人工耳蝸植入電極輸出頻率與耳蝸基底膜特征頻率失匹配的研究進展

鹿偉理 綜述 張灜 審校

人工耳蝸是一種為重度、極重度聽力損失者恢復或獲得聽力的一種電子裝置。此裝置通過將聲音信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘栔苯哟碳ぢ犐窠?jīng)纖維，從而產(chǎn)生聽覺。然而人工耳蝸植入者術后聽力康復情況和言語識別能力存在差異，這除了受患者耳聾發(fā)生的年齡、耳聾時間長短、螺旋神經(jīng)節(jié)存活情況、人工耳蝸植入年齡、電極是否成功插入、可用電極數(shù)量、植入后康復訓練時間、有無其他殘疾(如認知障礙)、言語處理策略、調(diào)機質(zhì)量、康復訓練情況、植入者家庭經(jīng)濟狀況、父母文化素質(zhì)等因素影響以外，近年來有人發(fā)現(xiàn)人工耳蝸植入術后電極輸出頻率與耳蝸基底膜特征頻率的失匹配也與此有關。關于人工耳蝸植入術后電極的輸出頻率與基底膜的特征性頻率失匹配的發(fā)生率國內(nèi)目前尚無大樣本的統(tǒng)計，但國外的一些研究中已有報道。Skinner等[1]發(fā)現(xiàn)26例受試者的耳蝸最頂端電極的輸出頻率與耳蝸的特征性頻率均存在不同程度的失匹配現(xiàn)象，最嚴重的失匹配達3 300 Hz以上；Nardo等[2]也發(fā)現(xiàn)5例受試者的人工耳蝸頂端的3～4個電極的輸出頻率比耳蝸特征性頻率高1～2個倍頻程，其他學者也發(fā)現(xiàn)了類似失匹配現(xiàn)象[3～7]。為了增進對這一現(xiàn)象的了解，本文就人工耳蝸植入電極輸出頻率與耳蝸基底膜特征頻率失匹配的研究進展進行綜述。

1 失匹配的相關理論基礎及發(fā)生原因

耳蝸中不同部位的基底膜有其對應的特征性頻率-耳蝸基底膜特征頻率(characteristic frequency，CF)。根據(jù)Greenwood耳蝸部位與其特征頻率的計算公式：CF=165.4×(100.06X-1)(CF代表耳蝸基底膜的特征頻率，X代表基底膜長度，單位mm)[8],由此可以看出，基底膜上某一部位感受的頻率是一定的，這就是頻率-部位相匹配。

人工耳蝸主要由麥克風、言語處理器、傳送線圈、接收器-刺激器以及電極組成，多導人工耳蝸的電極實際上是一線性排列的電極束。其工作原理是人工耳蝸的窄帶濾波器濾過的信號經(jīng)電極束傳到植入內(nèi)耳的電極，每個載有不同頻率電信號的電極刺激植入部位的螺旋神經(jīng)節(jié)細胞及其外周末梢，產(chǎn)生動作電位，上傳至聽覺中樞，產(chǎn)生聽覺[2]。然而每個電極發(fā)出的電刺激的頻率范圍是事先設置好的，是一定的，如果電極插入過淺或者過深，電極未達到相應頻率部位的基底膜，其產(chǎn)生的頻率就會與基底膜的特征性頻率不一致；如果電極插入的角度過大或者過小也會影響電極與沿蝸軸中心分布的螺旋神經(jīng)節(jié)細胞的接觸，從而使電極發(fā)出的頻率無法很好地傳到螺旋神經(jīng)節(jié)細胞；如果在植入過程中電極有打折或者彎曲的情況發(fā)生，產(chǎn)生問題的電極間的間距就會發(fā)生很大的變化，從而產(chǎn)生電極發(fā)出的頻率與基底膜的特征頻率不一致的現(xiàn)象?？梢?，由于手術使植入電極插入的深度和角度不同、電極的間距不同都可以影響電極的輸出頻率與耳蝸基底膜特征頻率的關系，使電極發(fā)出的頻率和與耳蝸基底膜特征性頻率不一致，這種情況就稱之為失匹配。

2 失匹配造成的影響

人工耳蝸電極輸出頻率與耳蝸基底膜特征性頻率失匹配會影響人工耳蝸植入者的言語識別率，尤其是在嘈雜環(huán)境下的言語識別率[9]，進而影響其言語-語言康復效果[9～11]。Hamzavi等[9]通過改變電極的激活和失活從而模擬改變插入深度，立即進行句子和單音節(jié)的測試(避免適應)，結(jié)果表明,激活耳蝸最頂端的電極可明顯提高語言識別率；此外,他還發(fā)現(xiàn)耳蝸頻率的感知隨著插入電極陣列深度增加而提高。亓貝爾等[11]通過關閉或者開放部分電極通道模擬7種不同的電極分布帶后，測試患者對人工耳蝸使用者元音、輔音、聲調(diào)識別能力，發(fā)現(xiàn)隨著電極植入部位向蝸頂延伸,接受刺激的基底膜范圍不斷擴大，人工耳蝸電極輸出頻率與基底膜特征頻率的一致性逐漸提高,減少了因“頻率——部位”映射失真造成的言語識別率下降。Gani等[10]也得到了類似的結(jié)論?？梢娙斯ざ侂姌O分布頻帶排列模式的改變可以模擬電極插入長度的不同，影響其電極輸出頻率與耳蝸基底膜特征頻率失匹配的程度，進而影響人工耳蝸植入者對聲音的識別能力。

3 失匹配的診斷

3.1耳蝸影像學檢查 人工耳蝸植入術后X線平片檢查及顳骨CT、耳蝸的三維重建是評估人工耳蝸植入術后效果的有效方法。X線平片可以有效的顯示電極插入的深度，電極的走行及位置，是否有打折及卷曲，其優(yōu)點在于輻射小，價錢便宜，但是需要特定的體位，對電極在耳蝸的空間位置顯示不好。常用的耳蝸位平片有倫氏位和斯氏位，斯氏位顯示效果較好。王武慶等[12]采用正中線與矢狀位夾角52°左右的改良耳蝸位攝片也取得滿意效果。顳骨CT掃描及三維重建在人工耳蝸植入術后評估人工耳蝸效果方面較X線平片更直觀，可更全面的了解耳蝸內(nèi)電極的情況[1]。人工耳蝸植入術后耳蝸CT 3D重建圖像可以顯示電極植入的具體位置、植入深度、電極與耳蝸耦合的情況等，其優(yōu)點在于不需要特殊體位，能非常直觀的定位電極在耳蝸的空間位置[13]，其缺點是高分辨率CT圖像電極掃描偽影和三維重建數(shù)據(jù)虛化。而近年來發(fā)現(xiàn)，線性差值、迭代重建法及CT能譜成像技術可以降低或消除金屬偽影，使圖像更為清晰。通過對X線或者耳蝸CT三維重建圖像的測量，可以了解耳蝸內(nèi)電極的具體位置，再通過Greenwood公式計算出每個電極在基底膜的對應頻率，與人工耳蝸生產(chǎn)廠商所提供的電極的頻率表對照后就可知道是否存在電極的失匹配現(xiàn)象。

3.2嘈雜背景噪聲環(huán)境下的言語識別率 Nardo等[8]發(fā)現(xiàn)，植入人工耳蝸的語前聾成人,非植入耳有明顯的殘余聽力,給其聽兩個音，一個是人工耳蝸植入側(cè)電極發(fā)出的一定頻率的聲音，另一個是給非植入耳一定頻率的純音，兩者進行頻率對比，結(jié)果所有患者均出現(xiàn)不同程度的聲波頻率的不匹配,當在不同噪聲環(huán)境下測試時，由于掩蔽了殘余聽力，這時受試者所聽到的就是人工耳蝸電極刺激所聽到的聲音，受試者出現(xiàn)言語理解困難，證明了電極的輸出頻率和刺激相同電極感知的頻率不相匹配導致了言語識別率的下降。也有實驗表明當聲音能夠同時刺激電極和同側(cè)殘余聽力時，失匹配就容易被發(fā)覺[14]。

3.3電極頻帶的改變與言語識別率的關系 深插入電極可提高言語識別率，因為耳蝸頂端接受刺激(低頻區(qū))可以提高言語功能，因此深插入電極應用在重度的或完全聽力損失的患者意義重大。頻率匹配數(shù)據(jù)顯示，如果電極插入深度大于20 mm，頻率可到達420 Hz，如果插入深度在15～20 mm之間，可比Greenwood函數(shù)低半個倍頻程，如果插入深度在3～13 mm之間，可比Greenwood函數(shù)低一個倍頻程，如果插入3.4 mm的話，那電極只能匹配到3 447 Hz[15]。為此MED-EL人工耳蝸公司設計了FLEXSOFT電極，這種電極可以植入到蝸頂區(qū)域，實現(xiàn)“耳蝸全覆蓋”[16]。彭光華等[17]通過對15例人工耳蝸植入者電極分布帶顛倒排列后立即測試對鈴聲(代表高頻)和鼓聲(代表低頻)兩種不同聲音的識別能力，在電極分布頻帶按低頻對應蝸頂、高頻對應蝸底正常排列時所有受試者均能準確識別出鈴聲和鼓聲；在電極分布頻帶顛倒排列后，13名受試者將鈴聲和鼓聲均識別為鼓聲，2例受試者將鈴聲識別為鼓聲、將鼓聲識別為鈴聲，其原因可能為植入電極分布頻帶顛倒后鼓聲引發(fā)的興奮電極相對靠近蝸頂。

4 失匹配的解決方案

4.1調(diào)節(jié)電極輸出頻率 Nardo等[18]使用調(diào)機軟件對10例失匹配受試者每個電極進行頻率調(diào)整，使電極輸出頻率的頻率感知與純音的感知相同后進行言語識別率的檢測，結(jié)果發(fā)現(xiàn)10例受試者通過調(diào)整電極輸出頻率后元音的識別率提高。Nardo等[19]的另一項實驗中發(fā)現(xiàn)使用調(diào)機軟件改變電極輸出頻率來消除失匹配現(xiàn)象后受試者對音樂的旋律鑒別也明顯提高。

4.2耳蝸的自身調(diào)節(jié)適應 有文獻報道人工耳蝸植入者的耳蝸在長時間接受電極刺激后可以適應頻率的失匹配[20,21]，可能是因為耳蝸絕對的頻率感覺由于給定的電極長時間的刺激而改變,適應的程度和適應所需要的時間都是不確定的，可能與失匹配的程度有關[22]。

綜上所述，人工耳蝸植入術后存在電極輸出頻率與耳蝸基底膜特征頻率的失匹配現(xiàn)象，導致相當數(shù)量的人工耳蝸植入者對聲音不能正確辨識，通過提高手術的精準度使電極盡可能全植入，術后正確調(diào)機及調(diào)機時調(diào)整電極輸出頻率等方法可減小或消除失匹配現(xiàn)象。如何通過更簡單的方法來判斷及消除失匹配現(xiàn)象，使人工耳蝸發(fā)揮最大效果，提高人工耳蝸植入者對聲音的識別能力，都將是耳科及聽力學工作者今后探索和研究的課題。

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