骨導(dǎo)助聽患者聲源定位能力研究進(jìn)展*

任柳杰 段雅珊 謝友舟 張?zhí)煊?/p>

聲源定位(sound localization)是聽覺系統(tǒng)的基本功能之一，在人類感知環(huán)境、躲避危險(xiǎn)中起重要作用[1]。聲源定位的實(shí)現(xiàn)依賴中樞對外周聽覺系統(tǒng)的傳入聲信號進(jìn)行信息解碼和分析，這些信息主要包括耳間強(qiáng)度差(interaural level difference, ILD)、耳間時(shí)間差(interaural time difference,ITD)以及單側(cè)信號的頻譜特征，這是聲源定位的關(guān)鍵線索;前兩者主要由“頭影效應(yīng)”引起，是水平方向聲源定位的主要線索；頻譜信息則由耳廓、身體等對聲音反射引起，與垂直方向聲源定位密切相關(guān)[2]。盡管聽力損失患者的聲源定位能力已有大量研究，如何通過人工助聽在恢復(fù)其聽覺言語的同時(shí)，重建其聲源定位能力仍具挑戰(zhàn)[3]。尤其是骨導(dǎo)助聽，目前絕大多數(shù)使用骨導(dǎo)助聽設(shè)備(bone conducted hearing device, BCHD)的患者其聲源定位能力恢復(fù)都不理想，其原因是多方面的,既有對其機(jī)制研究的不足，也有臨床應(yīng)用的實(shí)際問題。本文對骨導(dǎo)機(jī)制及骨導(dǎo)助聽設(shè)備臨床研究結(jié)果進(jìn)行綜述，著重闡述不同類型聽力損失患者骨導(dǎo)助聽后聲源定位能力的改變；結(jié)合骨導(dǎo)外周聽覺機(jī)制研究的進(jìn)展，分析其重要影響和制約因素。

1 骨導(dǎo)的機(jī)制

骨導(dǎo)指聲音以振動(dòng)形式經(jīng)過顱骨、軟組織等結(jié)構(gòu)傳至內(nèi)耳引起聽覺的過程。與氣導(dǎo)不同，骨導(dǎo)聲信號傳遞路徑極為復(fù)雜，按其涉及解剖結(jié)構(gòu)，可分為三種[4]：①外耳道途徑：骨導(dǎo)能量通過外耳道組織輻射至外耳道中，經(jīng)由氣導(dǎo)途徑進(jìn)入內(nèi)耳；②中耳途徑：骨導(dǎo)激勵(lì)引起中耳聽骨鏈的慣性運(yùn)動(dòng)，造成中耳與內(nèi)耳相對運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而引起內(nèi)耳響應(yīng)；③內(nèi)耳途徑：骨導(dǎo)能量直接以振動(dòng)形式傳至內(nèi)耳，該途徑又包括三個(gè)成分：內(nèi)耳的慣性運(yùn)動(dòng)(移動(dòng)式骨導(dǎo))、內(nèi)耳的壓縮膨脹(壓縮式骨導(dǎo))以及經(jīng)腦脊液的傳導(dǎo)，各途徑所占比例及其信號傳導(dǎo)機(jī)制是研究重點(diǎn)[5]。一般情況下，外耳道途徑占比較小，僅在堵耳情況下對低頻有所影響[6]。中耳途徑則由于聽骨鏈的共振特性，在2 kHz左右最為顯著，因而當(dāng)中耳發(fā)生異常時(shí)，可引起骨導(dǎo)聽力的“卡哈切跡”[7]。內(nèi)耳途徑作為骨導(dǎo)最直接、最重要、頻率覆蓋范圍最廣的途徑，目前尚未研究透徹。Stenfelt等[5]認(rèn)為骨導(dǎo)的內(nèi)耳途徑與顱骨的振動(dòng)形式密切相關(guān)。Dobrev[8]、Li等[9]通過激光多普勒振動(dòng)測量研究發(fā)現(xiàn)，骨導(dǎo)激勵(lì)下顱骨表面的振動(dòng)具有頻率相關(guān)性，低頻時(shí)(<1 kHz)以整體往復(fù)運(yùn)動(dòng)為主，高頻時(shí)(>2 kHz)則出現(xiàn)復(fù)雜的波動(dòng)形式，其速度約為500 m/s。顱骨表面運(yùn)動(dòng)模式的頻率相關(guān)性提示顱骨內(nèi)部包括耳蝸的運(yùn)動(dòng)也有類似的頻率相關(guān)性，低頻時(shí)以移動(dòng)式骨導(dǎo)為主導(dǎo)，高頻時(shí)壓縮式骨導(dǎo)成分比例增高[5]。

除傳導(dǎo)途徑的差異外，骨導(dǎo)相較于氣導(dǎo)的另一個(gè)顯著特征是“交叉聽覺”現(xiàn)象。骨導(dǎo)激勵(lì)下振動(dòng)能量可經(jīng)過顱骨抵達(dá)雙側(cè)耳蝸，其信號強(qiáng)度差異稱為經(jīng)顱衰減。受前述顱骨運(yùn)動(dòng)的頻率相關(guān)性影響，低頻信號經(jīng)顱衰減為0 dB，隨信號頻率升高經(jīng)顱衰減大致在5至15 dB[9,10]。因此，單側(cè)骨導(dǎo)激勵(lì)下信號可僅在少量衰減后傳至對側(cè)耳蝸，這種現(xiàn)象稱為交叉聽覺。Chang等[11]利用有限元模型對骨導(dǎo)激勵(lì)下能量的流動(dòng)過程進(jìn)行仿真，發(fā)現(xiàn)骨導(dǎo)能量大部分通過顱底傳至對側(cè)耳蝸。

2 骨導(dǎo)助聽設(shè)備的臨床應(yīng)用

由于骨導(dǎo)的主要途徑繞過外、中耳，因此，骨導(dǎo)助聽設(shè)備(bone conduction hearing devices, BCHDs)尤其利于部分不適合手術(shù)或者手術(shù)效果不佳的以傳導(dǎo)性聽力損失(conductive hearing loss, CHL)為主患者的聽力重建[12],其適應(yīng)證包括但不局限于先天性外中耳畸形、分泌性中耳炎、鐙骨硬化等。此外，由于交叉聽覺現(xiàn)象的存在，單側(cè)聾(single sided deafness, SSD,一側(cè)耳為重度至極重度感音神經(jīng)性聽力損失，對側(cè)耳聽力正常或接近正常)亦成為驗(yàn)配骨導(dǎo)助聽器的適應(yīng)證。單側(cè)聾患者可在患耳側(cè)佩戴骨導(dǎo)助聽器，將該側(cè)聲音經(jīng)顱傳導(dǎo)至健側(cè)耳蝸，從而克服“頭影效應(yīng)”對聲音的衰減。

關(guān)于各類患者佩戴/植入骨導(dǎo)助聽器的聽力增益有大量研究，其客觀評估指標(biāo)包括聲場下的聽閾、安靜及噪聲環(huán)境下的言語識別率/閾、聲源定位能力等[3]。總體而言，骨導(dǎo)助聽器可顯著改善傳導(dǎo)性聽力損失患者的聽閾和言語識別能力(尤其是雙側(cè)傳導(dǎo)性聽力損失患者)，但是改善聲源定位效果并不理想。

3 骨導(dǎo)助聽下聲源定位能力改善的困境

3.1聲源定位能力的評估手段 聲源定位能力的常用評估手段有聲源方位識別測試、最小感知角度(minimal audible angle，MAA)測試以及主觀量表評估。聲源方位識別測試通常采用360°或180°環(huán)形水平排列的若干個(gè)揚(yáng)聲器(一般為8至24個(gè))隨機(jī)發(fā)聲，由受試者判斷聲源方向。經(jīng)過多次測試后(一般為12至48次)，以受試者識別方向和實(shí)際發(fā)聲方向的差異作為聲源定位能力的評估指標(biāo)，用平均絕對誤差(MAE)或均方根誤差(RMSE)量化。MAA測試則通過角度不斷變小的兩個(gè)揚(yáng)聲器隨機(jī)先后發(fā)聲，由受試者判斷發(fā)聲順序，識別正確率達(dá)50%的角度閾值，被稱為最小感知角度(just-noticeable difference, 用JNDMAA表示)[3]。量表評估通過設(shè)計(jì)聲源定位和空間聽覺相關(guān)的問卷進(jìn)行量化打分。

3.2骨導(dǎo)助聽下聲源定位臨床研究 不同聽力損失類型和骨導(dǎo)助聽器佩戴方式下聲源定位的外周聽覺機(jī)制有所區(qū)別，其臨床研究也存在巨大差異。根據(jù)累及側(cè)別(單側(cè)或雙側(cè))及聽力損失類型(傳導(dǎo)性或感音神經(jīng)性)分三類分別闡述，即雙側(cè)傳導(dǎo)性聽力損失、單側(cè)傳導(dǎo)性聽力損失及SSD。

3.2.1雙側(cè)傳導(dǎo)性聽力損失 臨床上大部分雙側(cè)傳導(dǎo)性聽力損失患者僅佩戴或植入一個(gè)骨導(dǎo)助聽設(shè)備。曾有觀點(diǎn)認(rèn)為交叉聽覺的存在可使雙側(cè)耳蝸響應(yīng)而形成空間聽覺，但這種觀點(diǎn)是錯(cuò)誤的；因?yàn)楸M管這些患者的聲場聽閾、言語識別等有顯著改善，但客觀上患者聲源定位能力不能好轉(zhuǎn)，這與大量單側(cè)佩戴傳統(tǒng)助聽器的雙側(cè)聽力損失患者的情況類似[3]。因?yàn)槭褂脝蝹€(gè)助聽器，即使其麥克風(fēng)具有方向性乃至含有多個(gè)麥克風(fēng)，即使聲音傳導(dǎo)至雙側(cè)耳蝸，其信號本質(zhì)上仍是單聲道的，缺乏聲源定位必要的ILD和ITD。

而雙側(cè)佩戴骨導(dǎo)助聽器可使這類患者的聲源定位獲得改善。Bosman[13]、Priwin[14]、Snik[15]、Agterberg[16]等使用聲源方位識別測試對雙側(cè)傳導(dǎo)性聽力損失患者進(jìn)行骨導(dǎo)助聽后聲源定位的中-長期隨訪研究，結(jié)果表明患者低、高頻的聲源定位能力皆有改善；Dun等[17,18]使用問卷和MAA測試對雙側(cè)傳導(dǎo)性聽力損失兒童進(jìn)行評估，得到了同樣的結(jié)論；Ren等[19]的研究也表明，雙側(cè)佩戴ADHEAR黏貼式骨傳導(dǎo)助聽器后，有一半患者的聲源定位能力可立刻得到顯著改善。

但是，無論是短期研究[19,20]，還是長期隨訪，雙側(cè)佩戴骨導(dǎo)助聽器后患者聲源定位能力距健康人水平仍有很大差距，這既有骨導(dǎo)助聽設(shè)備本身的助聽增益不足、驗(yàn)配不當(dāng)?shù)葐栴}，更是骨導(dǎo)這一聽覺途徑生理機(jī)制的特殊性造成的。

3.2.2單側(cè)傳導(dǎo)性聽力損失 單側(cè)傳導(dǎo)性聽力損失患者一般在其患側(cè)佩戴助聽設(shè)備?？傮w而言，該類患者佩戴骨導(dǎo)助聽器后聲源定位能力變化差異較大，不同研究間的結(jié)論不盡相同[21]。部分研究顯示，該類患者使用骨導(dǎo)助聽器后聲源定位能力不能改善[22,23],但另一些研究得到了不同的結(jié)論[24～26]。Agterberg等[16,27]針對先天性和獲得性單側(cè)傳導(dǎo)性聽力損失患者的對照研究結(jié)果表明，骨導(dǎo)助聽器可提高患者聲源定位能力，其增益和患者裸耳聲源定位能力有關(guān)，如其裸耳聲源定位能力不佳，可通過助聽改善，反之不能改善；此外，獲得性聽力損失患者的聲源定位能力改善更為顯著。以上研究結(jié)果都說明了中樞可塑性在單側(cè)傳導(dǎo)性聽力損失患者聲源定位中的重要作用。

3.2.3SSD SSD患者在患側(cè)佩戴骨導(dǎo)助聽器，由于僅單側(cè)耳蝸可獲得聲信息，理論上不具有聲源定位的ILD、ITD線索。因此，臨床上這些患者骨導(dǎo)助聽下聲源定位能力往往也沒有改善[24,28～32]。Peters等[33]對這類患者骨導(dǎo)助聽下聲源定位能力的臨床研究進(jìn)行了系統(tǒng)分析，亦得到相同結(jié)論。Kompis等[34]對21例SSD患者進(jìn)行長期隨訪，通過量表分析結(jié)果表明其聲源定位能力有微弱好轉(zhuǎn)，然而由于問卷量表具有較大主觀性，因此研究準(zhǔn)確性存疑。本文涉及的臨床研究結(jié)果歸納見表1。

表1 骨導(dǎo)助聽下聲源定位能力臨床研究結(jié)果匯總

綜上，骨導(dǎo)助聽后聲源定位能力與聽力損失類型和助聽方式有關(guān)，總體而言臨床效果并不理想。闡明各類聽力損失患者骨導(dǎo)助聽下聲源定位能力的影響因素及其機(jī)制，是進(jìn)一步提高其聲源定位能力的理論依據(jù)。

4 骨導(dǎo)聲源定位的機(jī)制研究與影響因素

4.1骨導(dǎo)下聲源定位機(jī)制研究 骨導(dǎo)下聲源定位可通過虛擬聲學(xué)(virtual acoustics)系統(tǒng)進(jìn)行研究。虛擬聲學(xué)系統(tǒng)指根據(jù)頭相關(guān)傳遞函數(shù)(head-related transfer function, HRTF)中聲源方位與ILD、ITD的關(guān)系， 重建雙聲道信號以模擬某一方向和位置的聲源[35]。該雙通道的信號可通過氣導(dǎo)近場揚(yáng)聲器、頭戴式耳機(jī)或者骨導(dǎo)振子給聲，理想情況下受試者腦中可產(chǎn)生聲源方位的映像。虛擬聲學(xué)裝置簡單、測試靈活。虛擬聲學(xué)測試?yán)碚撋献詈貌捎檬茉囌邆€(gè)性化的HRTF數(shù)據(jù)，但這會(huì)大大增加研究的復(fù)雜程度；因此，部分研究中使用某一特別個(gè)體的HRTF數(shù)據(jù)，盡管這會(huì)對高頻信號聲源定位結(jié)果產(chǎn)生影響[3]。

MacDonald等[36]利用虛擬聲學(xué)測試系統(tǒng)對比了氣、骨導(dǎo)下健康人聲源定位的差異，發(fā)現(xiàn)兩者都能形成較好的聲源定位，且差異不大；但是，Lindeman等(2008)的類似研究則表明骨導(dǎo)聲源定位略差。Stenfelt等[37]利用虛擬聲學(xué)測試系統(tǒng)進(jìn)行了更為細(xì)致的測試，包括噪聲下言語識別閾等，結(jié)果證明骨導(dǎo)下聲源定位確實(shí)弱于氣導(dǎo),其認(rèn)為交叉聽覺是重要的干擾因素。

4.2骨導(dǎo)下聲源定位的影響因素 骨傳導(dǎo)下聲源定位依然依賴ILD、ITD等線索，在正常氣導(dǎo)情況下，鼓膜處的ILD、ITD應(yīng)與耳蝸處接收的信號一致。但是，對于使用骨導(dǎo)助聽器的聽力損失患者，如何在雙側(cè)耳蝸重建正確的ILD、ITD信息是恢復(fù)其聲源定位能力的關(guān)鍵。骨導(dǎo)下聲源定位的影響因素有以下幾類：

4.2.1助聽設(shè)備引起的干擾 骨導(dǎo)助聽器會(huì)將聲音信號進(jìn)行濾波放大，如雙側(cè)的設(shè)置不一致，會(huì)引起雙側(cè)信號差異的變化。骨導(dǎo)助聽器進(jìn)行信號處理會(huì)引起2～10 ms的延時(shí)[3]，而一般判斷ITD的分辨率僅為10～300 μs，因此，單側(cè)佩戴骨導(dǎo)助聽器后(一側(cè)氣導(dǎo)、一側(cè)骨導(dǎo))聲源定位的ITD將受到巨大干擾。骨導(dǎo)助聽器的麥克風(fēng)位置與耳道位置不一樣，可能導(dǎo)致HRTF產(chǎn)生變化[38]。另外，佩戴骨導(dǎo)助聽器后耳廓對聲音的反射發(fā)生了變化，或者部分先天性小耳畸形患者甚至沒有耳廓，這可能對前后方向以及垂直方向的聲源定位產(chǎn)生不利影響。

4.2.2骨導(dǎo)外周聽覺途徑的影響 交叉聽覺會(huì)導(dǎo)致雙側(cè)聲信號在耳蝸混疊，這可由耳蝸內(nèi)壓力測量實(shí)驗(yàn)證明。由于耳蝸基底膜的響應(yīng)由前庭階和鼓階的壓力差決定，因此，可使用微壓力測量裝置同時(shí)測量耳蝸基底部前庭階和鼓階的壓力，以兩者差值作為骨導(dǎo)下耳蝸響應(yīng)的物理指標(biāo)，研究發(fā)現(xiàn)這種混疊會(huì)改變原始信號的ILD和ITD[39]；但是，其對聲源定位的具體影響及其機(jī)制尚不明確。此外，盡管健康人的顱骨左右大致對稱，部分適合佩戴骨導(dǎo)助聽器的先天性小耳畸形患者，往往合并一些顱面畸形，這會(huì)導(dǎo)致雙側(cè)骨導(dǎo)途徑的不對稱；前期研究表明，這類患者雙側(cè)骨導(dǎo)助聽的聲源定位能力可能更難恢復(fù)[19]。Snapp等[40]認(rèn)為，外周聽覺途徑的對稱性是可靠聲源定位的關(guān)鍵因素。

4.2.3中樞可塑性的影響 中樞的信號處理是聲源定位最重要的過程，而這需要一段時(shí)間(3～4周以上)的適應(yīng)。因此，佩戴骨導(dǎo)助聽器后聲源定位能力會(huì)隨著佩戴時(shí)間增加而進(jìn)一步改善，即其長期效果優(yōu)于短期效果。由于患者的中樞聽覺系統(tǒng)的不適應(yīng)，短期佩戴骨導(dǎo)助聽器會(huì)擾亂其原有的聲源定位能力。聲源定位臨床測試結(jié)果與未助聽下聲源定位、聽力損失原因(先天性/獲得性)的相關(guān)性，都會(huì)影響中樞的可塑性。另外，聲源定位還可能與年齡、聽力損失狀況等因素有關(guān)。

5 總結(jié)與展望

作為聽覺系統(tǒng)的基礎(chǔ)能力之一，聲源定位還與噪聲下的言語識別(“雞尾酒效應(yīng)”)等有密切關(guān)系[1]?；謴?fù)聽力損失患者聲源定位能力是提高患者生活質(zhì)量的迫切需求。盡管對于健康人、聽力損失患者以及傳統(tǒng)氣導(dǎo)助聽下的聲源定位已做了大量研究工作[3]，骨導(dǎo)下聲源定位的相關(guān)因素及影響機(jī)制尚待進(jìn)一步研究，這限制了臨床上骨導(dǎo)助聽后患者聲源定位能力的進(jìn)一步改善。骨導(dǎo)下聲源定位的機(jī)制包括骨導(dǎo)下聲源定位與ITD、ILD的關(guān)系、骨導(dǎo)外周聽覺系統(tǒng)(尤其是其交叉聽覺現(xiàn)象)如何影響聲源定位以及聲源定位能力的重塑，其實(shí)際應(yīng)用又與骨導(dǎo)助聽器的結(jié)構(gòu)(如麥克風(fēng)位置)和電路設(shè)計(jì)有關(guān)，因此，改善骨導(dǎo)激勵(lì)下聲源定位需從基礎(chǔ)研究出發(fā)，面向臨床應(yīng)用。聽力學(xué)領(lǐng)域中各類實(shí)驗(yàn)測量(如耳蝸內(nèi)微壓力測量、基底膜振動(dòng)測量技術(shù))和仿真模擬手段可對聲音信號在外周聽覺系統(tǒng)中的傳輸過程進(jìn)行深入研究。臨床聽力學(xué)測量和虛擬聲學(xué)的結(jié)合可對聲源定位的影響因素進(jìn)行細(xì)化研究，這將有助于改進(jìn)骨導(dǎo)助聽器的設(shè)計(jì)(如植入位置和植入深度的選擇，麥克風(fēng)的配置及電路優(yōu)化等)以及設(shè)計(jì)科學(xué)合理的驗(yàn)配手段，以提高患者佩戴骨導(dǎo)助聽器后的聲源定位能力。