ，a c c o r d i n gt ot h ep r o p e r t yo fw a v e l e tt r a n s f o r mw i t h “e l e c t r o nm i c r o s c o p e ”、i t c o r r e s p o n d sw i t ht h ep r o c e s s i n ga u d i t i o ni n f o r m a t i o no fh u m a nb e i n g t h et i m ea n ds c a l e r e s o l u t i o no fc e r t a i nm o t h e rw a v e l e t sw e r ec o m p a r e d ，t h eb e s tm o t h e rw a v e l e ts u i t e df o r a n a l y z i n go a e ss i g n a l sw a sf o u n d e d ，t h e nt h ea p p r o x i m a t e1 i n e a rr e l a t i o n s h i pb e t w e e n l a t e n c ya n ds c a l ei s o b t a i n e da st h er e s u l to fn o n l i n e a rd y n a m i c sm e c h a n i s mo fc o c h l e a 、 o a e si st h ee n e 唱yl e a ko ft h en o n l i n e a r b i o l o g i c a lo r g a no f o u t e rh a i rc e l l si nt h ep r o c e s so f a m p l i f y i n g i nt h et h e s i sf a c t a lt h e o r yw a sa p p l i e dt ot h em o r p h o l o g i cr e s e a r c ho fo a e s a n dt h es i g n a lw a sa n a l y z e db y u s i n gf a c t a ld i m e n s i o nb a s e do nm a t h e m a t i c a lm o r p h o l o g y t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l ts h o w e dt h a to a e s h a dg o o df r a c t a ic h a r a t e r s t h em a i nw o r k so f t h i ss t u d ya r e ： 1 - w e s y s t e m a t i c a l l y c a l c u l a t e w i g n e rd i s t r i b u t i o n a n dm o d i f i e d w i g n e rd i s t r i b u t i o n o f 】i l 1 f s i m u l a t e dt e o a e s a n dc o n c l u d et h a tt h ec k d i st h eb e s to n es u i t e df o ra n a l y z i n gt e o a e s s i g n a l sa m o n g s e v e r a lt i m e f r e q u e n c yd i s t r i b u t i o n s ，t h e nc a l c u l a t et h ec k d s o ft w ot e o a e s a n dd e s c r i b et h ec h a r a c t e r i s t i co ft h e s et i m e f r e q u e n c yd i s t r i b u t i o n s w ec o n c l u d e s o m e i m p o r t a n tr e s u l t s 2b vc a l c u l a t i n gt h ec k d so ft h ec e o a e s ，w ed i s c u s sa n da n a l y z ec h a r a c t e r i s t i c sa n d c o r r e l a t i o no ft h ec e o a e sf r o mt h el e f ta n dr i g h te a r so ft h es a m ei n d i v i d u a lf i n a l l y , w e c o n c l u d et h a tt h e ys h o ws i m i i a rc e o a e sw i t hr e s p e c tt ow a v e f o r m 、n u m b e ro fd o m i n a n t - e m i s s i o nf r e q u e n c i e s ，d u r a t i o n 3t 3 ya p p l y i n gf r a c t a l t h e o r y , w es t u d yt h ec h a r a c t e r i s t i c so fo a e s t h e nt h es i g n a l w a s a n a l y z e db yu s i n gf r a c t a ld i m e n s i o nb a s e do i lm a t h e m a t i c a lm o r p h o l o g y t h er e s u l ts h o w e d t h a t0 a e sh a dg o o df r a c t a lc h a r a c t e r s k e yw o r d s ：o a e s ，s i g n a lp r o c e s s i n g ，w a v e l e tt r a n s f o r m ，f r a c t a l ，t i m e f r e q u e n c ya n a l y s i s 上海交通大学博士后研究工作报告 1 1 1 引言 现代医学很早就认识到人体感受器可将各种外界刺激( 如冷、热、触压、声、光、 电、化学等) 转化为电生理现象一神经冲动，神经冲动经特定通路传至大脑皮层响应区 域即引起各种感觉( 痛、温、触、压、视、听、味、嗅等) 。耳科学一直认为耳蜗是机 械生物电换能器，“被动”地对外界声刺激发生反应，将经过外耳、中耳滤波处理过 的声刺激振动能量转换为生物电能，形成神经冲动沿听觉传导径路向中枢传导，投射到 颞叶听皮层，引起听觉。这里的“被动”是指耳蜗仅负责将振动机械过程转化为有一定 对应关系的神经放电现象，而未通过耗能的生理活动作用于转化前的机械过程，使之发 生变化。然而，耳科学也同时注意到了人类听觉的惊人效率。在1 0 0 0 h z 频率，人耳可 以听到引起鼓膜振动幅度仅相当质子直径大小的声音，可分辨出相差不到1 k z 的两个音 调，可接受相差_ 2 0 d b ( 1 0 0 万倍) 的声音。听觉这样高的灵敏度，这样精细的分辨率和 如此之大动态范围，一直是听生理学的研究对象。该领域的注意力曾主要集中在中枢听 觉生理上，希望从神经活动中找到听觉高效率的机理。然而，听觉神经活动主要是听觉 信息的二次加工过程，其最终结果无疑要受到初始信号( 机械振动的过程) 的影响。因 此，有些学者联想到听觉的高效性仅靠一个“被动”工作的转换器一耳蜗提供初始信号 似乎是无法完成的，于是一些耳科学工作者把注意力又转向曾被认为已经研究很透彻的 耳蜗。 早在5 0 年前，g o i d ( 1 9 4 8 ) 首次从理论上提出耳蜗内可能存在一个耗能的主动生理 机械过程，这过程有助于使耳蜗调谐变得更加精细。1 9 6 0 年b e k e s y 通过实验提出 了耳蜗基底膜振动的行波学说。该学说指出了不同频率的振动在基底膜上有各自相应的 调谐点，即耳蜗内存在着机械调谐过程。尽管这一机制十分粗糙，但它毕竟使人们认识 到耳蜗内的活动不仅仅是一个简单的换能过程，在机械运动的水平上己开始了对听觉信 号的加工。1 9 7 1 年r h o d e 报告了基底膜运动的非线性特点。由于理论上r h o d e 实验中 使用的声刺激强度不会引起一个被动系统产生非线性反应，故其观察到的耳蜗的非线性 反应意味着其活动中有被动机制以外的其他机制的参与，较清楚地提示其运动并非一简 单的被动过程。这些发现使对耳蜗的研究逐步深入，但由于当时科技水平及实验手段所 限，未能为耳蜗内存在主动活动提供直接的证据。 1 9 7 8 年，基于在基底膜机械阻抗“不均匀”时行波能量会折返，经中耳回到外耳的 设想，英国学者k e m p 用耳机微音器组合探头，记录人外耳道声场在受到刺激后的变 化情况”。k e m p 使用短声作为瞬态声刺激信号，所记录到的耳道声场信号中除迅速衰 减的刺激信号外，还有一延迟数毫秒才出现，持续十余毫秒以上的音频信号，在排除了 其他可能之后，k e m p 认为这一信号是由耳蜗耗能的主动活动所产生，早期称之为k e m d 黪瓣鬻麟 蕊溅瑟糕 2 第一章绪论 回声，现在一般称为耳声发射( o t o a c o u s t i ce m i s s i o n s ，o a e s ) 。由于耳声发射是一种机 械能量的发射( 或称 世露”) ，而从其强度和潜伏期来看，这一机械能量显然不是来 源于刺激信号，因而它一定是来自耳蜗内部的一个耗能过程。耳声发射的发现为耳蜗内 的主动机制的存在提供了直接证据，从而促使刘耳蜗功能的认识发生了根本性变化，为 听生理研究提供了全新的概念和研究方向。它的发现是现代昕生理学的重要突破之一， 已引起众多耳科学者的重视。 世界声学界的权威刊物“美国声学学报”( j o u r n a l o f t h ea c o u s t i cs o c i e t yo f a m e r i c a ) 1 9 9 2 年把耳声发射列为声学研究中最值得报道的新进展之一”1 。一般认为耳声发射和听 觉诱发响应将成为临床上测试听力的两项最基本的、无损且客观的手段，前者用于评价 外周听觉系统，后者主要用于评价听觉神经通路。 1 1 1 y f 声发射的产生机制 自从o a e s 被首次发现以来，它的产生机理一致是人们研究的重点。各国学者对此 观点并不致，大致有以下几种： ( 1 ) 早期研究认为，耳蜗内的基底膜可由于很多原因而导致其机械阻抗在某些部位 “不均匀”，当行波通过时，部分能量可由该处发生折返，逆向传向镫骨底板，经听骨 链、鼓膜传入外耳道。形成耳声发射。造成基底膜机械阻抗“不均匀”的原因很多，可 以是解剖上的，也可以是功能上的，这种观点有一定的相位上或潜伏期上的证据”“。 ( 2 ) 后来研究认为，在耳蜗的柯替氏器( o r g a no fc o r t i ) 内，更确切说是外毛细胞 ( o u t e rh a i rc e l l ，o h c ) ，存在一种主动机械活动，能够利用新陈代谢产生的能量产生微小 振动，增强了声刺激引起的耳蜗相应结构的振动，从而提高了听觉灵敏度和频率分辨 率；同时，还有一部分能量逆向传向镫骨底板，经听骨链、鼓膜传入外耳道，形成耳声 发剿。 ( ： ) 还有的t i ) f 究认为，o a e 是外毛细胞的非线性生物机构放大过程的一种能量泄 漏。在耳蜗的柯替氏器内有听觉感音细胞：内毛细胞和外毛细胞。内毛细胞有大量的传 入神经支配，因而主观感受；外毛细胞有很少的传入神经，但有大量的传出神经支配， 因而提示了外毛细胞更具有运动的功能，即电动性( e l e c t r o m o t i l e ) 。离体实验表明，对外 毛细胞施加一个音频的刺激电位，会引起其长度的变化，因而认为( 虽然细节还不十分 清除) ，外毛细胞的主要功能是感受生物电位并引起长度的变化，增强了声刺激引发的 基底膜运动，因而也增强了声音对内毛细胞的刺激。外毛细胞的这种活动似乎对低刺激 声有更大的影响。因此，外毛细胞可认为是一种生物力学的放大器，极大地提高了听觉 的动态范围。若外毛细胞电动性降低，将导致听力的损失，同时也将导致o a e 幅度的 降低或消失”。 | 前，对耳声发射产生机理的研究还处于探索阶段，上述观点分别从不同的角度对 其进行j 探讨。虽然还未最后定论，但基本上一致认为，o a e 是由耳蜗外毛细胞产生 的，赢接反映了耳蜗外毛细胞的功能状态，外毛细胞的损伤会导致o a e 幅度的下降或 上海交通大学博士后研究工作报告 3 消失。至于耳声发射的内耳的产生过程以及受神经支配的情况，尚不明确。随着对o a e 产生机理的进一步揭示，也必然会推动o a e 临床应用的发展。 1 1 2 耳声发射的临床应用 耳声发射的发现，对基础医学和临床医学都具有重要意义。在听觉生理研究、听觉 疾病诊断以及新生儿听力筛选等方面具有广阔的应用前景。 一、听觉生理研究 耳声发射使人们认识到耳蜗不仅具有被动地感受声刺激产生听觉功能，同时还存在 着主动释能过程，从而对听觉产生的生理过程提出了新的观点，并尝试把它同听觉的高 度灵敏性、良好的频率分辨力及超常的动态范围联系起来。相信随着对耳声发射的深入 研究和进一步的认识，耳声发射作为一种新途径、新线索对听觉生理的进一步研究将提 供新的思路与手段。 二、听觉疾病诊断 由于耳声发射直接反映了耳蜗外毛细胞的功能状态，对多种听力损伤因素较为敏 感，同时具有检测客观、快速、无损等特点，因此研究耳声发射对建立新的诊断听觉疾 病的方法具有重要意义。主要有以下几个方面： ( 1 ) 内耳功能检测：很多听力损失是由于直接损伤了外毛细胞，或是损伤了对外 毛细胞正常功能所依赖的内耳的其他部分，使外毛细胞的电动性降低，进而导致了耳声 发射的降低或消失，因而耳声发射与耳蜗的功能状态密切相关。耳声发射的存在说明了 作为神经前感受器的耳蜗能够以正常的方式感受声音的刺激，耳声发射的降低或消失则 表明耳蜗功能的异常，因此耳声发射提供了快速无损地检测耳蜗功能状态的手段“。在 对外毛细胞可能产生损害的场合，耳声发射可以作为一种监护手段，监测损害是否发生 以及损害程度。需要进行监护的人员通常有以下几种： ( a ) 急救情况下施用了耳毒性药物的病人。由于耳毒性药物损伤的主要是耳蜗内的 外毛细胞”1 ，因此通过耳声发射能够及时了解施用药物后外毛细胞的情况，可避免药物 对其产生不可恢复的损害。 ( b ) 正在进行听神经肿瘤切除的病人。由于耳声发射是受听传出神经控制的，因此 通过耳声发射来及时了解听神经状况，以避免在肿瘤切除的同时损伤听神经。 ( c ) 工作在强噪声环境下的特殊职业的人。由于强噪声损害的主要是耳蜗中的毛细 胞，因此通过耳声发射可及时了解噪声对毛细胞的影响，以便及时采取措施，避免由于 强噪声而引起耳聋。 ( 2 ) 蜗后病变检测：耳声发射检测可能有助于蜗后病变的鉴别诊断。如果某种听 力损伤没有导致耳声发射的降低或消失，可能是由于蜗后病变引起的。另外，由于对侧 声刺激能导致耳声发射幅度的降低和相位的改变，这种影响被认为受传出神经控制，因 而检测这种控制作用的有无可用来检查神经通路的完整性。因此，耳声发射可为蜗后病 变的鉴别诊断提供一定的参考信息1 。 4第一章绪论 ( 3 ) 客观听力检测：耳声发射有助于对听闽进行推断。随着听力损失的严重，耳 声发射幅值随之降低“。般情况1 - ，当主观听闽火1 二2 0 3 0 d b h l 时，耳声发射基本 消失，、刍i 观听闽等1 j 或小于l 5 d b h ln q ，便可以记录到耳声发射，因此耳声发射有助 于对听闽进行推断”1 。 另外，耳声发射还可用来判断病耳的矿常听力区域”“。耳声发剩信号的频率分布与 听力图中1 1 j 7 7 , s 正常- 与1 7 7 力损失的频率范有一定的关系，在听力正常的频率区域，耳声 发射可由短刺激声很好地诱发，对听力损失的频率区域，耳声发射也随之消失，因而可 f h 来判断病耳的听力状况。 耳卢发射在临床诊断方面具有很广阔的前景，但目前仍处于探索阶段，要真正应用 到实际临床中，还需要大量及深入的研究：【作。 三、新生儿听力筛选 新生儿听力筛选是耳声发射最重要且最具有前景的临床应用。由于大多数的先天性 耳聋足由于外毛细胞异常引起的，因而耳声发射可以用来进行听力筛选。由于测量听觉 脑干诱发电位( a b r ) 方法时间长且费用高，而行为测听法假阳性率较高，因此一般可 先进行耳声发射( o a e s ) 初筛，对那些初筛时怀疑耳聋的新生儿再进行a b r 检查“1 。 在美国及欧洲的一些国家耳声发射作为新生儿听力筛选的手段已经应用于临床检查。 1 2 耳声发射的定义、分类及特点 1 2 1 耳声发射的定义 k e m p ( 1 9 8 6 ) g 寸耳声发射做了如下定义：耳声发射是一种产生于耳蜗，经听骨链及鼓 膜传导释放入外耳道的音频能量。 耳声发射以机械振动的形式起源于耳蜗。经大量研究，目前多数学者认为这种振动 能量来自外毛细胞，其活动通过种种联系使基底膜( b m ) 发生各种形式的振动。这种振 动在内耳淋巴中以压力变化的形式传导，并通过卵同窗推动听骨链及鼓膜振动，并最终 引起外耳道内空气振动，实际是声音传入内耳的逆过程。由于这振动的频率多在数百 到数千赫兹之问，属声频范围( 2 0 ，一2 0 0 0 0 h z ) ，因而称之为耳声发射。顾名思义，即是 有内耳发小的声音，其实质是耳蜗内能量经声音传入内耳的逆过程以空气振动( 声音) 的 形式释放出来。 1 2 2 耳声发射的分类 耳声发射( o a e ) i j 以根据刺激声的有无分为自发耳声发射( s p o n t a n e o u so t o a c o u s t i c e m i s s i o n s ，s o a e ) 和诱发耳声发射( e v o k e do t o a c o u s t i ce m i s s i o n s ，e o a e ) 。诱发耳声发射根 据刺激声的不同，又可分为瞬态诱发耳声发射( f i a n s i e n t l ye v o k e do t o a c o u s t i ce m i s s i o n s ， t e o a e s ) 、刺激频率耳声发射( s t i m u l u s f i e q u e n c yo t o a c o u s t i ce m i s s i o n s ，s f o a e s ) 、畸变 _ 产物耳声发射( d i s t o r t i o n p r o d u c to t o a c o u s t i ce n l l s s i o n s ，d p o a e s ) f f t l 电诱发耳声发射。 1 自发耳声发射( s o a e s ) 上海交通大学博士后研究工作报告 5 s o a e s 是指不需要任何刺激信号便可在外耳道记录到的o a e s 。s o a e s 多为纯音形 式1 “，强度一般是3 5 d b s p l ，最大不超过2 0 d b s p l ”1 。听力正常者s o a e s 的检出率有 4 0 4 7 0 的不同报道j 1 “1 。健康婴儿s o a e s 的检出率与成人的检出率相差不多，但 女性s o a e s 的检出率比男性要高，人右耳s o a e s 的检出率比左耳也要高“。 由于目前s o a e s 在健康人耳的检出率达不到1 0 0 ，使其临床应用受到限制。 2 瞬态诱发耳声发射( t e o a e s ) t e o a e s 是以短声( c l i c k e v o k e do a e s c e o a e s ) 或短纯音( t o n e b u r s t e v o k e do a e s ， t b o a e s ) 诱发的o a e s 。由探头中的微型刺激麦克风发出的刺激信号及伪迹约在电脉冲 信号结束2 4 m s 内衰减完毕，约从第5 m s 秒开始，便可记录到由耳蜗经过中耳发射到 外耳道中的o a e s ，因此也有人称t e o a e s 为“延迟o a e s ”1 。由于t e o a e s 与刺激信 号及伪迹在时间上基本是分离的( 但仍有重叠部分) ，因而可用相干平均的方法把 t e o a e s 提取出来。 t e o a e s 的闽值一般低于主观听阈5 1 0 d b ，强度多数不超过2 0 d b s p l 。低刺激强 度时t e o a e s 幅度随刺激强度的增加几乎呈现出线性增长，平均增长率为o 3 o4 d b d b ，当刺激强度达4 0 6 0 d b s p l 时，t e o a e s 强度不再随刺激强度呈线性增加， 而趋于饱和，从而表现出非线性特性。t e o a e s 的幅度随刺激强度的增长率是高度依赖 于频率的“1 。不同频率的t e o a e s 其潜伏期是不一样的，t e o a e s 总是高频在先，低 频在后“1 。 t e o a e s 的频率成分与刺激声的形式有很大关系”1 。耳蜗对频率差别较大的两个纯 音构成的复合刺激能进行线性的响应，而当两个频率差别不大时则会产生非线性响应， 这就是o a e s 的频率特异性“，由于短声与短纯音的频率组成不同，由两种刺激声诱发 的t e o a e s 频率成分也是不同的。 刺激声强度对t e o a e s 的波形和幅度也有一定的影响“1 ，高刺激强度时可以得到 o a e s 更宽的频率范围，随着刺激强度的降低，o a e s 的能量越来越窄地集中到几个接 近s o a e s 的频率上。因此，用较高刺激强度可以得到耳蜗更全面的信息，但也相应地 增加了刺激伪迹的强度与持续时间。 t e o a e s 在健康人耳的检出率有不同的报道，但在适当的刺激下可获得1 0 0 的检 出率，因而是研究最早且研究最多的一种o a e s 。 3 畸变产物耳声发射( d p o a e s ) d p o a e s 是用两个具有一定频率比关系的初始纯音厶与五同时刺激耳蜗所诱发的 o a e s 。f 与五可以是连续的，也可以是具有长延时的纯音脉冲( 一般为1 0 0 m s ) ，因 而d p o a e s 与刺激声在时域中是叠加的，但在频域中两者的频率是分离的，可以用窄 带滤波器将d p o a e s 提取出来”1 。d p o a e s 的存在表明了耳蜗的主动机制是一种非线性 的过程。 d p o a e s 包含多个发射频率，比如( 强喝) 、( 五嵋) 等，其中以( 毵喝) 出现 i ，。，。，薹三二耋，童坠垒，。，。，。，。，。，一 率最稳定，强度最高，目前在临床应用中也仅仅使用这个频率”。 d p o a e s 幅值一般比刺激强度低6 0 d b s p l ，但d p o a e s 的幅值受很多因素影响，包 括两个刺激声信号的强度、频率、强度差值及频率比等。研究表明，以的值为12 2 12 5 时可得到d p o a e s 在中频( 1 4 k h z ) 的最大幅值，对于低频的d p o a e s 则需要大 一些的频率比( 易仍= l2 6 ) 或相对强一些的刺激。f 的刺激强度比五的刺激强度高1 0 d b 或更多州，d p o a e s 的幅值最火”1 。 4 刺激频率耳声发射( s f o a e s ) s f o a e s 是由一个连续纯音诱发的o a e s 。它的产生是由于刺激纯音连续刺激而引 发了耳蜗在刺激频率上的连续再发射。由于s f o a e s 与刺激纯音在时域频域上都是重 叠的，因此要把低强度的s f o a e s 从强刺激声中分离出来需要比较复杂的手段，比提取 t e o a e s 与d p o a e s 在技术上更加困难，花费时间更长，因而对s f o a e s 的研究相对少 得多。 s f o a e s 显示了与t e o a e s 相似的特点，如s f o a e s 的强度也非常低，阈值要比听 闽低，可在s f o a e s 很强的频率上探测到，在感音神经听力损失的频率段幅度降低或消 失等，因而认为s f o a e s 与t e o a e s 有相似的产生机理，对听力损失的检测可能提供 了同样的信息。 由于s f o a e s 的检测复杂、费时，还未应用到耳蜗功能的临床测试中。 1 3 耳声发射的信号处理及其存在的问题 目前，虽然临床上已开始应用o a e s ，但其在信号处理技术方面还比较薄弱，目前 采用的处理技术和存在的主要问题如下： 1 3 1 噪声的去除 o a e s 测量中噪声可分为两类：一类是白噪声，另类是非白噪声。白噪声是测量 系统所固有的。非白噪声根据其频率特点又可分为两种：一种是高频噪声，它是由传感 器本身所引起的；另一种是低频噪声，如测量仪器( 如计算机的电源风扇) 的散热风扇 的翁翁声，室内的空调器声，测量者和被测量者的呼吸声及咳嗽声，身体移动声，谈话 声，婴儿突然的哭声及报警声等”1 。对于噪声，目前所采用的抑制方法主要有三种： 1 、相干平均：不同种类的o a e s 所需的平均次数不同，如s f o a e s 仅需十几次， d p o a e s 需要三十多次，而t e o a e s 则需要上千次。3 。相干平均技术最突出的优点是简 便易行。但为了达到一定的信噪比，需要对大量的样本进行平均，这就需要有较长的测 量时间，因而具有定的局限性。 2 、阈值截取法：该方法的基本思想是对一个新样本，先估计它的信噪比。若其信 噪比过低，则放弃该样本，重新进行采样；否则则对其进行下面的处理。该方法的核心 问题及难点是闽值的选取，阈值过高可能会丢掉有价值的样本，过低则起不到抑制噪声 的作熠。它的优点是可以在很大程度上提高信噪比( 因为丢掉了低信噪比的样本) ，它 上海交通大学博士后研究工作报告 7 的缺点是需要较长的时间才能获得一定数量的满足信噪比要求的样本。 3 、带通滤波法：这是一种传统的处理方法，它的基本思想是信号与噪声具有不同 的频带，因此通过去除噪声所对应的频率成分，即可达到保留有用信号的同时又将噪声 抑制的目的。该方法的显著优点是简便可行，而其缺点是由于信号和噪声的频带往往有 交迭部分，因而会引起信号的失真。 由于o a e s 信号较弱，很容易被淹没在噪声中，因此噪声的抑制一直是o a e s 测量 中的很重要但又非常棘手的问题。如果能将现代信号处理方法如自适应滤波、匹配滤波 等应用于o a e s 信息的处理，可能会收到很好的效果。 1 3 2 伪迹的消除 伪迹是指在测量t e o a e s 时，外耳道及中耳对刺激声直接反射的回声信号。目前 常用的伪迹去除方法有两种： l 、时域加窗法：从刺激开始算起约经过5 m s 的时间伪迹就可基本消失，而t e o a e s 有3 5 m s 的潜伏期“1 。由于从刺激开始算起o 2 5 m s 主要是伪迹成分，常常把这段时 域内的信号置零；而25 5 1 m s 时域内为t e o a e s 与伪迹共存区域，随着时间的增加， 伪迹成分逐渐减少而t e o a e s 的成分逐渐增多；在5 1 2 0 m s 时段主要是t e o a e s 信 号，因此时域窗选择为余弦上升下降的矩形窗，余弦上升下降时间一般为25 m s “或 2 6 1 m s 。该方法的主要优点是能将伪迹很干净地去除，且方法简便，但是t e o a e s 中 的部分短潜伏期的成分( 一般为高频成分) 也同时被去掉了。 2 、非线性差分平均：非线性差分平均( n o n l i n e a rd i f f e r e n t i a la v e r a g i n g ) 有人又称 之为“导出的非线性响应”( d e r i v e dn o n l i n e a rr e s p o n s e ，d n l r ) ”1 ，其基本原理如下： 把接收波x ( t ) 表示成反射波r ( t ) 干l l 耳声发射波o a z s ( t ) 的迭加： x ( 9 = r ( t ) + o a e s ( ) 假设反射波r ( t ) 主要是线性成分，它与刺激声强度成正比增加：而o a e s ( t ) 在适当 的刺激强度范围内呈饱和特性，它基本不随刺激强度增加而增加，即具有非线性特点。 因此，把相邻四次刺激记录作为一组，其中前三次刺激强度和极性相同，第四次则刺激 强度增到三倍，且极性相反，则有： ( ，) = 一3 域t ) - o a e s ( t ) x ，( f ) = 尺( ，) + o a e s ( t )= 1 一一3 最后取四次记录的累加平均： 1 4 1 i ( ，) = 去r ) = 洲b ( ，) 1 ，= 】 二 可见所得结果中刺激伪迹被消除，把所得结果加大一倍便是所要的o a e ( t ) 波形。 d n l r 方法的突出优点是当刺激声强度较大时，即t e o a e s 信号表现为较强的饱和 非线性时，可以有效地去除伪迹。但是，它也存在以下几个缺点：( 1 ) 实际的t e o a e s 不仅有非线性成分，还有线性成分。当刺激强度较高使得t e o a e s 接近饱和区时，非 8第一章绪论 线性成分是占主要的，此时该方法效果较好；但当刺激强度较低使得t e o a e s 处于非 饱和区时，线性成分是主要的，在此情况下d n l r 方法是不可行的。( 2 ) 与采用相同刺 激的相干平均法相比，d n l r 方法会使信噪比降低，且经其处理后得到的t e o a e s 信号 的幅度会减小“1 。 各种伪迹的去除方法虽然都能起到一定的作用，但由于它们都在一定程度上对 t e o a e s 信号造成了损失，关键原因可能是没能恰当地考虑t e o a e s 的非线性特性。非 线性信号处理是近些年来信号处理领域的热点之一，若利用这些方法在恰当地考虑 t e o a e s 的非线性特性的前提下对伪迹进行去除，可能会收到一定的效果。 j = j 3 测量时问的缩短 测量时间过长是测量t e o a e s 时遇到l 挣令人头疼的问题。由于t e o a e s 的持续时间 从刺激开始时算起约2 0 m s 才能衰减到0 ，因此为了避免刺激的交叠，相邻刺激间隔需 大于2 0 m s ，即刺激率小于5 0 h z 。而每测量一次t e o a e s 需要对2 0 0 0 多次响应进行平 均，因此所需的测量时间至少要4 0 秒。考虑到信号会受伪迹、肌电及外界环境噪声的 影响，对于那些信噪比过低的样本要丢弃，因此t e o a e s 的测量时间平均在l o 1 5 分 钟( 最长时间可达i 小时) ，其中至少要有1 分钟的时间保持安静。如此长的测量时间， 对儿童尤其是新生儿，是很难坚持的，即便是对于成年人，测量时间过长也是难以忍受 的1 。 为了缩短测量时间，目前研究最多的是m l s 序列方法。i v g 。s 是“最大长度序列” ( m a x i m u ml e n g t hs e q u e n c e ) 的简称。它是一种在很高的刺激频率下( 刺激间隔 1 ) 和压缩( a 1 ) 。例如，h ( 2 t ) 具有h ( t ) 宽度的一半，h ( t 2 ) 具有 h ( t ) 宽度的二倍，即是a 值愈大则函数h ( t a ) 愈宽。由于时间分辨率依赖于函数h ( t a ) 的 宽度，因此可以得知：当a 减小时，h ( t a ) 在时间上变得较窄从而使得时间分辨率得到 提高，相反，当a 增加时，时间分辨率虽然有所下降，但是因为时间一带宽的乘积必须 ： 。錾耋型塑型墼垒，一 保持一个常量，因此频率分辨率提高了。另外，用一个滤波器组解释同样适合与s t f t 和w t ，在s t f t 情况下，由于窗w ( t ) 的长度在大多数情况下是固定的，滤波器组w ( t ) e 1 “能够被认为具有一个