專利名稱：基于過采樣多頻多幅聯合估計聽覺誘發電位的測聽裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及聽覺誘發電位客觀聽力測試領域，具體涉及基于過采樣多頻多幅聯合估計聽覺誘發電位的測聽裝置。
背景技術：
在臨床的聽閾評價測試方法中，分為主觀聽力測試和客觀聽力測試。主觀側聽是讓受試者對所聽到的聲音信號進行主觀表達，或是測試者通過受試者的聽覺行為加以判定。常用的方法包括純音測聽、聲場測聽、篩選儀測聽和言語測聽等。主觀測聽由于是靠主觀加以判定的測聽，易受各種因素的影響，諸如心理、精神、智力、環境和身體因素等，對測試者技巧要求較高。客觀測聽則無需受試者配合，不受主觀意識影響，因此，客觀測聽方法在聽力門診工作中占相當重要的地位，尤其用于不能或不愿配合行為測聽人群，如嬰幼兒，情感或者人之功能障礙者，昏迷或者麻醉病人以及為了索賠、勞保等特殊因素而有夸大聽力損失傾向不愿配合測聽的患者。聽覺誘發電位測試屬于客觀測聽，目前臨床應用比較廣泛的有聽性腦干反應(ABR)、40Hz相關電位(40Hz AERP)和多頻穩態聽覺誘發反應(multiple auditory steady-state evoke responses，ASSR)。ABR因其刺激聲是短聲，頻率特性差，刺激強度不夠大，以至很多聾兒得不到結果。40Hz相關電位頻率特性要好于ABR，但主要反映的是低頻區聽力狀況，其結果不能反映中、高頻區的聽力狀況，且受睡眠影響大，測試結果不穩定。多頻穩態聽覺誘發反應測試是近年來發展起來的一種客觀聽力檢測技術，因為其測試結果頻率特異性高，客觀性強，可適用于重度和極重度耳聾患者，所以在臨床應用上面越來越受重視。ASSR是由周期性調幅(AM)、調頻(FM)、既調幅又調頻的持續聲或者刺激速率在 1-200HZ的短聲或短純音誘發的穩態腦電反應，反應的相位與刺激信號相位具有穩定的關系。ASSR由整個聽覺系統產生，可于頭皮記錄到隨時間周期性變化的波形即時域波形。ASSR的測聽基本原理是當調制聲波刺激耳蝸基底膜上相應部位聽覺末梢感受器時，其聽覺神經發出神經沖動，經聽覺傳導通路傳到聽覺中樞，并引起頭皮表面電位變化。當一定強度的刺激聲音按照低頻正弦波進行變化時，不同的載波刺激聲音會引起不同部位聽覺末梢感受器興奮，并且這種興奮能按照調制頻率來產生。整個聽覺傳導通路、大腦皮層和頭皮表面的神經沖動或者電位也是按照同樣頻率變化。采集誘發電位信號，在頻譜上估算在調制頻率點上誘發電位的響應幅度，即可測量和評價聽覺末梢感受器對每個載波聲音的反應。ASSR臨床多采用調制頻率為70-1 IOHz的AM音測試音頻O50_4000Hz)閾值。因為AM純音頻率特異性好，頻譜窄，不像短聲和短純音發生頻譜畸變，而且容易被助聽器和人工耳蝸處理，沒有時間的中斷，聲音放大時信號畸變小。當調制頻率為80-105ΗΖ時，可同時雙耳給聲，每側多達4個載頻，只要同側的各載頻之間相差一個倍頻程，目前國際標準采用0. 5、1、2、4ΚΗζ，強度在75dB SPL以下不會影響反應振幅。[0007]然而傳統的ASSR測聽技術存在一系列缺點1.目前臨床聽力測試只對載頻為0. 5、l、2、4KHz等四種頻率附近的聲音的聽覺反應進行測試，而人耳的聽覺模型是類似于由一組25個帶通濾波器構成，只采用四種頻率聲音，無法針對聽障人士聽覺系統中有損傷的頻段進行全面的分析或者重點檢查。而且，人實際的聽覺頻響曲線是一條平滑曲線，由4個頻點連接而成的曲線無法完全反映真實聽覺頻響特性。2.在采用多頻調制聲音同時刺激時，由于現有采用的頻譜分析技術落后，頻譜分辨率低，同側各載頻之間須要相差一個倍頻程，在80-105HZ的頻段范圍內，最多只能分配8 個頻點作為調制頻率(每側4個)，制約了同時能檢查的頻率數目，檢查效率低，檢查耗時長。例如測試嬰兒雙耳8種頻率的聽力閾值約需要58分鐘。另外，聲音長時間對人耳的刺激容易造成耳朵與大腦疲勞，抑制聽覺誘發反應的產生，影響檢查結果的準確性。3.聽覺誘發電位在腦電波信號中屬于弱信號，單純采用加權平均的方法難以在低信噪比環境對弱信號的反應幅度進行精確估計。因而只能判斷檢查對象的聽閾，不能對各級響度的等響曲線進行檢查。

實用新型內容有鑒于此，本實用新型的目的是提供基于過采樣多頻多幅聯合估計聽覺誘發電位的測聽裝置，實現快速檢測各個響度級的高精度個性化聽覺頻響曲線。本實用新型能夠誘發出具有良好頻率特異性的聽覺誘發電位，能夠快速精確擬合出聽覺系統各個響度級平滑的客觀聽覺頻響曲線，為聽障人士配置個性化的助聽器提供更具體全面的參數。本實用新型的目的通過以下技術方案實現。基于過采樣多頻多幅聯合估計聽覺誘發電位的測聽裝置，包括設備控制模塊、調制聲音發生裝置、數據采集裝置和數據處理分析模塊，其中，調制聲音信號發生裝置、數據采集裝置和數據處理分析模塊分別與設備控制模塊相連接；所述設備控制模塊包括中央控制單元、數據存儲器、操作設備以及顯示面板，其中，數據存儲器、操作設備和顯示面板分別與中央控制單元相連接，中央控制單元用于控制調制聲音發生裝置、數據采集裝置和數據處理分析模塊的工作，以及各模塊之間的數據傳輸；數據存儲器用于存儲采集到的以及處理后的數據；操作設備用于給使用者提供操作平臺；顯示面板用于顯示操作參數、工作流程以及測試結果；所述的調制聲音發生裝置用于輸出多頻復合的調制聲音；所述的數據采集裝置用于采集誘發電位信號，并對其預處理和采樣；所述的數據處理分析模塊用于分析和提取誘發電位信號，數據處理分析模塊向設備控制模塊的數據存儲器讀取采樣所得的數據，對樣本數據進行分析處理，提取出聽覺誘發電位的信息，擬合出檢查對象的各響度級聽覺頻響曲線，把處理結果送回設備控制模塊。上述的基于過采樣多頻多幅聯合估計聽覺誘發電位的測聽裝置，所述的調制聲音發生裝置能最多同時輸出22路的調制聲音。上述的基于過采樣多頻多幅聯合估計聽覺誘發電位的測聽裝置，所述調制聲音發生裝置包括調制信號發生器、D/A轉換器、音頻功率放大器以及雙聲道耳機，其中，調制信號發生器、D/A轉換器、音頻功率放大器以及雙聲道耳機依次連接；調制信號發生器內部產生的多個正弦純音信號，經過調制合成多個調制信號組成的復合信號輸出，即能夠產生調制頻率為80-125HZ、載波頻率為250Hz-13500Hz的調制數字信號；由設備控制裝置控制輸出后，經過D/A轉換器轉換成連續的模擬信號，經過音頻功率放大器放大，由雙聲道耳機輸出到檢查對象的雙耳。上述的基于過采樣多頻多幅聯合估計聽覺誘發電位的測聽裝置，所述的數據采集裝置包括安置在人頭皮表面的誘發電位采集電極、生理信號放大器、帶通濾波器以及A/D 轉換器，其中，誘發電位采集電極、生理信號放大器、帶通濾波器和A/D轉換器依次連接；誘發電位采集電極采集到連續的誘發電位信號后，由生理信號放大器將其功率放大，用帶通濾波器將部分噪聲過濾，最后用A/D轉換器對該模擬信號進行過采樣，轉換成數字信號輸入到設備控制模塊的數據存儲器。上述的基于過采樣多頻多幅聯合估計聽覺誘發電位的測聽裝置，所述的調制聲音發生裝置同時輸出22路的調制聲音，利用22個不同調制頻率和載波頻率的AM調制聲音同時刺激人耳，同時誘發出多個ASSR ；所述數據處理分析模塊采用多頻多幅聯合估計的頻譜估計算法，估算出聽覺誘發電位中調制信號的幅度，從而估算出每個調制信號對應的載波信號的反應，根據各組幅度響應擬合出各級聽覺頻響曲線。上述基于過采樣多頻多幅聯合估計聽覺誘發電位的測聽裝置的測聽流程包括以下步驟步驟1 設置檢查環境和檢查參數。檢查需要在標準聽力測聽室中進行，房間環境需要達到GBT16403的要求。用戶為聽力檢查對象帶上耳機，將記錄電極置于額頭，眉心接地，雙耳垂分別為參考電極。在設備上選擇檢查參數，用戶可以選擇單耳測試或者雙耳同時測試模式。刺激聲音為AM正弦調幅聲，設置測試頻率的數量M，選擇載波頻率為f^f^、 f。3、··4。 ，對應的調制頻率為乙1、&2、^3、…f^。選擇測試聽閾曲線到痛域曲線之間各級聽覺等響曲線的數目，設置測試刺激聲音的初始強度、測試刺激聲強度增加的步長。步驟2 用調制聲音刺激檢測對象的雙耳，提取聽覺誘發電位信號。信號發生裝置以初始設定的最小強度發出持續的多頻調制信號，通過耳機發出多頻調制聲音刺激檢查對象耳膜。誘發電位記錄電極采集檢查對象的聽覺誘發電位，將其進行信號放大和濾波，對預處理后的模擬信號按照fs的采樣頻率(采樣周期為Ts)進行過采樣，當采樣點數目達到L*N 時停止采樣。其中，L、N為正整數，且需要滿足N*TS的時間必須為復合調制刺激聲音的各個調制信號周期的最小公倍數。步驟3 將時域表示的誘發電位信號轉換成用頻域表示，在調制頻率的頻譜區間找出M個譜峰。對把采樣所得的聽覺誘發電位數字信號劃分為L個長度為N的區間段。將這L段區間中對應的每個采樣點的值進行加權平均，計算出y(n)，0<n<N-l。把y(n)用頻域表示為Y (ω k)。在頻譜上，分別以混合調制刺激聲音的M個調制頻率為中心，劃分M個子區間段，在每個子區間中的譜峰為h，譜峰頻率為ω 幅度為Y (ω J。步驟4 估算聽覺系統對每種頻率的調制聲音的響應幅度和頻率。利用多頻多幅聯合估計算法估算出每個調制信號的響應幅度i、2、i、··· 1^，以及調制頻率 ω\ > 02 > 3 > * * * Om 。其中，幅度估算公式為C
知+1 A =
Σ I^jr smI^-" Ig
M0-I_sm ^fe -ω )12)
辨、
Sin2I^ -ω )/2)
V k=k0-iy 調制頻率估算公式為
， W2-W2 +k
ω ^1I2+W J+^ol2 凡
把估算得的頻率與調制頻率ωρ ω2、ω3、…ω Μ相比較，分別計算出誤差 。若
于可接受誤差σ Μ，則認為該頻點上的測試聲音并未被檢查對象所感知，或者受噪聲影響較大而不予采用。人聽閾響度的聲響誘發出的聽覺誘發反應，其頻譜上幅度響應的經驗值至少為Amin(l。若某個1/」、于Amintl，則認為該頻點的調制刺激聲未被檢查對象所感知。步驟5 擬合聽閾響度上的聽覺頻響曲線。在沒有產生穩態聽覺誘發反應的頻點上，將其調制聲音的強度提高一個單位步長，而對于能誘發出穩態聽覺誘發反應的頻點，其調制聲音強度保持不變。重復步驟2到步驟4，當在M個頻點上都剛好能誘發出頻響幅度為 Amintl的穩態聽覺誘發電位時停止。記錄各個調制頻率ωΜ所對應的聲級強度，即各個￡。 所對應的聲級強度。利用最小二乘法把M個數據擬合出一條平滑曲線，該曲線就是檢查對象的聽閾頻響曲線。步驟6 同時提高每個頻點的聲級強度，把參考穩態聽覺誘發電位的頻響幅度依次提高至Amin i、Amin u、Aminlll…，參照步驟2到步驟5的方法，即可依次擬合出從聽閾到痛閾之間響度級為I、II、IIl···的聽覺頻響曲線。與現有技術相比，本實用新型具有以下優點和技術效果1.在一般的誘發電位測聽過程中，只能用特定頻率的聲音刺激聽覺系統，無法對檢查對象在各頻段的聽力狀況進行全面分析。在本實用新型中，誘發電位信號頻率和幅度的估計只跟譜峰與其左右共三根譜線，以及采樣點數有關。當采樣點數越多，結果就越能接近CR邊界。因此在對信號進行過采樣的基礎上，具有非常高的頻譜分辨率，能夠在低信噪比的環境下進行頻譜估計。在窄頻段內可以分配多個不受相鄰頻率所干擾的頻點作為調制頻率。當多頻調制聲音同時刺激人耳時，載頻之間的距離可以縮短，不須要相隔至少一個倍頻程。因此，本實用新型能夠實現最多同時對聽力系統的22種頻率的聲音頻響進行檢測， 檢測時間也大幅縮短，實現快速檢測。2.對于不同的患者，可以根據其實際情況選取不同的測試模式，調整測試參數。對聽力上有問題的頻段可以增加測試的頻點重點檢查。對正常的頻段可以降低檢測頻點的密集度。在保證檢查數據的準確度的前提下，節省檢查時間。3.傳統聽覺頻響的測試，測試頻點少，所描畫的聽覺曲線只把四個表示檢查結果的點用直線連接起來。而人的聽覺頻響曲線是平滑的連續曲線。由于本實用新型的可測試頻點最多可達22個，因此可以擬合出更平滑的聽覺頻響曲線，更接近人實際的聽力狀況。4.傳統客觀測聽只能通過用大量數據進行加權平均，以此來判定是否產生誘發反
6應來獲得患者的聽閾。本實用新型能夠精確估計出誘發電位的幅度與頻率，測試結果比原來的方法更準確。能夠檢測出患者從聽閾到痛域之間的聽覺等響曲線。檢測結果對檢查對象的聽力評估更全面，為聽障人士配置舒適的個性助聽器提供更多的參考數據。

圖1是本實用新型裝置的結構示意圖；圖2是多頻穩態聽覺誘發反應在頻譜上的示意圖；圖3是本實用新型實施例中數據采集和分析處理的流程圖。
具體實施方式
下面結合實施例及附圖對本實用新型作進一步詳細的描述，但本實用新型的實施方式不限于此。如圖1所示，所述裝置包括了設備控制模塊1、調制聲音信號發生裝置2、數據采集裝置3和數據處理分析模塊4。所述裝置的設備控制模塊1包括了中央控制單元11、數據存儲器12、操作設備13 以及顯示面板14。其中，中央控制單元11采用ARM作為內核，用于控制調制聲音信號發生源2、數據采集裝置3和數據處理分析模4塊等外圍設備的工作，以及各部分模塊之間的數據傳輸。數據存儲器12用于存儲檢測數據，可供中央控制單元11和數據處理分析模塊4 進行讀寫數據。操作設備13于給使用者提供操作平臺，顯示面板14用于顯示操作參數、工作流程以及檢查結果。所述的調制聲音發生裝置2用于輸出多頻混合的調制聲音，能最多同時輸出22路的調制聲音。其包括了調制信號發生器21、D/A轉換器22、音頻功率放大器23以及雙聲道耳機M。調制信號發生器21內部產生的多個正弦純音信號，經過調制合成多個復合調制信號。能夠產生調制頻率在80-125HZ之間、載波頻率在250Hz-13500Hz之間的調制數字信號。由設備控制裝置控制輸出后，經過D/A轉換器22轉換成連續的模擬信號，經過音頻功率放大器23放大，由雙聲道耳機M輸出到檢查對象的雙耳。所述的數據采集裝置3用于采集誘發電位信號，并對其預處理和采樣。其包括了安置在人頭皮表面的誘發電位采集電極31、生理信號放大裝置32、10Hz-300Hz的帶通濾波器33以及A/D轉換器34。誘發電位采集電極31采集到連續的誘發電位信號后，由生理信號放大器32將其功率放大，用帶通濾波器33將部分噪聲過濾，最后用A/D轉換器34以頻率為fs的采樣率對該模擬信號進行過采樣，所得的數字信號通過USB接口輸入到設備控制模塊1中的數據存儲器12，以備數據處理分析模塊4進行讀取。所述的數據處理分析模塊4用于分析和提取誘發電位信號，采用數字信號處理器 (DSP)來實現其功能。DSP向數據存儲器12讀取采集數據，利用本實用新型多頻多幅聯合估計的算法，將聽覺誘發電位的信號提取出，然后加以分析，擬合出檢查對象的聽覺頻響曲線，把結果送到設備控制模塊。如圖3所示，是本實用新型數據采集和分析處理的流程圖，具體包括了以下步驟步驟1 設置檢測條件和檢測要求。檢測需要在標準聽力測聽室中進行，房間環境需要達到GBT16403的要求。用戶為參加聽力檢查的對象平躺在床上，帶上通用的氣壓式雙聲道耳機對，將誘發電位采集電極31置于額頭，眉心接地，雙耳垂分別為參考電極。在操作設備13上面選擇檢測參數，用戶可以選擇單耳測試或者雙耳同時測試模式。選擇刺激聲音為AM正弦調幅聲，設置測試頻率的數目，選擇載波頻率對與對應的調制頻率。測試頻率的數目、載波頻率對和調制頻率的選擇是根據人耳存在的聽覺掩蔽效應來決定。當兩個響度不等的聲音作用于人耳時，響度較高的頻率成分的存在會影響到響度較低的頻率成分的感受，使其變得不易察覺，即由于一個聲音的存在，使另一個聲音的聽閾上升。因為人的聽覺系統就像是一個頻率的分析器，范圍大致是從20Hz到20kHz左右，所以可以將這個聽覺系統劃分為M個臨界頻帶。若一個純音可以被以它為中心頻率，并且具有一定頻帶寬度的連續噪聲所掩蔽，如果在這一頻帶內噪聲功率等于該純音的功率，這是該純音處于剛能被聽到的臨界狀態，即稱這一帶寬為臨界帶寬，這一個帶為該中心頻率的臨界帶。現實生活中，對人有信息量的聲音只集中在一部分，因此，本實用新型在檢查人聽力的時候，只集中針對中心頻率為250Hz到13. 5kHz的22個臨界頻帶進行檢測。當把多頻調制聲音對人耳進行刺激的時候，為了防止各載波聲音之間相互掩蔽，各載波頻率取值為臨界頻帶的中心頻率。而調制頻率則選取在80-125HZ的頻段范圍，在此范圍選取22個頻率點。本實用新型中，多頻調制刺激聲音所選取的調制頻率和載波頻率，如表1所示。表 1
臨界帶序號調制頻率 (Hz)載波頻率 (Hz)臨界帶序號調制頻率 (Hz)載波頻率 (Hz)1802501210221502823501310425003844501410629004865701510834005887001611040006908401711248007921000181145800894117019116700099613702011885001098160021120105001110018502212213500 參照表1，設置測試頻率的數目M為22，選擇載波頻率對與對應的調制頻率。選擇測試聽閾曲線到痛域曲線之間各級聽覺等響曲線的數目，設置測試刺激聲音的初始強度、 測試刺激聲強度增加的步長。把各項測試參數設置完畢，待檢查對象平躺十分鐘后即可進行測試。
8[0054]步驟2 用調制聲音刺激檢測對象的耳朵，提取聽覺誘發電位信號。中央控制單元 11向調制信號發生裝置2發出指令，調制信號發生器21以初始設定的最小強度發出持續的多頻調制信號，經過D/A轉換器22進行數模轉換，音頻功率放大器23進行功率放大之后， 通過雙聲道耳機M發出多頻調制聲音刺激被測試患者耳膜。此時誘發電位記錄電極31采集到患者穩態的聽覺誘發電位。將采集到的聽覺誘發電位信號通過生理信號放大器32進行信號放大，通過帶通濾波器33把10Hz-300Hz范圍以外的噪聲過濾，對處理得的模擬信號用A/D轉換器34按照fs為IMHz的采樣頻率(采樣周期Ts為1 μ s)進行過采樣，直到采樣點數目達到ION為止。其中，N為正整數，且需要滿足N*TS的時間必須為復合調制刺激聲音的各個調制信號周期的最小公倍數。把過采樣所得的數據傳送到數據存儲器12，以備數據處理分析模塊4向其讀取數據進行分析處理。步驟3 將時域的誘發電位信號轉換成用頻域表示，在調制頻率的頻譜區間找出 22個譜峰。數據處理分析模塊4向數據存儲器12讀取采樣所得的聽覺誘發電位數據，將其分為10個長度為N的區間段，表示為Y1 (n)、y2 (η)，y3 (η)、... y10 (η)，0 < η < N_1。將這10 段區間中對應的每個采樣點的值進行加權平均，計算出y(n)。把y(n)進行快速傅里葉變換
2N-1
(FFT)，得到Y(cok)，表達式為;F (%) = X y(n)e-J^" ，cok = k s。在頻譜上，分別以
H = O
復合調制刺激聲音的22個調制頻率為中心，劃分22個子區間段，在每個子區間中選擇選擇響應幅度最大的譜線kM(l(若出現幅度相同的兩根譜線，以頻率更接近中心頻率的為最佳選擇)，作為信號幅度和頻率估計的譜峰，該子區間段的譜峰頻率為ω_，其幅度為Υ(ωΜ(ι)。步驟4 利用多頻多幅聯合頻譜估計算法估算檢查對象的聽覺系統對每種頻率的調制聲音的響應幅度與頻率。多頻多幅聯合頻譜估計算法的推導過程如下首先對原始信號y (η)以采樣率為的= π/N速率進行采樣，然后進行FFT變換，得到Y( k)，其表達式如公式(1)所示
權利要求1.基于過采樣多頻多幅聯合估計聽覺誘發電位的測聽裝置，其特征在于包括設備控制模塊、調制聲音發生裝置、數據采集裝置和數據處理分析模塊，其中，調制聲音信號發生裝置、數據采集裝置和數據處理分析模塊分別與設備控制模塊相連接。
2.根據權利要求1所述的基于過采樣多頻多幅聯合估計聽覺誘發電位的測聽裝置， 其特征在于所述設備控制模塊包括中央控制單元、數據存儲器、操作設備以及顯示面板，其中，數據存儲器、操作設備和顯示面板分別與中央控制單元相連接。
3.根據權利要求1所述的基于過采樣多頻多幅聯合估計聽覺誘發電位的測聽裝置，其特征在于所述調制聲音發生裝置包括調制信號發生器、D/A轉換器、音頻功率放大器以及雙聲道耳機，其中，調制信號發生器、D/A轉換器、音頻功率放大器以及雙聲道耳機依次連接。
4.根據權利要求1 3任一項所述的基于過采樣多頻多幅聯合估計聽覺誘發電位的測聽裝置，其特征在于所述的數據采集裝置包括安置在人頭皮表面的誘發電位采集電極、生理信號放大器、帶通濾波器以及A/D轉換器，其中，誘發電位采集電極、生理信號放大器、帶通濾波器和A/D轉換器依次連接。
專利摘要本實用新型提供基于過采樣多頻多幅聯合估計聽覺誘發電位的測聽裝置，包括設備控制模塊和分別與其連接的調制聲音發生裝置、數據采集裝置和數據處理分析模塊；本實用新型的裝置可以利用22個不同調制頻率和載波頻率的調制聲音同時刺激人耳，同時誘發出多個ASSR；采用多頻多幅聯合估計的頻譜估計算法，估算出聽覺誘發電位中調制信號的幅度，從而估算出每個調制信號對應的載波信號的反應，根據各組幅度響應擬合出各級聽覺頻響曲線。本實用新型能夠在低信噪比的環境下進行頻譜估計，具有非常高的頻譜分辨率；能夠實現最多同時對聽力系統的22種頻率的聲音頻響進行檢測，檢測時間也大幅縮短。
文檔編號A61B5/04GK202179545SQ20112026051
公開日2012年4月4日 申請日期2011年7月22日 優先權日2011年7月22日
發明者馮振華, 吳偉俊, 張軍, 韋崗 申請人:華南理工大學