客观测听 | 耳声发射

客观测听 | 耳声发射

 

 作者 | 刘冬鑫 

 来源 | 听力那点儿事儿 

 

客观测听 | 耳声发射

 

 耳声发射简介 

耳声发射(otoacoustic emission, OAE)是一种产生于耳蜗,经由听骨链和鼓膜传导至外耳道的音频能量。

在之前谈到内耳生理时曾将耳蜗比作为一个声—电转换器,然而,耳蜗不仅仅具有这样被动转换能量的作用,从耳声发射的定义来看,耳蜗还具有一种主动放大的作用。

先来看看关于耳蜗的一些研究成果的历史。

1948 年 Gold 提出耳蜗内可能存在主动性的生理机械耗能过程,正是这一活动特性使得耳蜗具有精细的调谐功能,产生敏锐的频率选择性(这句拗口的话其实想表达的是,人耳可以分别声音频率很微小精细的差别,例如,给你一个 1000Hz 的纯音和一个 1001Hz 的纯音,你能分别出来这两个声音是不一样的)。

1960 年 Bekesy 提出了行波学说,即基底膜的振动可以产生行波。

1971 年 Rhode 报道了基底膜运动的非线性特点,从理论上提出了耳蜗可能存在主动活动的观点。

1978 年 Kemp 首次报道了关于耳蜗能产生耳声发射现象的研究成果,实验证明了耳声发射是耳蜗主动的、耗能的运动所产生的结果。

  行波学说

我们重点来看 Bekesy 的行波学说。

行波学说所讲的是,当外界声音传入内耳后,声音的这种振动形式,会使得基底膜由底部靠近前庭窗开始,呈行波一样振动,并向顶部传播,从而引起听神经兴奋。

客观测听 | 耳声发射

图 1

其具体的振动形式如图 1 所示,例如,当一个频率为 300Hz 的传入内耳后,基底膜在 300Hz 对应的部位振动的幅度最大(这个部位具体是哪不好说,总之符合靠近基底膜底部高频声音振幅最大,靠近顶部低频声音振幅最大的规律)。

然而仅仅依靠行波学说还不能解释人耳对声音的精确分辨能力,例如上述图 1 中 300Hz 的情况,不是只有 300Hz 对应在基底膜上的那个点会振动,300Hz 周围的基底膜也会振动。那么如果只按行波学说解释的话,当外界传入 300Hz 声音的话,人耳听到的不是 300Hz 的纯音,而是以 300Hz 为中心频率的一个窄带噪声(如此的话,那我们还怎么欣赏音乐啊)。

  调谐曲线

行波学说只反映了耳蜗初级的、机械性的对声音的分析作用,现在我们引入调谐曲线的概念,调谐曲线的实验结果可以更进一步阐释耳蜗的频率选择特异性。

客观测听 | 耳声发射

图 2

如图 2,调谐曲线反映了声音刺激强度与基底膜上频率点的反映关系,整张图测定的是基底膜上的某一点(当然从图形来看,测定的是图中切迹所对应的频率点),在这一点上,传入不同频率的纯音(横坐标),然后观察能引起该点产生神经冲动的最小强度(纵坐标)。

可以看出,在图 2 中切迹处,能引起神经兴奋所需要的刺激声强度最小,换句话说,如果不同频率声音的强度相同,那么在该切迹处所引起的神经兴奋程度应该最大。

图 2 中还测出了不同生理条件下的调谐曲线,可以看出,当受损或死亡后,调谐曲线的切迹会变平滑。切迹越尖锐,表示频率选择特异性越强,即如果传入一个 1000Hz 的声音,人耳听到的就是 1000Hz 的声音;切迹越平滑,表示频率选择特异性越差,即如果传入一个 1000Hz 的声音,人耳听到的则是以 1000Hz 为中心频率的窄带噪声。

综上,行波学说阐释了基底膜的物理特性,而没有反映出其生物活性;调谐曲线不但反映出了基底膜的物理特性,还反映出了其生物活性,即一种对声音频率的加权机制。

 耳声发射的产生机制 

目前对于耳声发射的产生机制尚无定论,可以确定的是,当行波传递至基底膜某一处,并在该处引起的振幅最大时,即调谐曲线的切迹处,此处的外毛细胞的胞体会发生伸缩,由此加强该处的神经兴奋的程度,这也是耳蜗主动加权放大机制的物质基础。

另外,有大量实验表明,基底膜上行波的运动呈双向性,不仅如 Bekesy 所述的那样单纯的由耳蜗底部传向顶部,也会从顶部反向传递到底部。

这种现象的可能原因有二:

其一,可能由于基底膜的机械阻抗不均匀,当行波通过某处时,其能量在该处受到阻碍,由此发生折返,逆向传至镫骨底板,再经听骨链、鼓膜传至外耳道,形成耳声反射。

其二,基底膜对相关联的两个声音频率可能产生相互作用,导致行波的运行发生阻碍(畸变产物耳声反射的机制),部分能量折返至外耳道,形成耳声反射。

 耳声发射分类 

按照是否存在外界刺激声信号诱发,耳声发射分为自发性耳声发射(SOAE)和诱发性耳声发射(EOAE)。

其中,诱发性耳声发射根据其刺激声的不同,又分为瞬态声诱发耳声发射(TEOAE)、畸变产物耳声发射(DPOAE)、刺激频率耳声发射(SFOAE)。

各类耳声反射的特点如表 1 所示。

客观测听 | 耳声发射

表 1

耳声发射的特点 

耳蜗整体功能的完整是引出耳声发射的主要前提,其中与耳蜗外毛细胞的功能是否正常密切相关。正常人耳均可记录到诱发性耳声发射,约 50% 的正常人耳可记录到自发性耳声发射。

耳声反射受外耳和中耳功能的影响,外耳或中耳有损伤时可能导致无法引出耳声发射。

一般情况下,耳蜗受损而导致纯音平均听阈大于 40—50dB HL 时,耳声发射消失(蜗后病变也可导致纯音听阈大于 40—50dB HL,但单纯的蜗后病变有可能引出耳声发射)。

下面分别介绍不同耳声发射的特点。

  自发性耳声发射

自发性耳声发射是在外界没有刺激声时,耳蜗自身产生的音频能量,其在频域的记录结果如图 3 所示,图中结果显示记录到了类似纯音的音频能量。

并非所有正常人都能记录到自发性耳声反射,Strickland 报道 40% 的正常听力人群可记录到自发性耳声发射,而 Talmadge 报道的数据则高达 72%(因此综合结果约为上文提到的 50%)。其结果较大的差异性可能是因为较小的样本量和较大的个体性差异。当耳蜗受损导致的听力损失小于等于 25—30dB HL 时,可记录到自发性耳声发射(Bright and Glattke, 1986)。

客观测听 | 耳声发射

图 3

在 Kemp 首次报道耳声发射之后,有学者提出耳鸣是否与自发性耳声发射相关?然而研究结果表明, 能否引出自发性耳声发射与患者是否有耳鸣是相互独立的, 即不存在显著的相关性。基于上述自发性耳声发射的特点, 临床上较少使用该测试进行听力学诊断。

  瞬态声耳声发射

瞬态声耳声发射是 kemp 首次记录到耳声发射所使用的方法。瞬态声指 click 或 tone burst 这类短促的刺激声,刺激声给出后,通常有一定的潜伏期才会记录到反应。

Kemp 还发现,用瞬态声作为刺激声时,其反应具有频散特性(frequency dispersion)。

频散是指反应中的不同频率成分,其出现的时间也是不同的,反应中的高频成分最先被记录到,然后才记录到低频成分。

当然频散的本质是 TEOAE 的反应具有潜伏期,根据基底膜不同区域对不同频率的反应(蜗底高频,蜗顶低频),高频区域的反应潜伏期较短,而低频区域的反应潜伏期较长。

TEOAE 临床测试中的记录界面一般如图 4 所示,图中包含刺激声的时域、频域波形图,反应的时域、频域波形图。

我们主要关注反应的频域波形图,图 4 中含有反应的信号声和噪声,我们主要关注不同频率上的信噪比。 信号声的强度与噪声的强度的比值,称为信噪比。 信噪比无单位,例如,信号声 15dB SPL,噪声 9dB SPL,则信噪比为 15-9=6dB。 临床上一般认为信噪比≥6dB 为引出反应,所以 TEOAE 的结果分析,主要看不同频率上信噪比是否≥6dB,信噪比≥6dB 视为在该频率上引出 TEOAE。

客观测听 | 耳声发射

图 4

  畸变产物耳声发射

畸变产物耳声发射属于诱发性耳声发射,刺激声为两个不同频率的纯音,为了方便描述,称其频率分别为 f1、f2,其强度分别为 L1、L2。

实验表明(如图 5),如果当 f1、f2 相差不多时,(实验中的数据为,f1=1807Hz,f2=2002Hz,L1=65dBSPL,L2=60dB SPL),传入内耳这两个声音,在外耳道主要能记录到其他四个频率的纯音,即 4f1-3f2=1222Hz,3f1-2f2=1417Hz,2f1-f2=1612Hz,2f2-f1=2197Hz。

这一过程可简化理解为传入两个强度大的声音,传出四个强度小的声音。在传出的四个声音中,对于人和其他哺乳动物来说,2f1-f2 这个频率的声音强度最大。因此畸变产物耳声发射的结果,记录的是这个 2f1-f2 频率的反应强度。

客观测听 | 耳声发射

图 5

研究发现,f2/f1 的比值和 L1 与 L2 均可影响 DPOAE 的结果,临床上通常选用 f2/f1=1.2,L1=65dBSPL,L2=55 dB SPL,此时记录到的 DPOAE 效果最佳。

值得注意的是,DPOAE 临床测试中的图形一般如图 6 所示,其横坐标约定俗成是指 f2 的频率,而其对应的纵坐标记录到的是 2f1-f2 的强度,因此横坐标实际记录到的频率应如表 2 所示。(个人也不知道为什么习惯用 f2 作为横坐标,现在我们习惯用 DPOAE 的结果与纯音测试做对比,那么就用 2f1-f2 的频率做对比吧)

客观测听 | 耳声发射

图 6

客观测听 | 耳声发射

表 2

DPOAE 的结果分析主要也是关注信噪比,看不同频率上的信噪比是否≥6dB,信噪比≥6dB 视为在该频率上引出 DPOAE。

耳声发射测试时的注意事项 

耳声发射的测试操作可以算是听力检查中较为简单的,但仍有以下几点注意事项:

  1. 由于耳声反射本质就是耳蜗微弱的主动活动的产物,因此外界噪声对其记录结果影响很大,应尽量降低环境噪声。让患者保持绝对的安静,婴幼儿应在睡眠状态下测试。

  2. 耳塞要严格密闭,如果耳塞松动也可导致记录不到耳声发射。

  3. 测试结果需要多次叠加,叠加可提高结果的信噪比。

  4. 测试前要保证外耳道畅通无异物,在新生儿听力筛查中,若外耳道有耵聍也可导致 DPOAE 未引出。

参考文献:

[1] KempDT. (1978) Stimulated acoustic emissions from within the human auditory system.J Acoust Soc Am. 64, 1386–1391.

[2] Bright KE, Glattke TJ. (1986) Spontaneous otoacoustic emissions in normal ears. In:Collins MJ, Glattke TJ, Harker LA, eds.Sensorineural Hearing Loss. Iowa City, IA: University of Iowa Press; pp 201–208.

[3] Strickland AE, Burns EM, Tubis A. (1985) Incidence of spontaneous otoacoustic emissions ininfants and children. J Acoust SocAm. 78, 931–935.

[4] Talmadge CL, Long GR, Murphy WJ, Tubis A. (1993) New off-line method for detectingspontaneous otoacoustic emissions in human subjects. Hear Res. 71, 170–182.

[5] Lonsbury-Martin BL, Whitehead ML, Martin GK. (1991) Clinical applications of otoacousticemissions. J Speech HearRes. 34 (5), 964–981; .1991, AmericanSpeech-Language-Hearing Association.

相关文章:

▶ 客观测听 | 利用声反射做初步诊断

▶ 客观测听 | 跟我一起认识声反射

▶ 客观测听 | 声阻抗测试——226Hz 鼓室图

▶ 测听 | 纯音测听掩蔽难题(附视频)

▶ 测听 | 纯音测试——手把手教你做掩蔽

▶ 测听 | 纯音测听——手把手教你做骨导掩蔽

▶ 测听 | 相对好耳并不完全正常时的掩蔽难题

▶ 测听 | 纯音测听详解

▶ 测听 | 常见的 8 种听力测试

▶ 听力图 | 你真的读懂听力图了吗?

▶ 听力图 | 一图教你读“懂”听力疾病

▶ 测听 | 游戏测听详解

客观测听 | 耳声发射

始发于微信公众号:听力行业通讯