专利名称：在谱域设计声音刺激以记录听性稳态反应(assr)的方法
技术领域：
本发明涉及从人类测试科目记录听性诱发反应(AER)的领域， 特别涉及沿听觉通道获取源自特定位置或频区的诱发反应。本发明涉 及特别用于记录听性稳态反应(ASSR)的声音刺激的频域设计。
背景技术：
一系列AER测试涉及目标听觉测试领域，其尤其用于婴儿和小 孩，因为对于生命早期，要求个体测试对象的积极参与的标准纯音测 听术是不可能的。
从听觉通道记录诱发反应的几种已知测试方法使用宽谱带滴答 刺激。由于滴答刺激激发相当宽的频域，很难通过这样的刺激获取特 定频率信息。尽管如此，滴答刺激还是在许多临床测试装置中使用， 尤其用于耳神经学评价或当其测试目的是获取关于个体的听觉敏锐 的一般印象时。例如，后者应用于新生儿听觉筛选项目。然而，对于 个体听觉敏锐的更详细的分析，例如在听觉病矫治诊断评价情况下， 需要特定频率信息，尤其用以建立对助听器、耳蜗植入等的适当(再) 投资的基础。
迄今为止，已出现一系列相当新的测试方法。这些方法被称为听 性稳态反应(ASSR)或其它简称。回顾ASSR，读者会谈及Picton等 人。ASSR过程利用通常产生为连续载波波形的持续刺激，其由单一 或多个纯音、宽谱带或谱带有限的噪声等组成，其由特定的调制信号 或振幅调制或频率调制或同时进行二者调制。
作为产生听性诱发反应(AER)的基础的大部分电生理学活动在 各个神经纤维、神经元或其它神经系统单元中通过非线性方法产生， 因此，AER与声音剌激的包络有关系。这对于ASSR更是如此，因此， 其由调制信号的基本频率及其谐波组成。因而，ASSR最容易在谱域
而不是时域(Picton等，2003)进行检测和分析。
迄今为止，ASSR刺激已在时域被描述和定义为一个或多个载波 的调制(振幅、频率或二者)。然而，几种设计用于ASSR测试的适当 刺激的方法己在一些文献中描述(如Stllrzebecher等，2001; John 等，2003; Picton等，2003)，以及几个专利也致力于该问题。在实 验中，由纯音对产生的动物"拍音"刺激也已被使用，如Dolphin等， 1997。
StUrtzebecher等在2000年的一个专利(US 6， 524， 258)涉及几 个振幅调制的载波的使用，其具有被偏移特定频差的频率，且所有载 波用相同的调制信号调制。
John等在2001年的另一专利处理与ASSR记录有关的宽谱问题。 与该问题有关的在此描述，John等人的专利特别关注可独立振幅及 频率调制的剌激的使用，或其包络通过指数调制信号调制的信号，参 见John等人在2002年的文献。
反应大小取决于刺激同时激发的听觉单元的数量是听性诱发反 应的基本特征。这是同时激发宽谱带频率的滴答刺激提供的诱发反应 通常大于窄谱带或特定频率刺激产生的诱发反应的部分原因 (Eggermont， 1977)。
然而，在听觉通道的外围部分，耳蜗，由于从底部(高频区)到 顶点(低频区)穿过耳蜗的行进时间，沿耳蜗隔膜的所有频区不会被 同时激发(Elberling， 1974)。这已导致所谓的啁啾声刺激设计(如 Dau等，2000)，其中滴答声的各个频率分量被调整时间以补偿耳蜗 行进时间，使得来自耳蜗隔膜的不同部分的神经纤维的反应时间一致 或同步。已证明啁啾声刺激产生的听性脑干反应(ABR)的振幅比对 应的标准滴答刺激产生的大。
类似方法为Don等人在1997年使用，其证明如果在求和之前， 源自沿耳蜗隔膜的不同频区的窄谱带听性脑干反应(ABR)时间一致 以补偿各个耳蜗时延，则可产生比宽谱带ABR大得多的重叠式ABR。
在临床中，保持听性反应的检测时间最小或获得特殊的反应质量是非常重要的。较大的反应振幅通常将导致更短的测试时间，因此， 耳蜗行进时间的补偿是增大反应振幅的一种方式，从而縮短测试时 间。
在记录听性诱发反应中的一般问题是怎样避免与人工因素有关 的剌激(或电磁或声音)被引入记录通道中，在此以避免导致与生理 学反应的相互作用。传统上，这些问题已通过仔细的考虑及记录装置 中的计数器测量以及适当使用屏蔽的声音能量转换器而被最小化或 消除。然而，在高刺激水平时，不总可能摆脱人工因素的影响。
对于使用简短声音刺激记录的听性诱发反应，可能使用刺激和诱 发反应的产生之间的时间延迟并引入记录时间窗口，其仅包括诱发反 应而不考虑刺激人工因素。
传统上已被使用的另一方法是每隔一刺激改变极性。该方法通过 平均处理消除人工因素，其最常用作改善信噪比的手段以认出埋在生 理学背景噪声中的微小诱发反应。
对于剌激和反应均是连续的ASSR而言，刺激人工因素和反应之
间的时间分开是不可能的。如上所述，ASSR很容易在频域中进行分
析，因为反应能量仅位于刺激包络的基本频率(重复或调制频率)及
其谐波处。大部分ASSR能量被包含在前六个谐波内(Cebeulla等， 2004)，对于100Hz的重复频率，其将覆盖高达约600Hz的频率范围。 例如，对于由单一纯音载波组成的ASSR刺激，其用低频纯音振幅调 制，刺激能量(及人工因素的能量)将位于载波频率附近。对于更低 的调制频率(如低于100Hz)和更高的刺激载波频率(如大于1000Hz)， 反应及人工因素的能量将在频谱上分开，除非出现如Picton和John 在2004年描述的那种频率混叠。然而，对于较低的刺激频率(如 500Hz)，可能在反应和人工因素之间出现相互作用，不仅覆盖同一频 谱区，而且共享反应频谱中的相同频率点。
发明内容
本发明的目标在于提供设计和产生适当ASSR刺激的新方法，其
增强了来自测试对象的反应。
根据本发明，这可以频域方法实现，其在权利要求l中提出。该 设计使刺激及其有效激发的频区能够在频谱上精确确定。通过频域方 法，刺激通过多个连续纯音的调制而非结合如求和产生，每一个均具 有单独的振幅和相位及在频率轴准确定义的频率。被刺激的频区对应 于更窄或更宽的反应区，其可通过这种设计方法准确地定义。
根据权利要求2，在一连串中的相继纯音之间的频差为常数fs。 根据权利要求3，各个纯音具有为常数频差fs的整数倍的频率。
根据权利要求4，各个纯音具有对应常数频率的半整数倍的频率。 根据权利要求5，各个纯音具有相位(即时间延迟)，其补偿刺
激系统、记录系统和/或听觉通道中的相应耳蜗时延或任何其它相位 或时间偏差。据此，来自测试对象的反应被增强。
根据权利要求6，结合被形成为三个或更多个频谱分量的和、平 均数或类似的数。
根据权利要求7，电学或声音刺激在软件或硬件中产生。
本发明还涉及检测ASSR的设备。根据本发明，这样的设备包括 用于根据权利要求1-6中的任一产生刺激的装置、用于将刺激提供给 测试对象的装置、及用于从测试对象检测对刺激的反应的装置。除了 产生刺激的装置以外，该设备可以是本领域中公知的任何类型。
优选地，所述设备包括用于提供刺激的软件程序。
本发明还涉及用于上述设备中的软件程序。该程序包括用于根据 权利要求1-5中的任一产生分量的程序代码、用于根据权利要求6合 成分量的程序代码、及用于提供合成输出的程序代码，合成输出将作 为刺激提供给测试对象。
优选地，所述程序包括给出各个纯音的相位(即时间延迟)的代 码，其补偿刺激系统、记录系统和/或听觉通道中的相应耳蜗时延或 任何其它相位或时间偏差。据此，来自测试对象的反应被增强。
优选地，程序被保存在可读存储介质上，如软磁盘、CD-R0M、 DVD、 磁盘驱动器、闪存或类似的存储器。
本发明将在下面的优选实施例中参考附图详细描述。
图1所示为具有5个纯音的例子，其频率分别为800、 900、 1000、 1100和1200Hz。频差为100Hz，每一频率对应于该频差的整数倍。 具有最低和最高频率的纯音的振幅为其它三个纯音的一半，所有纯音 (正弦波形)具有相同的起始相位。
图2所示为图1中的纯音绘制在彼此的上面，并证明使用对应于 fs = 100Hz的频差的重复频率，所有五个纯音变为同相(即每10ms)。
图3所示为图1中的纯音包括的最终刺激。在此，最终刺激是5 个纯音的平均数。
图4所示为基于来自de Boer (1980)和Greenwood (1990)的数 据的耳蜗时延的模型。
图5所示为具有7个纯音的例子，其频率分别为200、 300、 400、 500、 600、 700和800Hz。具有最低和最高频率的纯音的振幅为其它 5个纯音的一半，所有纯音(正弦波形)具有时间延迟，其根据图4 中的数据相对于在100Hz的时延补偿耳蜗时延。
图6所示为图5的纯音绘制在彼此的上面。
图7所示为图5中的纯音包括的最终刺激。在此，最终刺激是7 个纯音的平均数。由于所引入的时间延迟，所得到的"时间脉冲"看 上去左右不对称。
图8所示为具有6个纯音的例子，其频率分别为250、 350、 450、 550、 650和750 Hz。频差为100Hz，每一频率对应于该频差的半整 数倍。具有最低和最高频率的纯音的振幅为其它四个纯音的一半，所 有纯音(正弦波形)具有相同的起始相位。
图9所示为图8中的纯音绘制在彼此的上面。
图10所示为图8中的纯音包括的最终剌激。在此，最终剌激是 6个纯音的平均数。由于频率位于频差fs的半整数倍处，最终刺激表 明周期之间极性反转。
具体实施例方式
作为例子，这样的刺激可通过具有对应于800、 900、 1000、 1100 和1200 Hz的频率的5个纯音产生。在该例子中，具有最低和最高频 率的纯音的振幅为其它三个纯音的一半，所有纯音(正弦波形)具有 相同的起始相位。相应的5个纯音在图1中示出。在该例子中，纯音 之间的频差是常数(=100Hz)，中央频谱分量的频率(=1000 Hz) 为频差的整数倍(二10X100Hz)。在图2中，5个纯音绘制在彼此的 上面，其该图示出，使用对应于频差(即100Hz)的重复频率，所有 5个纯音变为同相(即每10ms)。该重复频率有时称为"拍音"频率。 为5个纯音的和(或平均)的最终刺激绘制在图3中，其与通过合成 窗口函数调制的载波频率具有某些相似性。
使用经典的振幅调制方法，最终刺激波形的周期性由调制信号的 特性确定。与此相反，经频谱方法(或求和方法)设计的最终刺激波 形的周期性由各个频率分量之间的间隔给出为一阶近似。例如，如果 刺激由n个(n等于3或更大的奇数)、间隔为fs Hz的频谱分量组成， 则由刺激覆盖的频区将对应于中央频谱分量周围的(n -l)*fs [Hz]， 时间周期性将对应于ts = l/fs [s]。其还表明最终刺激的时间包络 对应于具有复杂性的窗口函数，其取决于准确的参数值(数量、频率、 振幅和相位)。例如，这样的窗口函数可被描述为特殊的 Blackman-Harris窗口 (Harris, 1978)。
使用通过频域方法设计的刺激，ASSR刺激的各个频谱分量可被 时间对准(或相位调整)，其补偿相应的耳蜗时延。这将导致刺激的 反应振幅比那些没有这样的补偿的相应刺激获得的振幅大。实际上， 初步测试结构已能说明这一点。
作为例子，这样的刺激可通过具有对应于200、 300、 400、 500、 600、 700和800 Hz的频率的7个纯音产生。在该例子中，具有最低 和最高频率的纯音的振幅为其它5个纯音的一半，每一纯音被给予时 间延迟，其补偿耳蜗时延。该时延可从如图4中所示的基于Boer (1980) 和Greenwood (1990)的耳蜗模型估计。时间延迟的纯音在图5中示
出，并在图6中绘制在彼此的上面。为5个纯音的和(或平均)的最
终刺激绘制在图7中。由于引入时间延迟，所得到的"时间脉冲"看
上去左右不对称。
通过频谱设计方法(或求和方法)， 一些反应-人工因素问题可被 避免，特别是低频刺激时出现的问题。这可通过使各个纯音位于不是 不同频谱分量之间的常数频差的整数值的频率处而实现。
继图1中的例子，例如，这样的刺激可由6个具有相等振幅和相 位且频率对应于250、 350、 450、 550、 650和750 Hz的纯音产生。 具有最低和最高频率的纯音的振幅为其它四个纯音的一半，所有纯音 (正弦波形)具有相同的起始相位，如图8中所示。如前所述，纯音 之间的频差为常数(=100Hz)，但现在频谱分量具有不对应于频差整 数倍的频率。六个纯音在图9中绘制在彼此的上面，且该图表明，使 用对应于频差(即100Hz 10ms)的重复频率，所有六个纯音同相。 最终刺激绘制在图10中，在该例子中，由于纯音位于频差整数倍值 的中间，时间波形表明从一周期到另一周期极性反转。这对应于先前 提交的简短刺激的极性变化。如果纯音的频率不准确地位于频差的整 数倍值的中间，所得到的刺激的时间波形将具有相同的包络但移动从 一周期到另一周期的相位。在任何情况下，最终剌激的频谱将仅具有 在所使用纯音频率的分量，因此，将不与诱发反应共享任何频率点。
参考文献列表
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权利要求
1、设计和产生用于从人类个体记录听性稳态反应ASSR的特定频率电学或声音刺激的方法，其中刺激被产生为三个或更多个频谱分量(即纯音)系列的结合，每一频谱分量具有指定的频率、振幅和相位。
2、 根据权利要求1的方法，其中在一连串中的相继纯音之间的 频差为常数fs。
3、 根据权利要求1或2的方法，其中各个纯音具有为常数频差 fs的整数倍的频率。
4、 根据权利要求1或2的方法，其中各个纯音具有对应于常数 频率的半整数倍的频率。
5、 根据权利要求1-4任一所述的方法，各个纯音具有相位(即 时间延迟)，其补偿刺激系统、记录系统和/或听觉通道中的相应耳蜗 时延或任何其它相位或时间偏差。
6、 根据权利要求卜5任一所述的方法，其中结合被形成为三个 或更多个频谱分量的和、平均数或类似的数。
7、 根据权利要求1-6任一所述的方法，其中电学或声音刺激在 软件或硬件中产生。
8、 检测ASSR的设备，包括用于根据权利要求1-7中的任一产生 刺激的装置、用于将刺激提供给测试对象的装置、及用于从测试对象 检测对刺激的反应的装置。
9、 根据权利要求8的设备，其中所述设备包括用于提供刺激的 软件程序。
10、 用于根据权利要求8或9的设备的软件程序，包括用于根 据权利要求1-5中的任一产生分量的程序代码、用于根据权利要求6 合成分量的程序代码、及用于提供将作为刺激提供给测试对象的合成 输出的程序代码。
11、 根据权利要求10的软件程序，包括给出各个纯音的相位(即 时间延迟)的代码，其补偿刺激系统、记录系统和/或听觉通道中的 相应耳蜗时延或任何其它相位或时间偏差。
12、 根据权利要求10或11的软件程序，其中程序保存在可读存 储介质如软磁盘、CD-R0M、 DVD、磁盘驱动器、闪存或类似存储器上。
全文摘要
本发明涉及设计和产生用于从人类个体记录听性稳态反应ASSR的特定频率电学或声音刺激的方法，其中刺激被产生为三个或更多个频谱分量(即纯音)系列的结合，每一频谱分量具有指定的频率、振幅和相位；且其中在一连串中的相继纯音之间的频差为常数f<sub>s</sub>。本发明还涉及用于检测ASSR的设备和该设备中使用的软件程序。
文档编号A61B5/0484GK101365384SQ200580022242
公开日2009年2月11日 申请日期2005年6月30日 优先权日2004年7月2日
发明者克劳斯·埃尔贝林 申请人:麦科听力仪器公司