DE19623871A1 - Statistical phase analysis of oto-acoustic emissions method, for acoustic screening - Google Patents
Statistical phase analysis of oto-acoustic emissions method, for acoustic screeningInfo
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Abstract
Description
OAE sind Signale, die von den Haarzellen eines funktionsfähigen Innenohrs aufgrund der nichtlinearen Eigenschaften des cochleären Verstärkers auf akustische Reize hin erzeugt werden.OAE are signals from the hair cells of a functional inner ear the non-linear properties of the cochlear amplifier due to acoustic stimuli be generated.
DPOAE′s entstehen durch die Reizung mit zwei Tönen unterschiedlicher Frequenz. Die dabei an der Cochlear entstehenden Intermodulationsprodukte werden mit einem Mikrofon gemessen, verstärkt, mit Hilfe der Fouriertransformation auf spezifische Misch frequenzen untersucht. Bei herkömmlichen Geräten deckt diese bereits bekannte Technik einen weiten Frequenzbereich ab, es ist jedoch keine automatische Bewertung der Ergeb nisse bekannt.DPOAE's arise from the stimulation with two tones of different frequencies. The intermodulation products created on the cochlear are combined with a Microphone measured, amplified, using the Fourier transform to specific mix frequencies examined. This technology is already used in conventional devices a wide frequency range, but it is not an automatic evaluation of the results known.
Grundlage der Erfindung ist eine im weiteren beschriebene Phasenanalyse, welche sich im Gegensatz zu den herkömmlichen Methoden der Frequenz- und Amplitudenanalyse für eine automatische Auswertung anbietet.The basis of the invention is a phase analysis described below, which is in contrast to the conventional methods of frequency and amplitude analysis offers for an automatic evaluation.
Bei der Messung und Beurteilung von OAE sind zwei Gesichtspunkte wesentlich.Two aspects are essential when measuring and evaluating OAE.
Dafür werden verschiedene Wege beschritten:There are various ways to do this:
-
- Separierung im Zeitbereich:
Ist der Reiz sehr kurz (transienter Reiz), dann läßt sich das Meßfenster so wählen, daß das passive Echo aus dem Gehörgang bei der Aufnahme der Antwort bereits wieder abgeklungen ist. Damit ist gewährleistet, daß die gemessenen akustischen Signale lediglich aus reizunabhängigen Geräuschen und gegebenenfalls den vom Reiz evozierten OAE bestehen und keine Anteile des Reizes selbst oder dessen Echo enthalten. Die auf diese Weise gemessenen Antworten bezeichnet man als transient evozierte OAE (TEOAE).- Time domain separation:
If the stimulus is very short (transient stimulus), the measurement window can be selected so that the passive echo from the ear canal has already subsided when the response is recorded. This ensures that the measured acoustic signals only consist of stimulus-independent noises and possibly the OAE evoked by the stimulus and contain no components of the stimulus itself or its echo. The responses measured in this way are called transient evoked OAE (TEOAE). -
- Separierung im Frequenzbereich:
Appliziert man als Reiz Dauersinustöne, so lassen sich die vom Innenohrerzeugten Schallsignale dadurch vom Reiz separieren, daß man die Frequenzbereiche außerhalb der Tonfrequenzen der Reize untersucht. Da durch die Nichtlinearität des funktionsfähigen Innenohrs Intermodulationsprodukte der Primärfrequenzen erzeugt werden, ist das Vorhandensein von Signalen, deren Frequenzen nicht den Reizsignalen entsprechen ("Klirren"), entscheidend für den Nachweis der Integrität des Innenohrs. Diese Signale bezeichnet man als otoakusti sche Distorsionsprodukte (DPOAE).- Separation in the frequency domain:
If continuous sinus tones are applied as the stimulus, the sound signals generated by the inner ear can be separated from the stimulus by examining the frequency ranges outside the tone frequencies of the stimuli. Since intermodulation products of the primary frequencies are generated by the nonlinearity of the functional inner ear, the presence of signals whose frequencies do not correspond to the stimulus signals ("clang") is crucial for the proof of the integrity of the inner ear. These signals are called otoacoustic distortion products (DPOAE).
Wesentlich für die Interpretation des gemessenen akustischen Signals ist der Nachweis dafür, daß es sich tatsächlich um ein Signal aus dem Innenohr handelt und nicht um Rauschen aus der Umgebung. Alle Systeme, die derzeit zur Messung verwendet werden, machen sich dazu den Umstand zunutze, daß die durch den Reiz erzeugten Antworten im Gegensatz zum Rauschen phasensynchron zum Reiz sind. Üblicherweise wird durch eine Averaging-Technik (reizsynchrone Mittelung) das zu messende Signal so lange gegenüber dem Rauschen verstärkt, bis es von einem erfahrenen Untersucher als Emission zu identifizieren ist. Eine häufig verwendete Hilfe ist es, dazu ein Maß für das "Rest rauschen" zu definieren und das gemittelte Signal mit diesem Restrauschen zu vergleichen. Wenn der Unterschied zwischen beiden Signalen hoch ist, so ist eine reizsynchrone Aktivität anzunehmen.Evidence is essential for the interpretation of the measured acoustic signal for the fact that it is actually a signal from the inner ear and not Noise from the surroundings. All systems that are currently used for measurement take advantage of the fact that the responses generated by the stimulus in contrast to the noise are phase-synchronized with the stimulus. Usually through an averaging technique (stimulus-synchronous averaging) the signal to be measured for so long towards the noise amplified until it is emitted by an experienced examiner is to be identified. A frequently used help is to measure the "rest noise "and to compare the averaged signal with this residual noise. If the difference between the two signals is high, it is stimulus-synchronous To accept activity.
Für eine Filteruntersuchung (Screening) sollte die Entdeckung der Innenohraktivität automatisch und ohne das Urteil eines Experten möglich sein. Dazu ist eine non parametrische Signalstatistik erforderlich, die neben dem Ergebnis "Emission vorhanden" ein genaues Maß für die Irrtumswahrscheinlichkeit ermittelt. Auf diese Weise läßt sich die Qualität der Messung in Bezug auf die Fehlerrate exakt definieren.For a filter examination (screening) the discovery of inner ear activity should be be possible automatically and without the judgment of an expert. This is a non parametric signal statistics required, in addition to the result "emission present" an exact measure of the probability of error. In this way precisely define the quality of the measurement in relation to the error rate.
Jeder zur Auswertung kommende Zeitabschnitt enthält ein Gemisch aus verschiedenen Signalen unterschiedlicher Frequenz, Amplitude und Phase. Diese Signale lassen sich durch eine Transformation in den Frequenzraum (Fouriertransformation) voneinander separieren.Each period of time for evaluation contains a mixture of different ones Signals of different frequency, amplitude and phase. These signals can be by a transformation into the frequency space (Fourier transformation) from each other separate.
Fig. 1 Rauschen - Gleichverteilung in der Vektorebene Fig. 1 noise - uniform distribution in the vector plane
Fig. 2 Rauschen mit konstantem Signal überlagert in der Vektorebene Fig. 2 noise with a constant signal superimposed in the vector plane
Fig. 3 Prinzipschaltbild eines Screeninggerätes zur Messung, Auswertung und Bewer tung von DPOAE′s mittels Phasenanalyse Fig. 3 block diagram of a screening device for measuring, evaluating and evaluating DPOAE's by means of phase analysis
Fig. 4 Prinzipschaltbild eines Screeninggerätes zur Messung, Auswertung und Bewer tung von TEOAE′s mittels Phasenanalyse Fig. 4 block diagram of a screening device for measuring, evaluating and evaluating TEOAE's by means of phase analysis
Eine wesentliche Eigenschaft bei der Bewertung der Distorsionsprodukte ist die Tatsache, daß die Frequenzen bekannt sind, bei denen eine Innenohrantwort zu erwarten ist, da es sich um die Intermodulationsprodukte der angewandten Primärfrequenzen handelt. Die Antwort mit der höchsten Amplitude entsteht erfahrungsgemäß bei einer Frequenz von 2f₁-f₂ (Intermodulationsprodukt 3. Ordnung), wenn f₂ etwa gleich 1.2*f₁ ist.An essential property when evaluating the distortion products is the fact that the frequencies at which an inner ear response is to be expected are known because it is the intermodulation products of the applied primary frequencies. Experience has shown that the answer with the highest amplitude arises at a frequency from 2f₁-f₂ (3rd order intermodulation product) if f₂ is approximately equal to 1.2 * f₁.
Für diese Frequenz (oder andere Intermodulationsprodukte) wird die Phasenanalyse folgendermaßen durchgeführt:For this frequency (or other intermodulation products) the phase analysis carried out as follows:
- 1. Es werden kontinuierlich Signalabschnitte mit fester Länge gebildet, für die die Phasen der beiden Primärsignale jeweils einen konstanten Wert haben müssen.1. Signal sections of fixed length are continuously formed for which the phases of the two primary signals must each have a constant value.
- 2. Diese Abschnitte werden einzeln einer Fouriertransformation (diskret für die gewählte Frequenz oder FFT) unterzogen. Von der zu analysierenden Frequenz werden Betrag und Phase und damit der zugehörige Vektor im Phasendiagramm ermittelt. 2. These sections are individually subjected to a Fourier transformation (discrete for the selected Frequency or FFT). Amount of the frequency to be analyzed and phase and thus the associated vector in the phase diagram.
-
3. Die statistische Nullhypothese lautet:
"Die Phasen der Vektoren aller Signalabschnitte sind im gesamten Winkelbereich zwischen 0 und 360 Grad gleichverteilt."
Diese Gleichverteilung entspricht einem rein zufälligen Rauschen ohne Bezug zu den Phasen des Primärsignals. Siehe Fig. 13. The statistical zero hypothesis is:
"The phases of the vectors of all signal sections are evenly distributed over the entire angular range between 0 and 360 degrees."
This uniform distribution corresponds to a purely random noise without reference to the phases of the primary signal. See Figure 1 - 4. Gelingt es, diese Nullhypothese auf einem definierten Signifikanzniveau zu wider legen, so kann mit der entsprechenden Irrtumswahrscheinlichkeit angenommen werden, daß bei der untersuchten Frequenz ein phasensynchrones Signal und damit eine Antwort des Innenohrs vorliegt. Dazu wird die Koordinatenebene des Vektors in zwei Hälften geteilt. Für diese beiden Hälften wird auf der Basis einer Binomialstatistik der Signifikanztest durchgeführt: Jeder Phasenwert wird daraufhin untersucht, ob er in der einen oder anderen Hälfte der Koordinatenebene liegt. Im ersten Fall wird der statistische Referenzwert um 1 erhöht, im anderen Fall um 1 erniedrigt. Die durch die Wurzel aus der Zahl der Einzelversuche geteilte Summe S ist fest mit der Wahr scheinlichkeit dafür korreliert, daß es sich lediglich um eine Gleichverteilung handelt. So besteht beispielsweise bei Erreichen des Wertes S = 3.08 eine Restwahrscheinlichkeit von p = 0.001 dafür, daß sich in den untersuchten Abschnitten lediglich nicht phasensyn chrones Rauschen befindet.4. If this null hypothesis succeeds at a defined level of significance with the corresponding probability of error, it can be assumed that at the frequency examined a phase-synchronous signal and thus a Answer from the inner ear is present. To do this, the coordinate plane of the vector is divided into two Halves divided. For these two halves is based on binomial statistics the significance test was carried out: each phase value is examined to determine whether it lies in one or the other half of the coordinate plane. In the first case the statistical reference value increased by 1, in the other case decreased by 1. By the root of the sum S divided from the number of individual experiments is fixed with the truth Probability correlates to the fact that it is only an equal distribution. For example, if the value S = 3.08 is reached, there is a residual probability of p = 0.001 for the fact that there is only no phase syn chronic noise.
-
5. Ein Teil der analysierten Abschnitte dient nun der Gewinnung des Winkels im Phasen
diagramm, über dem die Gleichverteilung getestet wird, d. h. durch den die Koordinaten
ebene geteilt wird. Dazu wird mit diesen Abschnitten die Vektorsumme der einzelnen
Frequenzvektoren gebildet. Der Phasenwinkel des Summenvektors + 90 Grad (mod
360 Grad) ist der Winkel der Teilungsgeraden durch den Koordinatenursprung. Siehe
Fig. 2
Die zur Berechnung des Phasenwinkels verwendeten Abschnitte dürfen aus signalstati stischen Gründen nicht in die unter Pkt 4. beschriebene Statistik eingehen. Da die Analyse jedoch kontinuierlich erfolgen sollte, um bei Erreichen des vorgegebenen Signifikanzkriteriums einen automatischen Abbruch zu ermöglichen, wird folgender Weg vorgeschlagen.5. Part of the analyzed sections is now used to obtain the angle in the phase diagram over which the uniform distribution is tested, ie by which the coordinate plane is divided. For this purpose, the vector sum of the individual frequency vectors is formed with these sections. The phase angle of the sum vector + 90 degrees (mod 360 degrees) is the angle of the division line through the coordinate origin. See Figure 2
The sections used to calculate the phase angle must not be included in the statistics described under point 4 for reasons of signal statistics. However, since the analysis should be carried out continuously to enable automatic termination when the specified significance criterion is reached, the following route is proposed. - 6. Die Signalabschnitte dienen abwechselnd der Summenbildung zur Winkeldefinition und der Testung auf Gleichverteilung. Da sich der definierte Winkel somit nach jedem zweiten Abschnitt ändert, müssen die zur Testung verwendeten Winkelwerte gespei chert bleiben und ständig gegenüber dem jeweils aktuellen Bezugswinkel auf Gleichver teilung getestet werden.6. The signal sections alternately serve to form the sum for defining the angle and testing for equal distribution. Because the defined angle is after each second section changes, the angle values used for testing must be saved remain constant and constantly compared with the current reference angle division to be tested.
- 7. Der Abbruch der Messung erfolgt7. The measurement is aborted
- - bei Erreichen des Signifikanzkriteriums, also wenn die Nullhypothese "kein reizsyn chrones Signal vorhanden" mit der vorher definierten Signifikanz zurückgewiesen werden kann oder- when the significance criterion is reached, i.e. when the null hypothesis "no stimulus syn chronic signal present "rejected with the previously defined significance can be or
- - wenn der immer neu berechnete Bezugsphasenwinkel nicht innerhalb vorgegebener Grenzen konvergiert oder- If the always recalculated reference phase angle does not fall within the specified one Boundaries converge or
- - wenn nach einer vorgegebenen Zahl von untersuchten Signalabschnitten die Signifikanz für die Zurückweisung der Nullhypothese einen vorgegebenen Wert nicht erreicht.- if after a predetermined number of examined signal sections the significance a predetermined value for the rejection of the null hypothesis was not reached.
In den letzten beiden Fällen erfolgt der Meßabbruch mit z. B. "fail" (das heißt, ein Signal aus dem Innenohr konnte nicht nachgewiesen werden), im ersten der drei Fälle mit z. B. "pass" (Signalnachweis positiv).In the last two cases, the measurement is aborted with z. B. "fail" (that is, a signal could not be detected from the inner ear), in the first of the three cases with e.g. B. "pass" (positive signal detection).
Ein Prinzipschaltbild ist in Fig. 3 dargestellt. Ein solches Gerät besteht aus 2 Reizgenerato ren (1) mit dazugehörigen Schallsendern (2). Das von der Cochlea generierte Frequenz produkt wird mit Hilfe des Mikrofons (3) gemessen und einem Eingangsverstärker (4) zugeführt. Die Mischprodukte werden mit Hilfe eines Frequenzanalysators (5) auf ihre Frequenzanteile untersucht. Der oben beschriebene Phasenanalysator (6) ermöglicht die statistische Auswertung. Das Ergebnis wird an einem Display (7) dargestellt und/oder an einem Drucker oder PC ausgegeben oder weiterverarbeitet.A basic circuit diagram is shown in Fig. 3. Such a device consists of 2 stimulus generators ( 1 ) with associated sound transmitters ( 2 ). The frequency product generated by the cochlea is measured using the microphone ( 3 ) and fed to an input amplifier ( 4 ). The mixed products are examined for their frequency components with the aid of a frequency analyzer ( 5 ). The phase analyzer ( 6 ) described above enables statistical evaluation. The result is shown on a display ( 7 ) and / or output or processed on a printer or PC.
Bei TEOAE wird ein breites Frequenzband emittiert; damit ist eine Untersuchung der Phasenstatistik für jede beliebige Frequenz möglich. Der Ablauf der statistischen Testung kann demnach der gleiche wie beim Nachweis von DPOAE sein. Vorausgeschickt wird ein Meßabschnitt, in der die zu untersuchenden Frequenzen ermittelt werden.A broad frequency band is emitted at TEOAE; so that is an investigation of the Phase statistics possible for any frequency. The process of statistical testing can therefore be the same as for the detection of DPOAE. Is sent ahead a measuring section in which the frequencies to be examined are determined.
Dies ist beispielsweise wie folgt möglich:
Es werden mehrere Intervalle im Frequenzbereich gebildet (beispielsweise 500-1000
Hz, 1000-2000 Hz, 2000-4000 Hz). Die zu bearbeitenden Signalabschnitte werden
abwechselnd in zwei Puffer (Speicher) A und B geschrieben. Nun wird für jede Frequenz
entsprechend Absatz C5. der Vektor der Summe aus A und B gebildet. Als Referenzgroße
wird zusätzlich der Vektor für die Differenz aus A und B errechnet. Die Frequenzen in
jedem vorgegebenen Intervall, bei denen der größte Unterschied zwischen dem Vektor
der Puffersumme und dem der Pufferdifferenz besteht, werden zur Analyse herangezogen.
Danach ist das weitere Vorgehen völlig gleich mit dem bei den DPOAE beschriebenen.This is possible, for example, as follows:
Several intervals are formed in the frequency range (for example 500-1000 Hz, 1000-2000 Hz, 2000-4000 Hz). The signal sections to be processed are alternately written into two buffers (memory) A and B. Now for each frequency according to paragraph C5. the vector of the sum of A and B is formed. The vector for the difference between A and B is also calculated as the reference quantity. The frequencies in each predetermined interval at which the greatest difference exists between the vector of the buffer sum and that of the buffer difference are used for the analysis. After that, the further procedure is completely identical to that described for the DPOAE.
Für den Abbruch der Messung durch z. B. "pass" ist zu fordern, daß für jedes der vor gegebenen Frequenzintervalle mindestens ein Wert das vorgegebene Signifikanzkriterium erreicht.To abort the measurement by e.g. B. "pass" is required for each of the above Given frequency intervals, at least one value meets the specified significance criterion reached.
Ein Prinzipschaltbild ist in Fig. 4 dargestellt. Ein solches Gerät besteht aus 1 Reizgenerator (9) mit dazugehörigem Schallsender (10). Das von der Cochlea generierte Frequenzgemisch wird mit Hilfe des Mikrofons (11) gemessen und einem Eingangsverstärker (12) und nachgeschalteten Filter (13) zugeführt und anschließend wechselweise in unterschiedlichen Speichern (14) abgelegt. Im Vektoranalysator (15) erfolgt eine automatische Bewertung durch Summen- und Differenzbildung. Das Ergebnis wird an einem Display (16) dargestellt und/oder an einem Drucker oder PC ausgegeben oder weiterverarbeitet.A basic circuit diagram is shown in Fig. 4. Such a device consists of 1 stimulus generator ( 9 ) with associated sound transmitter ( 10 ). The frequency mixture generated by the cochlea is measured with the aid of the microphone ( 11 ) and fed to an input amplifier ( 12 ) and downstream filter ( 13 ) and then alternately stored in different memories ( 14 ). In the vector analyzer ( 15 ) an automatic evaluation takes place through the formation of sums and differences. The result is shown on a display ( 16 ) and / or output or processed on a printer or PC.
Claims (15)
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---|---|---|---|
DE1996123871 DE19623871A1 (en) | 1996-06-14 | 1996-06-14 | Statistical phase analysis of oto-acoustic emissions method, for acoustic screening |
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DE1996123871 DE19623871A1 (en) | 1996-06-14 | 1996-06-14 | Statistical phase analysis of oto-acoustic emissions method, for acoustic screening |
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Publication Number | Publication Date |
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DE19623871A1 true DE19623871A1 (en) | 1997-12-18 |
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ID=7797006
Family Applications (1)
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DE1996123871 Withdrawn DE19623871A1 (en) | 1996-06-14 | 1996-06-14 | Statistical phase analysis of oto-acoustic emissions method, for acoustic screening |
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DE (1) | DE19623871A1 (en) |
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-
1996
- 1996-06-14 DE DE1996123871 patent/DE19623871A1/en not_active Withdrawn
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