CN102137624B - 用于客观检测听觉障碍的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于新生儿的、通过记录用同时经由骨骼传导或空气传导的声刺激引起的稳态电位来客观检测听觉障碍的方法和设备。所述设备包括必要的单元，所述必要的单元用于经由骨骼传导模式和空气传导模式的电声转换器独立生成两个不同的声刺激以同时呈现给被试，同步记录被试的大脑电活动，持续评估电极的接触，交互测量环境噪声水平，并将生物电活动无线数字传输给计算机。根据本发明的所述方法统计地处理和检测由骨骼-空气传导的刺激诱发的电位，并且根据听觉敏感度障碍的存在与否、障碍的类型(传导性或感觉神经性)、以及结果的有效性自动提供明确结果。

Description

用于客观检测听觉障碍的方法和设备

技术领域

本发明涉及用于新生儿、幼儿以及无法在常规听力检查中合作的个体的、依靠由声刺激引起的脑电反应(也被称为稳态诱发听觉电位)客观评估听力的领域。

背景技术

市面上有大量的自动操作的便携装置允许通过记录和处理由短听觉刺激引起的临时生理反应来执行对听觉灵敏度的“客观”评定。这些设备通常使用由Jewett DL，Romano MN，Wilson JS.(Human auditoryevoked potentials：Possible brainstem components detected on the scalp.Science1970；167：1517-8)可知的脑干听觉诱发电位(AEPBT)和/或已由Kemp D.(Stimulated acoustic emissions from within the human auditorysystem.J Acoust Soc Am.1978；64：1386-9)描述的在听感受器生成的耳声发射(OAE)。

然而，这些装置和方法仍然面临必须要解决的缺陷。仍然尚未被解决的一个很重要的问题是在妇产科医院进行的新生儿最初听觉检测期间频繁出现的“假阳性”。这些新生儿中的大部分(被分类为假阳性)显示出由声音传输通过中耳结构时遇到问题而非由感受器(内耳)的神经元损伤引起的临时听力丧失，而其中所述感受器(内耳)才是筛查测试的主要对象。新生儿的(由中耳内的浆液引起的)临时传导丧失会在几天内自行消失。然而，上述情况需要执行二次测试，由此会导致父母不安、由于涉及大量案例导致随访更为复杂、并且已经让人们开始怀疑通用筛查计划(universal screening programmes)的执行性。

为了解决这一问题并且在两类障碍(传导性丧失和感觉神经性丧失)之间加以区分，仅建立针对通过外部声道(空气传导模式)以自然方式呈现的声音的听觉敏感度是不够的。在听觉障碍由声音传输通过外耳和中耳时的问题(传导性丧失)引起的情况下，如果声振动通过骨骼(骨骼传导模式)直接传输至神经感受器(内耳)，那么声振动会因为没有经过受损的外耳和中耳结构而能够被正确感知。因此，在依靠通过两种模式传输的声音来评估听觉灵敏度时，就能够对传导性障碍(其中骨骼传导模式产生正常结果而空气传导模式则并非如此)和由感受器或神经路径的永久损伤引起的障碍(其中无论最终选择哪条声传导模式，听觉灵敏度同样受影响)加以区分。

对短听觉刺激的临时生理反应(AEPBT和OAE)在评价骨骼灵敏度时显示出诸多限制。已知用于获取并识别这些对骨骼传导模式的反应的工艺过程更为复杂、需要评估人员具有丰富经验以正确识别阈值反应、并且不存在可用于通用新生儿筛查的有效的自动化例程。

稳态听觉电位(SSEAP)(由Cohen LT,Richards FM；Clark GM.Acomparison of steady state evoked potentials in awake and sleepinghumans J.Acousti.Soc.Am.1991可知)是一种用于客观评价听觉灵敏度的有效的替换方法。这些反应由恒定的周期性信号组成，所述周期性信号可由带有一定幅度和/或频率调制(在70至110Hz之间)的长音调刺激引起。鉴于这些SSEAP在脑干处生成，因此它们不受镇静状态或睡眠的影响，从而方便对新生儿使用。由于其周期性特性，被调制的音调诱发的SSEAP能够在频域内被更好地分析(傅立叶分析)，并且可由限于所使用调制频率的频谱峰来表示。由此便于在频域内通过各种不同统计方法计算的对其的自动检测(Valdés J.L，Pérez-Abalo M.C，Martin V，Savio G， Sierra C，Rodríguez E，Lins o.″Comparison of StatisticalIndicators for the Automatic Detection of80Hz Auditory SteadyResponses".18(1997)：420-429.Sep.111997)。由Lins OG和Picton TW.(Auditory steady-state responses to multiple simultaneous stimuli.Electroencephalogr.Clin.Neurophysiol.1995；96：420-32)可知，可以由同时呈现的音调刺激获取多个SSEAP，由此缩短听力测试的持续时间。

作为这些优点的结果，若干新近专利(US7,014613B2；US6，778，955B2；US6，524,258B1)提出了便于为客观评价听力使用SSEAP的不同的替换方法和设备。因为这些反应显示出极低的幅度(尤其对低龄被试而言)并且被较高的噪声量扰乱，所以文档US7,014613B2和US6,524,258B1声明了一种新型听觉刺激，该刺激经空气传导模式呈现，生成具有较高幅度的、能够被更容易地检测的反应。文档US#7,014613B2还声明了用于更有效地计算SSEAP的一系列方法，并且提出了使用加权平均法，以使得在计算多个SSEAP时噪声较多的记录具有较低的权重。然而，该方法仅用于降低临时噪声污染(相对于固定噪声污染)的影响，并且不适于随时间恒定的(固定)且同样呈现在SSEAP处的其他噪声源。另一方面，用于计算噪声幅度(在70至110Hz的期望范围内)的方法无法精确断定诱发的信号或多个SSEAP中的每一个附近发生了什么。在此情况下，所收集的生物电记录的相对权重(对某些信号是足够的，对另一些则不是)可以被按比例降低。专利(US6778955B2)公开了另一种可用于更有效地计算带有低信噪比的反应的、可应用于临时反应(OAE)或者稳态反应(SSEAP)的方法，但是同样地，该方法仅考虑已通过经空气途径呈现给患者的声刺激而生成的那些反应。

因此，这些技术性或方法性的方案都无法使用多SSEAP用于能够快速有效地区别听力障碍类型(传导性或感觉神经性)(如果有的话)的初始听力测试。事实上，现有的所要自动听力筛查装置都显示二进制的结果(正常或异常听觉)。此外，尚不存在能够自动且方便地使用SSEAP的、且可由当前可购得的通用新生儿筛查计划使用的装置。

发明内容

本发明的一个目的在于提出一种自动且易操作的方法和设备，所述方法和设备通过记录并分析稳态诱发听觉电位允许对正常和异常听力加以区分，并且在异常听力的情况下识别所述听力障碍是传导型还是感觉神经型。

为了在新生儿筛查计划中使用多SSEAP技术以在存在听力障碍的情况下区别听力障碍的类型，提出了一种结合有如下元素的设备和方法：1)用于独立生成两个不同的连续听觉刺激并且通过经由骨骼和空气的电声转换器将其以不同的强度同时呈现给患者的单元或步骤；2)用于测量环境噪声并且在测得的水平的基础上调节筛查测试的执行以及空气途径刺激的强度的单元或步骤；3)用于持续评估用于记录脑部电活动的电极或传感器的接触的单元或步骤；4)用于与生成的声刺激同步地控制用来收集患者的生物电活动的过程的单元或步骤；5)用于向计算机无线数字传输所收集的生物电活动的单元或步骤。为了使用针对通用新生儿筛查的设备，实现一种有效检测两种反应(骨途径和空气途径)以改善信噪比并最小化听力测试持续时间的基于计算机的方法，以及基于(骨骼和空气传导的)上述两种反应自动执行该方法的例程，由此能够区别没有听力障碍的儿童以及显示出传导型或感觉神经型听觉障碍的儿童。

本发明的新颖性

本发明的新颖性之一在于使用来自骨骼传导模式和空气传导模式两者的同时刺激，作为稳态诱发听觉电位系统的基础，从而对新生儿执行能够在传导性听力丧失和感觉神经性丧失(如果有的话)之间加以区分的初始听力测试(筛查)。在设计本文提出的方法和设备的上下文中，另一新颖性在于持续监测记录条件(环境噪声水平和电极接触阻抗)以与操作者和/或设备的操作相交互的方式。更具体地，使用用于持续测量阻抗的中性电极的自激活电路是本发明提出的独创技术方案。此外，根据本发明并且作为本发明的一个基本方面，本发明提出的系统实现了选择性平均的独创方法，所述方法通过独立评价信噪比以及自回归统计模型(已知被称为GARCH，即“Generalized Autoregressive ConditionalHeteroskedasticity(广义自回归条件异方差)”的英文首字母简称)的应用，能够更有效地检测脑部反应。本发明使用的方法也是独创性的，因为可以基于对一种或另一种SSEAP反应(空气传导的和骨骼传导的)的检测结果，结合初始测试得出结论，由此区别正常或异常听力，在异常听力的情况下识别障碍的类型，并且能够识别结果的有效性。

最后，适于包括与患者交换并建立与膝上型计算机或PDA装置的无线通信的专用电子装置的所述系统的精确方法代表了一种新颖的技术方案，其软件包括有效执行初始听力检测的所有必要方法。

附图说明

图1示出了用于通过稳态诱发听觉电位客观检测新生儿听觉障碍的系统。

图2示出了图1中的设备的详细框图。

具体实施方式

用于听觉障碍客观检测的设备和方法的描述

图1示出了用于通过稳态诱发听觉电位客观检测新生儿听觉障碍的系统。该系统包括具有必要单元的设备，所述必要单元用于骨骼传导模式和空气传导模式的电声转换器进行同时刺激，并且用于同步记录由所述刺激导致的患者的神经电活动。所述设备包括用于建立与计算机或膝上型装置(优选地，个人数字助理或PDA)的连接的双向无线数字通信单元。计算机用于执行所述装置的控制功能，诸如在本发明中所声明的在其自身的自动操作方法之后处理神经电数据。

图2示出了所述设备的详细框图。所述设备包括允许数字生成两个不同刺激的控制模块，以及用于将所述刺激以不同的强度通过用于骨骼传导模式和空气传导模式的电声转换器以独立且同时的方式呈现给患者的必要单元。使用的听觉刺激由如下表达式生成：

S_t＝A-sen(F_c·t)*(1+p·sen(F_M·t))

其中：

A：被调制音调的幅度

P：调制的深度

F_c：载波频率

F_M：调制频率

参数A用于加权被调制音调的幅度。

优选地，生成至少一个用于骨骼传导模式的、带90Hz调制频率的调幅的低频音调(≥500＜1000Hz)，同时生成另一个用于空气传导模式的、带有110Hz调制频率的调幅的高频音调(≥2000Hz＜4000Hz)。这些刺激根据每个转换器(骨骼传导模式和空气传导模式)的电声特性被强度加权，并且分别通过骨骼和空气传导模式以恒定(但不同)的强度呈现给患者。

所述设备还包括通过放置头皮特定点上的两个传感器或记录电极收集患者的神经电活动(图2中的有源元件G1)的通道。该通道提供必要的单元以差分方式放大所述神经电活动，并在期望频率范围内对其进行滤波。如图2所示，通过第二有源元件(G2)连接第三记录电极(中性)以衰减由配电网络引起的干扰。用于有源地控制中性电极(或“患者的地”)的同一元件(G2)还可用于通过该中性电极将设备内部生成的信号引入患者。该信号设计用于评估记录电极(Za和Zb)以及中性电极(Zt)的接触阻抗。有源元件G2的输出(S1)由所述设备的另一信号记录通道记录，并用作被声明作为本发明一部分的持续阻抗检测法的基础。所述设备包括拾取环境噪声水平的麦克风，其中环境噪声水平通过有源元件由G3通道记录。最后，该设备的控制模块允许刺激生成过程和神经电活动的收集之间的同步，由此在每个数字化时间窗或在对应于神经电活动的时间间隔处，存在确切数量的生成音调循环，由此允许随后对信号或SSEAP的检测。该模块还控制所述设备和计算机之间的实时、双向、无线通信。

本发明中使用的方法确保该设备的自动操作，由此能够用于评价新生儿的听觉敏感度，早期检测最终障碍，并以诊断的视角加以区分。所述方法包括如下阶段：

1)将记录电极以及用于骨骼和空气传导刺激模式的电声转换器放置

在患者头部。

2)设备启动和自检。

3)持续测量记录电极的阻抗以及环境噪声水平。

4)充足条件的交互检查以在前一阶段获取的信息的基础上执行测试。

5)同时进行骨骼和空气传导刺激模式，并且同步记录神经电活动。

6)将在前一阶段获取的神经电记录的每一个通过傅立叶分析变换至频域。

7)通过对每个记录的交互分析，基于各记录的信噪比，独立地选择性平均每个频谱反应或SSEAP。

8)统计地确定由经骨骼和空气传导模式的刺激获取的反应的每一种是否存在。

9)依据两种反应的存在和/或所述反应中的一种或另一种的选择性地不存在，得出听觉灵敏度正常或听觉障碍类型(如果有的话)的诊断结果。

步骤1至5由所述设备执行，而步骤6至9则通过编程通用便携计算机中的专有方法实现。这允许更新和/或改善本发明用于检测所述反应的方法。

本发明使用的选择性平均法包括基于每一种反应或SSEAP，仅独立收集和平均那些具有足够信噪比的神经电记录。本方法的独特性之一在于这样一个事实，即在每个记录的时间间隔的频谱分析的基础上，通过将(相关调制频率处的)反应的频谱成分的幅度与由该反应周围N个频谱成分测得的残余噪声的幅度相比较，独立确定针对每种SSEAP的记录的有效性。该否决准则基于小于1的信噪比的值。为每种SSEAP(骨骼和空气模式)独立执行所述方法，以使得收集的同一神经电记录对于一个信号有效，对另一个则被拒绝。

为了改善SSEAP的信噪比，一种方法基于自回归统计模型AR/GARCH建模无伪像平均神经电记录处呈现的噪声。

在此情况下，使用如下方程在N个无伪像分段中建模所述反应：

$y_t=c+\underset{i=1}{\overset{R}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\φ}}_i{y}_{t-i}+{\mathrm{\ϵ}}_t---\left(0.1\right)$

其中y_t是信号，c是平均值，φ_i是自回归系数φ_i、c和ε_t是创新参数(innovation)。创新参数的方差是：

$E_{t-1}\left({\mathrm{\ϵ}}_t^2\right)={\mathrm{\σ}}_t^2---\left(0.2\right)$

并且认为其遵守GARCH过程：

${\mathrm{\σ}}_t^2=\mathrm{\κ}+\underset{i=1}{\overset{P}{\mathrm{\Σ}}}{G}_i{\mathrm{\σ}}_{t-i}^2+\underset{j=1}{\overset{Q}{\mathrm{\Σ}}}{A}_j{\mathrm{\ϵ}}_{t-j}^2---\left(0.3\right)$

于是，可以使用最大似然法计算模型(0.10.20.3)的参数。

本方法的随后步骤包括检测所述信号。一旦算出该模型的系数，则可以将自回归过程与造成背景噪声的GARCH过程分离。由此，如果仅计算自回归过程的频谱，则可获得没有背景噪声的频谱，由此简化对信号的识别。频谱如下计算：

$f\left(\mathrm{\ν}\right)=\frac{1}{|1-\underset{j}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{\φ}}_j{e}^{-2\mathrm{\πij\ν}}|}---\left(0.4\right)$

其中ν表示频率。

在最后一个步骤中，使用已根据用于计算的频谱成分的数量修改其自由度的霍特林T2沉降图(T2H)，确定刺激的调制频率处的频谱成分(SSEAP)是否与相邻频谱成分(对应于该信号的噪声)显著不同，由此确定反应是否存在。

最后，本发明的所述方法使用如下准则以完成听力测试并得到最终结论：1)如果两个信号(骨骼传导和空气传导)通过霍特林T2沉降图得到稳定的统计显著性(在n次连续计算之后)，则可以得出听觉灵敏度正常的结论；2)如果经骨骼传导模式找到的反应显著，而不存在空气传导模式反应，则可以得出障碍或听力损失是传导性的结论；3)在两个反应都不存在的情况下，可以得出听力丧失是感觉神经型的结论；以及4)在不存在骨骼传导的反应同时存在空气传导的反应的情况下，结果是未决的，并且应该重复所述测试。

Claims (8)

1.一种用于经由脑部反应或稳态听觉电位客观评估听力的设备，其特征在于，所述设备包括：电声转换器，用于经由骨骼传导模式和空气传导模式两者同时向患者提供不同的声刺激；传感器或电极，用于同步记录所述患者的神经电活动；以及用于处理并分析所述神经电活动从而能够获取初始听力测试的最终结果的装置，所述最终结果识别听力障碍，在存在听力障碍的情况下区别其是传导性还是感觉神经性的，和/或评估所获取的结果的有效性，

其中，所述设备还包括由有源元件控制的中性电极，用以实现在收集稳态听觉电位的过程中实时测量电极的接触阻抗的附加功能。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备包括收集并测量环境噪声水平的元件。

3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备包括两个独立的音频通道，用以生成具有不同频谱成分的至少两个声刺激，并且通过用于骨骼传导模式和空气传导模式的电声转换器，每种模式用不同的强度将声刺激呈现给患者。

4.根据权利要求3所述的设备，其中所述设备通过其中一个音频通道生成由一个或多个混合的、带有M1调制频率以通过骨骼传导转换器呈现的调幅低频载波音调形成的刺激，以及通过另一个音频通道生成由一个或多个混合的、带有M2调制频率以通过空气传导转换器呈现的调幅高频载波音调形成的刺激，并且同步记录由同时的骨骼传导模式和空气传导模式刺激引起的生物电活动。

5.根据权利要求2所述的设备，其中，基于测得的环境噪声水平，空气途径的声刺激的强度被再调整，并且是否中断所述初始听力测试被确定。

6.根据权利要求1所述的设备，其中，针对分别经由骨骼传导模式和空气传导模式刺激中的一种引起的稳态电位独立地选择性平均信噪比在1以上的生物电记录。

7.根据权利要求6所述的设备，其中带有GARCH统计信息的自回归模型用于分析在表示经由骨骼传导模式和空气传导模式刺激中的一种引起的稳态电位的频谱成分的环境中计算的频谱噪声，作为改善该频谱成分的信噪比的资源。

8.根据权利要求7所述的设备，其中基于在两种刺激模式下的稳态电位的统计学检测结果，获得初始听力测试的最终结果，区分正常或异常听力灵敏度之间的差异，在存在异常听力灵敏度的情况下区别是传导型还是感觉神经型障碍，以及确定所述结果的有效性。