CN1245048A - 耳声发射听力检测仪及其测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于电子学、计算机和信号处理技术领域,包括对刺激声的播放和耳声发射信号提取的微型探头、对提取到的耳声发射信号进行滤波、放大处理的前置处理单元、对经前置处理后的信号进行处理的计算机系统及控制和处理软件,以及在计算机系统中设置有全双工声卡。本发明与已有的耳声发射听力检测装置相比不但硬件电路大为简化,系统软件具有更强大的功能,而且使用更为方便、直观。

Description

耳声发射听力检测仪及其测试方法

本发明属于电子学、计算机和信号处理技术领域，特别涉及对耳声信号的检测装置及其检测方法。

耳声发射(Otoacoustic Emissions简称OAEs)现象是英国科学家Kemp.D.T在1978年发现的。他在实验中观察到：给耳一个短时声刺激，当刺激声和耳对刺激声的反射完全消失后，还会在外耳道中记录到一种声音。此后人们发现，选用的声刺激不同，记录到的声音也不同；而且即使在没有外界声刺激的情况下，也能记录到某种声音。对于由耳蜗病变造成的感音性耳聋患者，该声音会减弱，甚至消失。耳声发射能快速、无损、客观地反映耳蜗的功能状态，在基础医学、临床诊断、听觉生理研究方面有广阔的前景。

耳声发射信号的声强很弱，不能引起人的听觉意识。置于外耳道中的高灵敏度麦克风可记录到耳道中的声信号。这一信号中包含了耳声信号，但由于它是淹没在噪声中的，所以必须综合利用现代电子学、计算机和信号处理等技术，才能将耳声信号从噪声中检测出来。

英国专利GB2205430A记载了一种耳声发射听力检测系统，其构成如图1所示，包括：微型探头(Speaker，Microphone)、信号前置处理单元、信号采集卡、信号处理卡和计算机系统及控制和处理软件等部分。其中，微型探头负责刺激声的播放和耳声发射信号的提取。信号前置处理负责对探头中Microphone提取到的耳声发射信号进行前置处理，包括滤波、放大等环节。信号采集卡负责对前置处理后的模拟信号进行数字化采样，同时产生刺激声。信号处理卡负责对量化后的耳声发射信号进行数字处理，包括滤波、累加、相干平均、相关和频谱分析等。系统软件负责对整个检测过程的控制，同时完成显示、打印和病案管理等功能。该系统的硬件电路比较复杂，软件的功能较少，使用不甚方便、直观。

本发明的目的在于，为克服已有技术的不足之处，在对上述系统的硬件与软件进行技术革新改造的基础上，提出一种新的耳声发射听力检测仪，使其不但硬件电路大为简化，系统软件具有更强大的功能，而且使用更为方便、直观。

本发明提出一种耳声发射听力检测仪，包括对刺激声的播放和耳声发射信号提取的微型探头、对提取到的耳声发射信号进行滤波、放大处理的前置处理单元、对经前置处理后的信号进行处理的计算机系统及控制和处理软件，其特征在于，在所说的计算机系统中设置有对前置处理后的模拟信号进行数字化采样，同时产生刺激声的全双工声卡。各组成部分连接关系如图2所示。

本发明所说的信号前置处理单元由包括预处理电路、信号滤波处理电路、信号分级放大电路的集成模拟电子电路构成，如图3所示。其工作原理简述如下：在预处理电路中，完成对声学传感器(探头)提取到的生理信号的接收及预处理，并给声学传感器提供正常工作的电源电压。这个由传感器转换的生理信号是一个混合信号，不仅有耳声发射信号，而且含有大量的干扰信号。预处理电路的构成包括带通滤波、电压放大，其功能是对信号进行初步的电压放大和噪声滤除。耳声发射信号经过了预处理后，送入信号滤波处理单元。在信号滤波处理电路中，对信号的高频段和低频段分别进行处理，滤除耳声发射信号的特定频率以外的干扰信号，以便对其进行进一步的处理。进入分级放大电路单元，信号被分别放大到不同的电压值，经A/D后，由多媒体计算机及控制和处理软件进行分析、处理。

本发明的系统控制、处理软件是用Delphi编写的Windows应用程序，包括信号检测与病案管理两大部分功能模块，所说的信号检测出测试界面模块、多媒体控制模块和信号处理模块组成，所说的病案管理由病案建立模块、病案保存模块、打印测试结果模块、病案检索模块组成。

本发明采用上述仪器的一种耳声发射信号测试方法，其具体步骤包括：

1)为新病人建立病案。对于复查病人，则打开原有病案，并建立新记录；

2)放置探头，并检查探头放置是否合适。如果探头放置合适，噪声的频谱应

  当是均匀分布，幅度谱成平坦状，否则，应当重新放置；

3)若探头放置合适，至4开始测试。若放置不合适，至3调整探头位置后继

  续进行2的检查；

4)按照瞬态诱发耳声发射、变调失真耳声发射、变调失真耳声发射听力图的

  要求分别设置刺激参数，发出刺激声，根据噪声直方图，设置噪声阈值，

  开始正式测试；

5)录制耳声发射信号；

6)根据所显示的有效次数变化的情况来判断本次刺激是否有效，噪声水平是

  否低于拒噪阈值，并适当调整拒噪阈值；若刺激有效且噪声低于拒噪阈值，

  则至7。否则就抛弃本次结果，至8；

7)将耳声发射信号存入相应的数据缓冲区，并进行上已述及的实时信号处

  理；

8)判断是否达到要求的刺激次数或用户是否要求停止测试。若是则至9；若

  否则至5，进行下一次测试；

9)停止测试，进行后处理，显示检测结果；

10)存储病案，测试结束。

本发明具有如下特点：

其一，使系统的硬件电路大为简化。本发明采用全双工声卡的，取代了传统意义上进行数字信号处理所必需的信号采集卡(A/D，D/A)，声卡能完成已有技术中信号采集卡的所有功能。同时由于声卡是计算机的一个标准部件，对其的控制更为便捷，系统也更具功能模块化的特性，功能扩展也更方便。本发明的前置处理电路，采用集成模拟电子电路芯片完成滤波和放大。同时省去了已有技术中的信号处理卡，其功能全部改由系统软件中的信号处理功能来完成。

其二，本发明的系统控制、处理软件使用更为方便。在功能上，增加了两项耳声发射信号的检测，使之能检测瞬态诱发耳声发射、变调失真耳声发射和变调失真耳声发射听力图，而已有技术只能检测瞬态诱发耳声发射。

其三，本发明建立的病案管理数据库。可输入多项检查结果，记录多次就医情况。可按病案号、姓名、年龄、职业、病史、日期等方式进行检索，打印输出相关信息，供临床医生诊断、研究。

附图简要说明：

图1为已有技术的系统构成框图。

图2为本发明的系统构成框图

图3为本发明的信号前置处理单元构成框图

图4为本实施例的预处理电路原理图。

图5为本实施例的滤波处理电路原理图。

图6为本实施例的低放大倍数放大器电路原理图。

图7为本实施例的高放大倍数放大器电路原理图。

图8为本实施例的系统控制、处理软件构成框图。

图9本实施例的耳声发射信号测试的基本流程框图。

本发明提出一种耳声发射听力检测仪实施例，由硬件电路及软件两大部分组成，结合各附图详细说明如下：

本实施例硬件电路总体构成如图2所示，包括由一个微型麦克风和一或两个微型扬声器所构成的微型探头、信号前置处理单元和内设置有全双工声卡的多媒体计算机。其中，信号前置处理单元由包括预处理电路、信号滤波处理电路、信号分级放大电路的集成模拟电子电路构成，如图3所示。

预处理电路选择集成高精度仪器仪表放大器件AD624，器件内部具有三运放放大电路，其电路原理如图4所示，其放大倍数可选，共模抑制比(CMRR)高。由声学传感器提取到的生理信号送入前置放大电路，经过放大、高频滤波处理，信号的幅度增大、低频干扰减少，提高信号的信噪比。

本实施例的信号前置处理单元中的滤波处理电路是由高通滤波、低通滤波构成的带通滤波器。其电路原理如图5所示，该带通滤波器采用集成通用滤波器芯片UAF42，外部元器件参数由专用软件设计，确定滤波器的截止频率。芯片内部电容的精度为0.5％，外部电路中电阻的精度为0.1％。

本实施例中，信号通过前级放大器、滤波器的处理后，分别送入由LF444线性放大器构成的低放大倍数放大电路和高放大倍数放大电路，如图6和图7所示。电路中电阻的精度为0.1％，通过这两部分电路对信号进行精细调整，使其符合数据处理要求。

本实施例的软件部分实现对测试系统的整体调控，包括对各种耳声发射信号的检测、处理，多媒体控制和病案管理。其组成如图8所示，包括对信号检测与病案管理两大部分，所说的信号检测由测试界面模块、多媒体控制模块和信号处理模块组成，所说的病案管理由病案建立模块、病案保存模块、打印测试结果模块、病案检索模块组成。各部分分别说明如下：信号检测部分：

这个部分包括瞬态诱发耳声发射信号、变调失真耳声发射信号和变调失真耳声发射听力图的检测、处理和结果显示，具体功能为：

1.测试界面：包括探头位置的检测界面，瞬态诱发耳声发射、变调失真耳声发

  射和变调失真耳声发射听力图的检测界面，以及各种耳声发射信号的检测参

  数和检测结果的实时显示，如噪声水平、噪声阈值、耳声发射信号强度、测

  试次数、相关率等。各项测试前，还可根据实际情况设置和调节测试参数。

2.多媒体控制：控制全双工声卡，发出各种刺激声(click声或纯音)，调节刺

  激声强度和频率等参数，同时实现耳声发射信号的录制。

3.信号处理：

  (1)通用算法：在检测各种耳声发射信号时都要使用到的算法。它们是数

     字滤波、快速傅立叶变换(FFT)、AR谱分析、相干平均和噪声估计等。

  (2)专用算法：检测不同耳声发射信号时使用的特殊的信号处理方法。包

     括检测瞬态诱发耳声发射时用的非线性差分平均、检测变调失真耳声

     发射时用的相位对齐算法及探头位置检测算法等等。

这些信号处理方法也可按照处理的实时性分为实时处理和后处理。实时处理算法有非线性差分平均、相干平均、噪声估计、数字滤波、FFT、AR谱分析等。后处理则包括消除刺激声伪迹、作波形互相关，计算互谱和差谱等。病案管理部分：

对受试者的病案进行系统的数据库管理。本实施例数据库是根据中国耳科临床需要而建立的一个全中文的病案管理数据库。采用Delphi数据库引擎，可实现病案的建立、保存、检索、修改等功能。本实施例的耳声发射信号测试基本流程如图9所示，适用于各种耳声发射信号的测试功能(模块)，如图8中的测试界面的“测试探头位置”、“测试TEOAE”、“测试DPOAE”、“测试DP_GRAM”’以及“结果显示”，其具体步骤包括：

1)为新病人建立病案。对于复查病人，则打开原有病案，并建立新记录(见

  图8“病案管理”框图下“病案建立”和“病案检索”)；

2)放置探头，并检查探头放置是否合适。(见图8“测试界面”框图下“测

  试探头位置”)如果探头放置合适，噪声的频谱应当是均匀分布，幅度谱

  成平坦状，否则，应当重新放置；

3)若探头放置合适，至4开始测试。若放置不合适，至3调整探头位置后继

  续进行2的检查；

4)按照瞬态诱发耳声发射(TEOAE)、变调失真耳声发射(DPOAE)、变调失真

  耳声发射听力图(DP_GRAM)的要求分别设置刺激参数(刺激频率、刺激

  波形、刺激次数、刺激强度)，发出刺激声，根据噪声直方图，设置噪声

  阈值，开始正式测试(见图8“多媒体控制”下的“刺激”)；

5)录制耳声发射信号(见图8“多媒体控制”下的“响应”)；

6)根据所显示的有效次数变化的情况来判断本次刺激是否有效，噪声水平是

  否低于拒噪阈值，并适当调整拒噪阈值；若刺激有效且噪声低于拒噪阈值，

  则至7。否则就抛弃本次结果，至8(见图8“信号处理”框图下的“通

  用算法”)；

7)将耳声发射信号存入相应的数据缓冲区，并进行上已述及的实时信号处理

  (见图8“信号处理”框图下的“专用算法”)；

8)判断是否达到要求的刺激次数或用户是否要求停止测试。若是则至9；若

  否则至5，进行下一次测试(见图8“信号处理”)；

9)停止测试，进行后处理，显示检测结果(见图8“信号处理”框图下的“通

  用算法”、“通用算法”和“测试界面”框图下的“结果显示”)；

10)存储病案，测试结束(见图8“病案管理”框图下的“病案保存”)。

本实施例功能模块的实现方法：

1、瞬态诱发耳声发射(TEOAE)的检测：

瞬态诱发耳声发射是以瞬变短声(80微秒)诱发的耳声发射信号。从刺激声之后5ms后便可记录到。由于瞬态诱发耳声发射信号经常淹没在较强的背景噪声中，因此，在A/D采样之前，要先通过一个模拟滤波器，带宽0.3-10kHz之间。并采用非线性差分平均、数字滤波、设噪声拒绝阈值、加升正弦窗来消除噪声的影响。为了证实瞬态诱发耳声发射的存在，将响应信号分奇偶次存入两个不同的缓冲区中，分别进行迭加，得到两个相互独立的相干平均结果，通过计算这两个结果的相关率可看出瞬态诱发耳声发射信号的可重复性。相关率越高，表明确实有确定性的诱发响应存在，而非随机噪声，因为噪声不可能表现出这种相关性。

2、变调失真耳声发射(DPOAE)的检测：

变调失真耳声发射信号是以两个连续的纯音或具有长时延的纯音脉冲(100ms)诱发的耳声发射信号。刺激强度都是70dBspl。两个刺激声的频率比f2/f1一般为1.22时综合效果最佳。刺激声频率范围0.3-6kHz以上，因此采样率采用22.05kHz。检测变调失真耳声发射采用的是频率分离方法。A/D采样前的处理与瞬态诱发耳声发射相同。采样之后，先采取整周期截取法来对齐相位，采用相干平均来消除噪声，采用FFT来提取耳声发射信号的频率分量。

3、变调失真耳声发射听力图(DP_GRAM)的测试：

变调失真耳声发射听力图的测试方法本质上和变调失真耳声发射相同，只是在测试变调失真耳声发射听力图时刺激声的频率是从低到高、间隔1/2倍频程依次变化的，把每一个频率点的变调失真耳声发射的结果综合在一张图上。其中，由于变调失真耳声发射听力图测试的频率点很多，我们选择其中一个特定的频率的刺激声用于自动调节音量。在测试之前，用户可设置刺激声强度、刺激声频率起止范围和频率间隔等参数；可选择相干平均的方式(时域或频域)；可选择是否在测试时自动调节音量。在测试过程中，有两种测试方式可选择(定频和扫频)。若采用定频方式，刺激声的频率将不会改变，而是在用户选定的频率处进行多次刺激、多次累加，以便更好的消除噪声，突出变调失真耳声发射信号。若选择扫频方式，刺激声频率会从低到高依次改变。

Claims (4)

1.一种耳声发射听力检测仪，包括对刺激声的播放和耳声发射信号提取的微型探头、对提取到的耳声发射信号进行滤波、放大处理的前置处理单元、对经前置处理后的信号进行处理的计算机系统及控制和处理软件，其特征在于，在所说的计算机系统中设置有对前置处理后的模拟信号进行数字化采样，同时产生刺激声的全双工声卡。

2.如权利要求1所述的耳声发射听力检测仪，其特征在于，所说的信号前置处理单元由包括预处理电路、信号滤波处理电路、信号分级放大电路的集成模拟电子电路构成。

3.如权利要求1所述的耳声发射听力检测仪，其特征在于，所说的控制和处理软件包括信号检测与病案管理两大部分功能模块，所说的信号检测由测试界面模块、多媒体控制模块和信号处理模块组成，所说的病案管理由病案建立模块、病案保存模块、打印测试结果模块、病案检索模块组成。

4.一种采用如权利要求1所述的耳声发射听力检测仪的耳声发射信号测试方法，其具体步骤包括：

1)为新病人建立病案。对于复查病人，则打开原有病案，并建立新记录；

2)放置探头，并检查探头放置是否合适。如果探头放置合适，噪声的频谱应

  当是均匀分布，幅度谱成平坦状，否则，应当重新放置；

3)若探头放置合适，至4开始测试。若放置不合适，至3调整探头位置后继

  续进行2的检查；

4)按照瞬态诱发耳声发射、变调失真耳声发射、变调失真耳声发射听力图的

  要求分别设置刺激参数，发出刺激声，根据噪声直方图，设置噪声阈值，

  开始正式测试；

5)录制耳声发射信号；

6)根据所显示的有效次数变化的情况来判断本次刺激是否有效，噪声水平是

  否低于拒噪阈值，并适当调整拒噪阈值；若刺激有效且噪声低于拒噪阈值，

  则至7。否则就抛弃本次结果，至8；

7)将耳声发射信号存入相应的数据缓冲区，并进行上已述及的实时信号处

  理；

8)判断是否达到要求的刺激次数或用户是否要求停止测试。若是则至9；若

  否则至5，进行下一次测试；

9)停止测试，进行后处理，显示检测结果；

10)存储病案，测试结束。

Images