CN107582068A

CN107582068A - 一种基于周期自相干原理的畸变产物耳声发射探测方案

Info

Publication number: CN107582068A
Application number: CN201710947674.6A
Authority: CN
Inventors: 海涛; 张颖颖; 惠明; 赵果; 鲁道邦
Original assignee: Nanyang Normal University
Current assignee: Nanyang Normal University
Priority date: 2017-10-12
Filing date: 2017-10-12
Publication date: 2018-01-16

Abstract

本发明公开了一种基于周期自相干原理的畸变产物耳声发射探测方案、包括以下步骤：1)正反相刺激消除刺激信号，采用两次刺激，分别为正相和反相刺激，x₁(t)＝s₁(t)+s₂(t)+oae(t)+n_i(t)，x₂(t)＝‑s₁(t)‑s₂(t)+oae(t)+n_i(t)，相加后消除刺激信号：x(t)＝x₁(t)+x₂(t)＝2oae(t)+n₁(t)；2)周期自相干去噪方法，对得到的去掉刺激信号的信号以周期为单位循环移位并进行平均运算，得到去除噪声的x₀(t)，对得到的x₀(t)进行谱分析，通过在2f₁‑f₂处的信噪比判断x₀(t)是否存在耳声信号，或者判断其幅值检测是否存在耳声信号。本发明方案能够充分利用耳声信号中的相关特性，能够大大提高检测的速度，节省测试时间。

Description

一种基于周期自相干原理的畸变产物耳声发射探测方案

技术领域

本发明属于DPOAE检测技术领域，特别涉及一种基于周期自相干原理的畸变产物耳声发射探测方案。

背景技术

畸变产物耳声发射(Distortion Product Otoacoustic Emission，DPOAE)是指耳蜗受到两个频率为f₁,f₂(f₁＜f₂)的纯音刺激时，使耳蜗产生畸变产物耳声发射，经过检测耳声发射中最强的第三音确定耳蜗功能状态。一般来说，DPOAE的幅值相对刺激信号来说，要小的多，而且DPOAE的幅值受到多种干扰因素的影响，所以，在一般实验中，为了得到DPOAE的最大幅值，f₁:f₂的值取1.2到1.25之间。DPOAE通常在频率为2f₁-f₂，2f₁-f₂，3f₁-2f₂及4f₁-3f₂处的幅值比较大，其中频率在2f₁-f₂处时最大，称为第三音，因此在临床上，耳声探测仪一般使用2f₁-f₂频率进行判决。2f₁-f₂信号的现有探测方法为相干平均法,简介如下。

将多次采集的数据先进行累加，然后再将这些数据平均，这就是通常所用的相干平均法。

采集到的耳声信号非常微弱只有几毫伏，被噪声淹没，噪声是高斯随机信号，所以在计算中，我们将刺激信号所诱发的信号分为两部分，一部分是刺激信号和耳声发射信号，标记为S(k),另一部分是噪声信号n_i(k)。探测的S(k)计算方法如下：

因为真实的DPOAE诱发响应信号和刺激信号S_i(k)是固定不变的，所以在相同的刺激下，每次产生的响应信号是相同的。消除噪声后，通过谱分析法可以判断出耳声发射信号。

噪声n_i(k)是随机噪声，平均相加后能够衰减，为了估算相干平均的结果，通常采用信噪比的改善情况作为评价标准。信号的平滑程度完全取决于刺激次数M的大小。M次相干平均后信噪比可提高M倍，能有效的降低随机噪声。

信噪比是原信号的平均功率和噪声的平均功率的比值，进行相干平均之后的信噪比为：

σ²＝E[n_i ²(k)]

其中，σ²为噪声的方差，那么，经过M样本相干平均以后，信号的功率保持不变，仍为P，但是方差变为σ²/M,这样，信号的噪声比就为：

因此，这样得到的信号就比没有经过相干平均的信号噪声比提高了10lg^MdB。

消除噪声后，通过谱分析法可以判断出耳声发射信号即频率点2f₁-f₂的幅度，据此判断耳声信号是否存在。这种方法的缺点是去噪耗时过长，由于耳声信号最高12dBspl，淹没在噪声中，不考虑电路噪声，一般的环境噪声在40dB左右，因此，要想检测出耳声信号，需要的500次相干平均，因此需要采集500路信号，这是传统耳声检测耗费时间的主要原因，由于耗时长导致检测更容易受外界干扰，造成测量不准确。

发明内容

为解决现有技术和实际情况中存在的上述问题，本发明提供一种基于周期自相干原理的畸变产物耳声发射探测方案，包括以下步骤：

1)正反相刺激消除刺激信号

通过麦克风接收到的信号为：

x(t)＝s₁(t)+s₂(t)+oae(t)+n_i(t)

其中，s₁(t)，s₂(t)为刺激信号，oae(t)为耳声信号，s₁(t)，s₂(t)为声电转换刺激信号得到的，是线性，后者由于耳蜗非线性产生，n_i(t)为随机噪声，因此采用两次刺激，分别为正相和反相刺激，即

x₁(t)＝s₁(t)+s₂(t)+oae(t)+n_i(t)，

x₂(t)＝-s₁(t)-s₂(t)+oae(t)+n_i(t)

两者叠加可以去掉接收信号中的刺激信号s₁(t)，s₂(t)，同时对于耳声信号和噪声相当于进行了一次相干叠加。

x(t)＝x₁(t)+x₂(t)＝2oae(t)+n₁(t)

2)周期自相干去噪方法

对x(t)，消除了刺激信号，只有噪声信号和耳声信号，检测单频率信号2f₁-f₂，是一个周期信号，对每一个周期内耳声信号是确定相等信号，淹没在噪声中，因此对接收到的去掉刺激信号的耳声信号以周期为单位循环移位，与x(t)相加求平均如下式：

其中T＝1/(2f₁-f₂)，N＝τ/T的整数部分，τ为采集信号的长度。

另一种方法将x(t)按周期T截成N个信号相加求平均，得到x₀(t)。

(3)对以上两种方法任一得到的x₀(t)进行谱分析，通过在2f₁-f₂处的信噪比判断x₀(t)是否存在耳声信号，或者判断其幅值检测是否存在耳声信号。

本发明方案能够充分利用耳声信号中的相关特性，能够大大提高检测的速度，节省测试时间。如以DPOAE测试的最低频率1K为例，设f₂＝1.2f₁，两路信号假设其长度为100微秒，f₁为1KHz则2f₁-f₂为800HZ其周期为1.25微秒，100微秒内包含80个周期，原来的两路信号，相当于160路相加平均，原来需要500路现在只需要6路信号就可以达到相同的结果。效率提高了80倍。

随着刺激信号频率的提高，2f₁-f₂信号频率随之提高，其周期进一步降低，100微秒内包含周期数随之提高，其效率能够进一步提高，如f₁为2KHz时，2f₁-f₂为1.6K，有160个周期，效率提高160倍。f₁为3KHz时，2f₁-f₂为2.4K，有240个周期，效率提高240倍。f₁为4KHz时，2f₁-f₂为3.2K，有320个周期，效率提高320倍。从1K频率点开始，可以相对于传统方法其采集时间减少为原来80分之一，随着检测频率点增大，第三音频率随之增大，其采集时间节省的会更多。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式进一步说明：

图1是应用本发明基于周期自相干原理的畸变产物耳声发射探测方案的DPOAE检测流程图。

具体实施方式

本发明的方案分三步：

一、正反相刺激消除刺激信号

通过麦克风接收到的信号为：

x(t)＝s₁(t)+s₂(t)+oae(t)+n_i(t)

x₁(t)＝s₁(t)+s₂(t)+oae(t)+n_i(t)，

x₂(t)＝-s₁(t)-s₂(t)+oae(t)+n_i(t)

x(t)＝x₁(t)+x₂(t)＝2oae(t)+n₁(t)

二、周期自相干去噪方法

三、对以上两种方法任一得到的x₀(t)进行谱分析，通过在2f₁-f₂处的信噪比判断x₀(t)是否存在耳声信号，或者判断其幅值检测是否存在耳声信号。

本发明是耳声探测仪或者耳声筛查仪中DPOAE方案实现方案，可通过各种编程软件实现。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种基于周期自相干原理的畸变产物耳声发射探测方案，其特征在于，包括以下步骤：

1)正反相刺激消除刺激信号

通过麦克风接收到的信号为：

x(t)＝s₁(t)+s₂(t)+oae(t)+n_i(t)

其中，s₁(t)，s₂(t)为刺激信号，oae(t)为耳声信号，s₁(t)，s₂(t)为声电转换刺激信号得到的，是线性，后者由于耳蜗非线性产生，n_i(t)为随机噪声，采用两次刺激，分别为正相和反相刺激，即

x₁(t)＝s₁(t)+s₂(t)+oae(t)+n_i(t)，

x₂(t)＝-s₁(t)-s₂(t)+oae(t)+n_i(t)

两者叠加，去掉接收信号中的刺激信号s₁(t)，s₂(t)

x(t)＝x₁(t)+x₂(t)＝2oae(t)+n₁(t)；

2)对x(t)进行周期自相干去噪

有以下两种方法可实现：

(1)检测单频率信号2f₁-f₂，是一个周期信号，对每一个周期内耳声信号是确定相等信号，淹没在噪声中，对接收到的去掉刺激信号的耳声信号以周期为单位循环移位，与x(t)相加求平均如下式：

<mrow> <msub> <mi>x</mi> <mn>0</mn> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <munderover> <mo>&Sigma;</mo> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>0</mn> </mrow> <mrow> <mi>N</mi> <mo>-</mo> <mn>1</mn> </mrow> </munderover> <mi>x</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>-</mo> <mi>i</mi> <mi>T</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>

其中T＝1/(2f₁-f₂)，N＝τ/T的整数部分，τ为采集信号的长度；

(2)将x(t)按周期T截成N个信号相加求平均，得到x₀(t)；

3)信号检测：对步骤2)得到的x₀(t)进行频域谱分析技术，或者在时域判断其幅值检测是否存在耳声信号。