基于智能手機的數(shù)字助聽器自主驗配系統(tǒng)

余雙喜 陳霏 王帥

佩戴助聽器是聽力損失患者聽覺補償?shù)淖罴堰x擇[1,2]，然而，目前聽障患者驗配助聽器需要前往醫(yī)院或助聽器驗配店由專業(yè)人員進行,傳統(tǒng)助聽器驗配的三大步驟都需要助聽器驗配人員進行操作，這種助聽器驗配方式的驗配效果雖然好，但是需要聽障患者多次反饋，耗費時間較長[3]，給需要驗配助聽器的患者帶來了不便，增加了驗配成本,不利于助聽器的普及推廣和及時對聽障患者進行助聽器的調(diào)試[4,5]。

國外學者對自主驗配助聽器進行了相關研究，但是沒有介紹自主驗配助聽器系統(tǒng)的具體實現(xiàn)部分[6，7]；有研究提出了基于計算機平臺的助聽器自主驗配系統(tǒng)[8]。關于采用智能手機進行助聽器自主驗配的研究很少。智能手機擁有強大的操作系統(tǒng)和優(yōu)秀的音頻編解碼芯片，許多工程師開始將智能手機應用于聽力診斷領域[9,10]，因此本研究將智能手機應用于助聽器驗配領域，開發(fā)了一種基于智能手機的數(shù)字助聽器自主驗配系統(tǒng)，旨在解決傳統(tǒng)助聽器驗配方法存在的不足，報道如下。

1 資料與方法

1.1研究對象 本文的測試工作在深圳市龍崗耳鼻喉醫(yī)院的支持下進行，邀請了11例(22耳)中度到重度的聽障患者參加自主助聽器驗配方法和傳統(tǒng)助聽器驗配方法的驗配測試，年齡34～71歲，平均50.5±14.67，男5例，女6例，病程1～5年，均為雙耳聽力下降，均為各種原因引起的感音神經(jīng)性聾或傳導性聾，聽力損失程度根據(jù)WHO聽力殘疾標準分為中度聾5例、重度聾5例、極重度聾1例。

1.2助聽器驗配 均為雙耳分別驗配助聽器。

1.2.1傳統(tǒng)助聽器驗配流程 傳統(tǒng)助聽器驗配時的助聽器型號為Phonak Audeo M，驗配方法及流程示意圖見圖1。

1.2.2自主助聽器驗配流程 基于智能手機的數(shù)字助聽器驗配系統(tǒng)是通過智能手機低功耗藍牙(bluetooth low energy,BLE)與助聽器進行無線通信，如圖2所示，聽障患者可以根據(jù)智能手機端測聽程序的指導在家自主完成聽力測試，這種方式可以節(jié)省時間并且非常方便，使聽障患者產(chǎn)生成就感，并促使他們經(jīng)常進行聽力測試。根據(jù)測聽結果，自主驗配的驗配程序根據(jù)寫入的算法計算出各個通道的增益值，并通過BLE配置給耳側(cè)助聽器，最后聽力損失患者根據(jù)自己對聲音的偏好對助聽器進行微調(diào)。

1.2.3自主驗配助聽器硬件設計 本研究開發(fā)的自主驗配助聽器的數(shù)字信號處理(digital signal processor,DSP)芯片采用安森美半導體生產(chǎn)的Ezairo 7150SL芯片，這是一個基于數(shù)字信號處理的開放式可編程芯片，其內(nèi)部集成了低功耗藍牙設備、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)/模轉(zhuǎn)換器，還有一些內(nèi)存模塊可以存儲驗配助聽器后的重要參數(shù)，如各個頻率的增益值、壓縮率等。該DSP內(nèi)部嵌入了濾波器組算法來實時對模/數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換的語音數(shù)字信號按頻率、聲強進行分類。這樣DSP芯片就可以根據(jù)自主驗配軟件給出的各通道增益給分類后的語音數(shù)字信號配置相應的增益值，然后經(jīng)數(shù)/模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為模擬電信號來驅(qū)動受話器發(fā)聲。本研究設計的助聽器的受話器置于助聽器殼體外，用一根細導線連接殼體內(nèi)的電路；這種類型的助聽器稱為RIC(receiver in the canal)式助聽器，具有佩戴舒適、音質(zhì)好、隱蔽性好的優(yōu)點。

1.2.4自主驗配軟件設計 構建助聽器驗配系統(tǒng)需要開發(fā)與助聽器硬件DSP配套的應用軟件，稱之為自主驗配軟件，因其可由聽力損失患者自行操作給自己驗配助聽器，并根據(jù)個人偏好進行微調(diào)，集測聽、驗配功能于一體。這款驗配軟件在Android Studio平臺上采用java語言編寫而成，在Android 4.0系統(tǒng)以上的安卓機型均可以適用。安卓操作系統(tǒng)的應用程序接口(application programming interface,API)有大量的低功耗藍牙操作函數(shù)，比如BLE搜索、連接、讀寫、廣播等[11,12]。BLE設備使用特征值進行通信，一些類似的特征值構成了服務。因此，在這個應用程序中，一些服務和特征值被定制在智能手機和助聽器之間進行交互。自主驗配軟件中包含兩個重要功能：自主聽力測試和自主驗配。

自主聽力測試方法：助聽器的BLE能被智能手機的藍牙搜索到，聽力損失用戶通過簡單的點擊選擇操作，智能手機就會自動連接耳側(cè)助聽器，連接成功之后操作智能手機可以發(fā)送一系列指令給耳側(cè)助聽器。進行聽力測試時，助聽器DSP在接收到智能手機的指令后進行解碼，之后控制受話器依次發(fā)出相應頻率的(250～8 000 Hz)的純音，并仿照傳統(tǒng)測聽設備進行測聽時的播放順序播放，1、2、4、8、0.5 kHz，最后是0.25 kHz。助聽器最開始播放1 kHz的聲強為15 dB HL的純音，持續(xù)0.8秒，如果聽力損失患者沒有聽到這個純音信號，說明聽力損失患者在該頻率的聽閾比當前播放的純音的聲強高，需要提高該頻率純音的聲強。因此純音將會依次持續(xù)增加5 dB并播放0.8秒，直到聽力損失患者點擊圖3a所示的“聽到”按鍵，并將此時的聲強作為該頻率近似的聽閾，這種模式稱為測聽的快模式?？炷Ｊ浇Y束后得到近似聽閾，為得到更加準確的聽閾值，則需要進入慢模式。在慢模式下，將近似聽閾減去20 dB，并依次增加5 dB并播放2秒，如果患者在某一聲強處點擊圖3b所示的“聽到”按鍵，則將該數(shù)值記錄為1 kHz頻率的聽閾，并在其他頻率重復這個過程。各個頻率播放結束后，程序會自動保存聽力損失患者各個頻率點的聽閾值，自主驗配軟件根據(jù)測聽功能保存的聽力圖就可完成助聽器的驗配工作。

自主驗配具體過程：自主驗配時，智能手機端的自主驗配軟件根據(jù)自主聽力測試獲得的各頻率聽閾值，經(jīng)內(nèi)置的驗配公式計算出各個通道的大小聲增益值，如圖4a所示，大聲(80 dB SPL)和小聲(45 dB SPL)都有八個通道即八個不同頻段，通道一到通道八頻率逐漸增加，分別是0～500 Hz、500～1 000 Hz、1 000～2 000 Hz、2 000～3 000 Hz、3 000～4 000 Hz、4 000～5 000 Hz、5 000～6 000 Hz、6 000～8 000 Hz，然后單擊確定即可。當進度條到達100%(圖4b)時，表示驗配完成。聽力損失患者還可以在驗配工作完成后對各個通道的增益值進行微調(diào)，根據(jù)其自身的聽力需求拖動不同通道的進度條值，完成之后點擊確定即可，同樣當進程達到100%時表示這次調(diào)整成功。助聽器的DSP接收到智能手機給出的各通道增益后，根據(jù)濾波器組算法對模/數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換的語音數(shù)字信號按頻率、聲強進行分類處理，放大或壓縮，最后經(jīng)由受話器輸出給聽力損失患者。

1.3助聽器驗配效果評估

1.3.1助聽前后純音聽閾測試 在本底噪聲小于30 dB A的隔聲室內(nèi)自由聲場環(huán)境下采用專業(yè)的聽力測試設備耳?？梢来芜M行各個頻率的純音聽閾測試，記錄11例聽力損失患者左右耳裸耳、采用自主助聽器驗配方法驗配助聽器后、采用傳統(tǒng)助聽器驗配方法驗配助聽器后的各頻率純音聽閾值。

1.3.2助聽前后言語識別率測試 在本底噪聲小于30 dB A的隔聲室內(nèi)自由聲場環(huán)境下采用專業(yè)的聽力測試設備耳?？刹シ乓唤M雙音節(jié)漢語詞表，播放詞表的言語聲強度為聽力損失患者裸耳聽閾上20 dB，每個詞匯播放一遍，并間隔5秒。每播放一個詞匯后讓受試者復讀一次，整個詞表(25個漢字)復讀結束后對其復讀情況進行打分，計算聽力損失患者復讀正確的字數(shù)占全部播放詞匯字數(shù)的百分比[13，14]。記錄11例聽力損失患者左右耳裸耳、采用自主助聽器驗配方法驗配助聽器后、采用傳統(tǒng)助聽器驗配方法驗配助聽器后的言語識別率。

1.4統(tǒng)計學方法 運用Excel軟件進行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計與分析，對22耳的裸耳和采用自主驗配方法驗配后的純音平均聽閾值、言語識別率進行配對t檢驗，對自主驗配方法驗配后和傳統(tǒng)方法驗配后的純音平均聽閾值、言語識別率進行配對t檢驗；P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結果

由表1可見，22耳自主驗配助聽器前后的純音平均聽閾差異有統(tǒng)計學意義(P<0.001)，驗配助聽器后22耳平均聽閾下降均大于等于20 dB；22耳驗配助聽器前后的言語識別率差異有統(tǒng)計學意義(P<0.001)，驗配助聽器后22耳言語識別率提高均大于等于12%。22耳自主驗配助聽器和采用傳統(tǒng)方法驗配助聽器后的純音平均聽閾值(P=0.755,P>0.05)和言語識別率(P=0.233,P>0.05)差異均無統(tǒng)計學意義，兩種方法驗配后11例聽力損失患者左右耳平均聽閾值差值為±3.75 dB，在可接受范圍。

表1 22耳聽力損失耳兩種不同方式驗配助聽器前后純音聽閾及言語識別率結果

3 討論

傳統(tǒng)助聽器驗配方法由專業(yè)的助聽器驗配師對聽障患者面對面進行助聽器驗配，驗配效果好，但是耗費大量時間成本和人力資源。而自主助聽器驗配方法相較于傳統(tǒng)助聽器驗配有一些優(yōu)勢：如聽障患者可在家按照驗配軟件的指導自行完成助聽器的驗配工作，方便快捷，不需要前往助聽器驗配店預約排隊，對于行動不便的聽障患者尤為方便。目前我國助聽器的普及率較低，有部分原因是助聽器驗配專業(yè)人員的缺乏，而助聽器自主驗配可以有效解決這個問題，能夠提高助聽器驗配的普及率[6]。本研究采用基于智能手機的助聽器自主驗配系統(tǒng)和傳統(tǒng)助聽器驗配方法對11例聽力損失患者的左右耳分別進行了助聽器驗配，并對助聽器驗配后的驗配效果進行了評估。結果顯示，22耳自主驗配助聽器后的平均聽閾值有較大幅度的降低，言語識別率也有明顯的提高，傳統(tǒng)助聽器驗配和自主驗配的平均聽閾值和言語識別率差異均無統(tǒng)計學意義，表明這11例聽力損失患者基于智能手機的數(shù)字助聽器自主驗配系統(tǒng)的驗配效果與傳統(tǒng)助聽器驗配效果無差別。當然助聽器自主驗配方法也存在一些缺陷，如助聽器自主驗配方法對于不會使用智能手機的老人來說比較復雜，老人可能沒有足夠的耐心進行自主驗配；另外，聽障患者可能會存在一些操作失誤而對助聽器的驗配效果產(chǎn)生影響。本文的測試病例較少，僅能驗證助聽器自主驗配系統(tǒng)的可行性，具體可靠性還需與醫(yī)院進行合作，進行較大樣本的臨床測試。