一种复合神经动作电位调谐曲线校准及检测系统的制作方法

专利名称：一种复合神经动作电位调谐曲线校准及检测系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及ー种听觉检测系统，特别是关于一种基于声卡的复合神经动作电位调谐曲线校准及检测系统。
背景技术：
复合神经动作电位(CAP)是耳蜗受到具有瞬态特性的声刺激，在经历一定潜伏期之后，数以千计单个听神经的放电之总和通过耳道内的圆窗膜上记录得到。各个神经纤维活动的同步性是圆窗膜是否能记录到CAP的ー个基本条件。为了能够有效地引起大量神经纤维的同步响应，声信号须有较好的瞬态特性，即具有较短的上升/下降时间。由于短声(Click)或者短纯音(Tone burst)具有较好的瞬态特性,常用于诱发CAP。Click的时域是一很窄的矩形脉冲，频谱很宽，频率特性很差，Tone burst是在ー个时窗里对纯音的截取，具有一定的频率特征，同时又是瞬态信号，常被用于听觉诱发电位的叠加记录，以了解听觉系统对该频率的听觉灵敏度，所以本发明采用刺激声Tone burst,以检测测试动物在特定频率下的CAP阈值曲线和CAP调谐曲线，CAP调谐曲线(CAP TC)及其Q值用于表征复合神经动作电位在特征频率下的频率选择特性。1976年Dal Ios和Cheatham首次使用复合神经动作电位以一个短纯音掩蔽另ー个短纯音的方法，成功记录了生理状态下客观评估测试动物耳蜗频率选择特性的复合神经动作电位调谐曲线。近年来，国内外有ー些复合神经动作电位相关的专利，例如2009年4月13日公开的专利申请号为US 20090259140A1，由Craig A. Buchman申请的专利名称为“用声音或机械刺激耳蜗并记录耳蜗内相应诱发电位的方法和仪器”由刺激器、电生理响应记录仪构成，刺激器包括产生声音信号的耳机、可在患者内耳产生振动信号的机械刺激器、听骨链直接驱动系统、骨锚助听器和骨导助听器，电生理响应记录仪包括可放置于耳蜗内的耳蜗内诊断仪，在实验结束可从耳蜗内取出而非耳蜗植入体，它可用于独立的诊断目的或与耳蜗内药物输送结合，以记录刺激诱发的耳蜗或听神经响应，例如总和电位、微音器电位和复合神经动作电位。上述专利中的耳蜗电图检测偏重于评估听カ障碍和选择相应疗法，虽然提及复合神经动作电位，但是并未涉及到复合神经动作电位调谐曲线的检测。另ー份2000年8月10日公开的申请号为US006640121B1，由Fred Telischi发明的专利名称为“耳蜗神经检测的耳探针”，由带有插入端和终端的集成单元组成，集成単元包括光纤激光多普勒血流仪探头用于测量血液流量和流速，以及耳蜗电图的记录电极，此专利偏重于耳探针的设计，与上ー发明专利类似，该发明虽然提及复合神经动作电位，但是没有涉及到复合神经动作电位调谐曲线的检测。

发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够实现对复合神经动作电位及其调谐曲线进行定量检测和分析，且具有声学传感器位置校准功能和电极位置校准功能的复合神经动作电位调谐曲线校准及检测系统。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案一种复合神经动作电位调谐曲线校准及检测系统，其特征在于它包括计算机、声卡、声学传感器、前置放大器、电极、高阻抗输入级、生物电放大器和耳塞，所述声学传感器包括微型扬声器和微型麦克风；所述计算机通过相应数据接ロ连接所述声卡，所述微型扬声器的输入端与所述声卡连接，所述微型扬声器的输出端通过声管插设在所述耳塞内，所述微型麦克风的输入端通过传输声管插设在所述耳塞内，所述微型麦克风的输出端通过所述前置放大器与所述声卡连接；所述电极包括放置在测试动物圆窗膜上的记录电极、夹设在测试动物同侧耳廓皮肤创ロ的參考电极和插设在测试动物背部皮肤上的地电极，所述记录电极、參考电极和地电极的输出端分别与所述高阻抗输入级的输入端连接，所述高阻抗输入级的输出端通过所述生物电放大器与所述声卡连接；所述计算机内设置听觉测试平台，所述听觉测试平台包括测试执行系统和声卡驱动系统，所述测试执行系统包括系统校准调试模块、声学传感器位置校准模块、电极位置校准模块、复合神经动作电位阈值曲线检测模块和复合神经动作电位调谐曲线检测模块;所述系统校准调试模块用于校准调试所述声卡和声学传感器的灵敏度；所述声学传感器位置校准模块用于在测试前对所述声学传感器在测试动物耳外耳道内的位置进行校准；所述电极位置校准模块用于测试前对所述记录电极是否放置在测试动物耳圆窗膜上进行校准；所述复合神经动作电位阈值曲线检测模块用于测试设定测试频率范围内，在各短纯音频率刺激下复合神经动作电位的刺激强度阈值，并绘制复合神经动作电位阈值曲线，判断测试动物的听觉强度敏度是否正常；所述复合神经动作电位调谐曲线检测模块在设定频率和强度的短纯音刺激下，按照设定抑制准则进行复合神经动作电位调谐曲线检测，并绘制抑制声强度变化与抑制声频率之间的关系曲线，判断测试动物的听觉频率敏度是否正常；所述声卡驱动系统用于驱动所述声卡，将所述测试执行系统发出的信号进行D/A转换，并将D/A转换后的电信号通过所述微型扬声器发送到测试动物耳中；同时接收由所述前置放大器和生物电放大器发回的信号分别进行A/D转换，并将A/D转换后的信号发送到所述测试执行系统的相应模块中。所述电极位置校准模块包括测试參数设置模块、测试信号生成模块、测试信号刺激模块、检测信号采集模块和检测信号分析模块；所述测试參数设置模块用于设置刺激声的參数，所述测试信号生成模块根据设定的刺激声參数生成相应刺激声，并将其发送到所述测试信号刺激模块，所述测试信号刺激模块发出刺激声，刺激声经所述声卡和微型扬声器发送到测试动物鼓膜附近，所述电极采集测试动物的圆窗膜上或圆窗膜附近的电压信号经所述高阻抗输入级和生物电放大器将电信号进行放大，所述生物电放大器将放大电信号经所述声卡传送至所述检测信号采集模块，所述检测信号采集模块将采集的信号发送到所述检测信号分析模块，所述检测信号分析模块根据采集的电压信号波形判断所述记录电极是否放置在测试动物的圆窗膜上，具体过程为根据检测到电压信号的时域波形对所述记录电极位置进行校准，当检测到的电压信号波形很好地跟随刺激声波形变化，认为检测到CM波形，记录电极位置合适，如果检测到的电压信号波形没有很好地跟随刺激声波形变化，则对记录电极的位置进行调整，直至合适。所述复合神经动作电位阈值曲线检测模块包括开始测试按钮、测试參数设置模块、短纯音信号生成模块、短纯音信号刺激模块、检测信号采集模块、检测信号分析模块和结果分析显示模块；所述测试參数设置模块用于设置测试频率的范围、短纯音刺激強度的范围和测试频率步长，所述开始测试按钮启动，所述测试參数设置模块发送各个參数至所述短纯音信号生成模块，所述短纯音信号生成模块生成短纯音并将其发送到所述短纯音信号刺激模块，所述短纯音信号刺激模块发送短纯音经所述声卡和微型扬声器发送到测试动物鼓膜附近，所述电极将测试动物圆窗膜上的电压信号经所述高阻抗输入级和生物电放大器进行信号放大，所述生物电放大器将放大后的信号经所述声卡发送到所述检测信号采集模块，所述检测信号采集模块将采集的信号发送到所述检测信号分析模块，所述检测信号分析模块根据测试结果提取每ー短纯音刺激频率下，刚好检测到复合神经动作电位的刺激声強度阈值，并将此刺激声強度阈值发送到所述结果分析显示模块，依此类推，当所有短纯音频率点全部测试完毕，绘制并显示复合神经动作电位阈值曲线，完成设置测试频率范围内每ー短音刺激频率下的复合神经动作电位的刺激声强度阈值的测试；其中，某一短纯音刺激频率下的刺激声强度阈值的提取过程为不断増加或降低短纯音强度，得到在不同强度的短纯音刺激下的复合神经动作电位的幅度，寻找刚好检测到复合神经动作电位时所对应的刺激声强度值，此刺激声强度值为复合神经动作电位的刺激声强度阈值。所述复合神经动作电位调谐曲线检测模块包括开始测试按钮、测试參数设置模块、测试信号生成模块、测试信号刺激模块、检测信号采集模块、检测信号分析模块和结果分析显示模块；所述测试參数设置模块根据测试需要设置刺激声频率、刺激声強度、抑制声频率的范围、抑声频率步长、抑制声強度的范围和抑制准则，刺激声频率根据所述复合神经动作电位阈值曲线检测模块的测试结果进行设置，所述开始测试按钮启动，所述测试參数设置模块发送各參数到所述测试信号生成模块，所述测试信号生成模块分别生成短纯音刺激声和窄带抑制声，并将其发送至所述测试信号刺激模块，所述测试信号刺激模块同时发出刺激声和抑制声，刺激声和抑制声经所述声卡和微型扬声器发送到测试动物鼓膜附近，所述电极将测试动物圆窗膜上的电压信号经所述高阻抗输入级和生物电放大器进行信号放大，所述生物电放大器将放大后的信号经所述声卡发送到所述检测信号采集模块，所述检测信号采集模块将采集的信号发送至检测信号分析模块，所述检测信号分析模块提取抑制声频率范围内各个抑制频率下、满足设定抑制准则的复合神经动作电位，具体过程为在某一抑制频率下，不断増加或減少抑制声的強度，当复合神经动作电位的幅度达到设定抑制准则时停止调整，则此时的点为复合神经动作电位调谐曲线中的一点，并将此点发送到所述结果分析显示模块；依此类推測量下ー个抑制频率点，当所有抑制频率点全部测试完毕，所述结果分析显示模块绘制并显示复合神经动作电位调谐曲线。所述声学传感器位置校准模块包括测试參数设置模块、测试信号生成模块、测试信号刺激模块、检测信号采集模块和检测信号分析模块，所述测试參数设置模块用于设置刺激声的參数，所述测试信号生成模块根据设定刺激声參数生成相应刺激声，并将其发送到所述测试信号刺激模块，所述测试信号刺激模块发出刺激声，刺激声经所述声卡和微型扬声器发送到测试动物耳，所述微型麦克风采集测试动物耳道内的声信号并其将发送到所述前置放大器进行放大，所述前置放大器将放大后的信号经所述声卡发送到所述检测信号采集模块，所述检测信号采集模块将采集的信号发送到所述检测信号分析模块，所述检测信号分析模块根据回采信号的时域波形判断所述声学传感器的位置是否合适。所述系统校准调试模块包括测试參数设置模块、测试信号生成模块、测试信号刺激模块、检测信号记录模块、电声校准分析系统和注射针筒，所述电声校准分析系统包括B&K麦克风、Pulse采集卡和笔记本，所述笔记本内设置有Pulse采集系统；所述测试參数设置模块设置刺激声參数，所述测试信号生成模块根据设置的刺激声參数生成相应刺激声，并发送信号到所述测试信号刺激模块，所述测试信号刺激模块发送数字刺激信号到所述声卡，数字刺激信号经所述声卡的D/A模块转换后生成模拟信号同时发送到所述微型扬声器和Pulse采集卡，所述Pulse采集卡将信号发送到所述Pulse采集系统；所述微型扬声器将刺激声发送到所述注射针筒，所述微型麦克风和B&K麦克风同时接收所述注射针筒内的声音信号，所述微型麦克风将接收的声音信号进行声电转换并通过所述前置放大器放大后同时发送到所述声卡和Pulse采集卡，所述Pulse采集卡将信号发送到所述Pulse采集系统，所述声卡将信号经A/D模块转换后发送所述检测信号记录模块，所述B&K麦克风将接收的信号经所述Pulse采集卡发送到所述Pulse采集系统；根据所述测试信号刺激模块发出的数字信号、所述检测信号记录模块记录的信号和所述Pulse采集系统采集的信号得到所述声卡的A/D和D/A转换关系、微型扬声器的电-声转换关系以及微型麦克风的声-电转换关系。本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点1、本发明在计算机内设置有测试执行系统，测试执行系统包括系统校准调试模块、声学传感器位置校准模块、电极位置校准模块、复合神经动作电位阈值曲线检测模块和复合神经动作电位调谐曲线检测模块，与现有技术相比，本发明增加了声卡和声学传感器灵敏度校准、声学传感器位置校准和电极位置校准，在检测前可以针对校准模块的测试结果对声学传感器和电极的位置进行校准调整，有效保证了检测结果的准确性和精度。2、本发明将复合神经动作电位阈值曲线检测和复合神经动作电位调谐曲线检测集合在ー个测试执行系统内，不仅使得对于听觉系统強度敏度的反映和对于听觉系统频率敏度的反映得到了结合，而且复合神经动作电位阈值曲线检测结果可以对复合神经动作电位调谐曲线检测进行指导，反过来复合神经动作电位调谐曲线的结果又可以对复合神经动作电位阈值曲线检测进行补充，因此为听觉系统检测提供了更加完善、全面的检测手段。3、本发明采用基于具有IEEE 1394接ロ的多媒体声卡，通过IEEE 1394接ロ与计算机相连接，相对于现有的复合神经动作电位检测硬件平台，外置声卡无需底层驱动，系统构成简单，便携性高，且能够实现高的采样精度，更易于搭建和便携。本发明可以广泛应用于听觉检测中。


图I是本发明的系统结构示意2是本发明的测试执行系统结构示意3是本发明的系统校准调试模块的结构框4是本发明的声学传感器位置校准模块的结构示意5是本发明的电极位置校准模块的结构示意6是本发明的复合神经动作电位阈值曲线检测模块的结构示意7是本发明的复合神经动作电位调谐曲线检测模块的结构示意图
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
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如图I所示,本发明包括一装载有windows系统的计算机I、一声卡2、一微型扬声器3、ー微型麦克风4、一前置放大器5、ー电极6、一高阻抗输入级7、一生物电放大器8和一软质的耳塞9,其中,微型扬声器3和微型麦克风4组成一声学传感器,为了将耳道内声音与外界声音隔离，微型扬声器3的输出端和微型麦克风4的输入端插设在同一耳塞9内。本发明的声卡2采用能够与计算机I通过IEEE1394接ロ连接的多媒体声卡，比如本发明在检测时采用由RME公司生产的具有24bit采样深度、最高采样率为196kHz的便携式多媒体声卡，当然本发明的声卡2还可以采用其它结构形式和连接方式，比如通过USB接ロ连接的多媒体声卡或普通声卡。本发明的微型扬声器3包括分别可以产生刺激声和抑制声的两个电-声换能器31、32，两个电-声换能器31、32用于将声卡2产生的电刺激信号转换成声刺激信号，两个电-声换能器31、32的输入端各自通过ー TRS接ロ连接声卡2的输出端，两个电-声换能器31、32的输出端各自通过一声管插入耳塞9内，微型扬声器3通过耳塞9将声刺激信号发送到测试动物鼓膜附近。微型扬声器3可以采用已有技术的各种产品，比如本发明检测时采用Etymotic公司生产的ER2插入式耳机，它具有106 dB SPL以上的持续输出能力、16kHz工作带宽和70dB以上耳间隔离。本发明的微型麦克风4包括一声-电换能器，用于米集测试动物鼓膜附近的声信号。微型麦克风4的输入端通过ー传输声管插设在耳塞9内，测试动物耳道中的声信号经声-电换能器将声信号转换为模拟电压信号，微型麦克风4的输出端通过导线将模拟电压信号发送到前置放大器5。微型麦克风4可以采用已有技术的各种产品，比如本发明检测时采用美国Etymotic公司生产的ER-10B+。本发明的前置放大器5用于将微型麦克风4输出的电信号进行放大，放大倍数可以根据实际需要进行调节，调节倍数可以选择0dB、20dB和40dB。前置放大器5的输入端连接微型麦克风4的输出端，前置放大器5的输出端通过ー TRS接ロ连接声卡2。本发明的电极6用于记录电压信号，它包括一放置在测试动物圆窗膜上的记录电极、一夹设在测试动物同侧耳廓皮肤创ロ的參考电极和ー插设在测试动物背部皮肤上的地电极。记录电极可以采用银球电极，參考电极可以采用鳄鱼夹电极，地电极可以采用注射针头，记录电极与參考电极之间的电压信号差值包括复合神经动作电位和耳蜗微音器电位。本发明的高阻抗输入级7用于提高检测电路的的输入阻抗，有利于记录生物电信号，例如复合神经动作电位。本发明的生物电放大器8用于将电极6采集到的复合神经动作电位信号和耳蜗微音器电位进行滤波和放大处理。生物电放大器8的输入端通过ー BNC接ロ连接高阻抗输入级7的输出端，高阻抗输入级7的输入端分别连接记录电极、參考电极和地电极的输出端，生物电放大器8的输出端通过ー TRS接ロ连接声卡2。本发明的生物电放大器8采用美国Grass公司生产的CP511，此种生物电放大器8可以提供高达200k的高增益、低噪声、高精度且滤波通带范围可调，可以达到CAP微弱信号的采集要求。如图I、图2所示，计算机I内设置ー听觉测试平台，听觉测试平台包括一测试执行系统9和一声卡驱动系统10，测试执行系统9包括一系统校准调试模块91、一声学传感器位置校准模块92、ー电极位置校准模块93、ー复合神经动作电位阈值曲线检测模块94和一复合神经动作电位调谐曲线检测模块95。系统校准调试模块91用于校准调试声卡2和声学传感器的灵敏度；声学传感器位置校准模块92用于在测试前对声学传感器在测试动物耳外耳道内的位置进行校准，从而保证在声学传感器位置合适的情况下，测试到准确的复合神经动作电位调谐曲线；电极位置校准模块93用于测试前对记录电极是否放置在测试动物耳圆窗膜上进行校准，保证电极6能采集到准确的CAP信号；复合神经动作电位阈值曲线检测模块94用于测试设定测试频率范围内，在各短纯音频率刺激下复合神经动作电位的刺激強度阈值，绘制复合神经动作电位阈值曲线，判断测试动物的听觉强度敏度是否正常；复合神经动作电位调谐曲线检测模块95对设定频率和強度的短纯音刺激下，按照设定的抑制准则，测试抑制声强度变化与抑制声频率之间的关系曲线，判断测试动物的听觉频率敏度是否正常。声卡驱动系统10用于驱动声卡2将测试执行系统发出的信号进行D/A转换，并将D/A转换后的电信号通过微型扬声器3发送到测试动物耳中；同时接收由前置放大器5和生物电放大器8发回的信号进行A/D转换，并将A/D转换后的信号发送到测试执行系统9的相应模块中。如图3所示，上述实施例中，系统校准调试模块91用于获得声卡2的A/D和D/A转换关系、微型扬声器3的电声转换关系以及微型麦克风4的声电转换关系,它包括测试參数设置模块、测试信号生成模块、测试信号刺激模块、检测信号记录模块、电声校准分析系统和注射针筒911。电声校准分析系统可以根据需要采用各种电声校准分析系统，本发明以丹麦BrUel&Kjsr公司的电声校准分析系统为实施例进行说明，它包括一 B&K麦克风912、一 Pulse米集卡913和一笔记本,笔记本内设置一 Pulse米集系统914。将微型扬声器3、微型麦克风4与B&K麦克风912置于注射针筒911，且保证微型扬声器3、微型麦克风4、B&K麦克风912与注射针筒911紧密贴合，使注射针筒911成为ー密闭腔体，近似于测试过程中耳塞插入到测试动物鼓膜附近，B&K麦克风912所测的声音强度和微型扬声器3产生声音強度相同。测试參数设置模块用于设置刺激声的參数，测试信号生成模块根据设定的刺激声參数生成相应刺激声到测试信号刺激模块，测试信号刺激模块发送数字刺激信号到声卡
2,数字刺激信号经声卡2的D/A模块转换后生成模拟电信号同时发送到微型扬声器3和Pulse采集卡913，Pulse采集卡913将采集的数据发送到Pulse采集系统914 ;微型扬声器3中的其中一个电-声换能器31将刺激声发送到注射针筒911中，微型麦克风4和B&K麦克风912同时接收注射针筒内的声音信号，微型麦克风4将接收的声音信号进行声电转换发送到前置放大器5进行放大，前置放大器5将放大后的信号同时发送到声卡2和Pulse采集卡913，Pulse采集卡913将采集的信号发送到Pulse采集系统914 ;声卡2的A/D模块将信号进行A/D转换后发送检测信号记录模块，B&K麦克风912将接收的信号经Pulse采集卡913发送到Pulse采集系统914，测试人员根据测试信号刺激模块发出的数字信号、检测信号记录模块记录的信号和Pulse采集系统914采集的信号进行计算，得到声卡2的D/A和A/D转换关系、微型扬声器3的电声转换关系以及微型麦克风4的声电转换关系,具体为I)对声卡2的D/A关系校准调试时，测试人员根据测试信号刺激模块发出的数字刺激信号(測量点①)和Pulse采集系统914采集的经声卡2输出的模拟电压量(測量点②)之间的关系获得声卡的D/A关系；
2)对声卡2的A/D关系校准调试时，测试人员根据Pulse采集系统914采集的经前置放大器5输出的模拟电压信号(測量点③)和检测信号记录模块采集的数字电压信号(测量点④)获得声卡2的A/D关系；3)对微型扬声器3校准调试时，测试人员根据Pulse采集系统914采集的经声卡2输出的模拟电压量(测量点②)与B&K麦克风912接收的声压信号(测量点⑤)之间的关系获得微型扬声器3的电-声转换关系；4)对微型麦克风4校准调试时，通过Pulse采集系统914采集的输入微型麦克风4的声压信号(測量点⑤)与前置放大器5输出的模拟电压信号(測量点③)之间的关系获得微型麦克风4的声电转换关系。如图4所示，上述各实施例中，声学传感器位置校准模块92包括测试參数设置模块921、测试信号生成模块922、测试信号刺激模块923、检测信号采集模块924和检测信号分析模块925。测试參数设置模块921用于设置刺激声的參数，测试信号生成模块922根据设定刺激声參数生成相应刺激声，并将其发送到测试信号刺激模块923，测试信号刺激模块923发出刺激声，刺激声经声卡2和微型扬声器3的其中ー电-声换能器31发送到测试动物耳，即lkHz、50dB SPL的短纯音经声卡2和电-声换能器31发送到测试动物耳，微型麦克风4采集测试动物耳道内的声信号并其将发送到前置放大器5进行放大，前置放大器5将放大后的信号经声卡2发送到检测信号采集模块924，检测信号采集模块924将采集的信号发送到检测信号分析模块925进行分析。由于声学传感器与测试动物鼓膜的相对位置关系将影响到回采信号的波形(微型麦克风采集的声信号波形)的形状，因此检测信号分析模块925根据回采信号的时域波形判断声学传感器位置是否放置合适，当回采信号的时域波形幅度达到测试信号生成模块922生成声音波形幅度的大小且两者波形相近吋，认为声学传感器位置合适，否则需要对声学传感器位置进行调试，直至合适为止。如图5所示，上述各实施例中，电极位置校准模块93包括ー测试參数设置模块931、ー测试信号生成模块932、ー测试信号刺激模块933、ー检测信号采集模块934和ー检测信号分析模块935。测试參数设置模块931用于设置刺激声的參数，测试信号生成模块932根据设定的刺激声參数生成相应刺激声，并将其发送到测试信号刺激模块933，测试信号刺激模块933发出刺激声，刺激声经声卡2和微型扬声器3的其中ー电-声换能器31将声信号发送到测试动物鼓膜附近，电极6采集到测试动物的圆窗膜上或圆窗膜附近的电压信号经高阻抗输入级7和生物电放大器8将电信号进行放大，生物电放大器8将放大电信号经声卡2传送至检测信号采集模块934，检测信号采集模块934将采集的信号发送到检测信号分析模块935，检测信号分析模块935根据采集到的电压信号波形判断记录电极是否放置在测试动物的圆窗膜上。由于记录电极是否放置在测试动物的圆窗膜上直接决定了能否采集到CAP和CM信号，且CM对刺激声有很好的波形跟随作用，因此检测信号分析模块935根据检测到电压信号的时域波形对记录电极位置进行校准，当检测到的电压信号波形很好地跟随刺激声波形变化，认为检测到CM波形，记录电极位置合适，如果检测到的电压信号波形没有很好地跟随刺激声波形变化，则对记录电极的位置进行调整，直至合适。如图6所示，上述各实施例中，复合神经动作电位阈值曲线检测模块94包括ー开始测试按钮、一测试參数设置模块941、ー短纯音信号生成模块942、ー短纯音信号刺激模块943、ー检测信号米集模块944、ー检测信号分析模块945和ー结果分析显不模块946。
测试參数设置模块941用于设置测试频率的范围、短纯音刺激強度范围和测试频率步长，用户启动开始测试按钮，测试參数设置模块941发送各个參数至短纯音信号生成模块942，短纯音信号生成模块942生成短纯音刺激声并将其发送到短纯音信号刺激模块943,短纯音信号刺激模块943发送短纯音刺激声经声卡2和微型扬声器的其中一电-声换能器31发送到测试动物鼓膜附近，电极6将测试动物圆窗膜上的电压信号经高阻抗输入级7和生物电放大器8进行信号放大，生物电放大器将8放大后的信号经声卡2发送到检测信号采集模块944，检测信号采集模块944将采集的信号发送到检测信号分析模块945，检测信号分析模块945根据测试结果提取每ー短纯音刺激频率下，刚好检测到复合神经动作电位的刺激声強度阈值，并将此刺激声強度阈值发送到结果分析显示模块946，依此类推，当所有短纯音刺激频率点全部测试完毕，绘制并显示复合神经动作电位阈值曲线，从而完成设置测试频率范围内，每ー短音刺激频率下的复合神经动作电位的刺激声强度阈值的测试。其中，某一刺激频率下的刺激声强度阈值的提取过程为不断増加或降低短纯音强度，得到在不同強度的短纯音刺激下的复合神经动作电位的幅度，寻找刚好检测到复合神经动作电位(例如复合神经动作电位幅度为10uV，可以根据实际需要进行选择，在此不作限定)时所对应的刺激声强度值，则此刺激声强度值为复合神经动作电位的刺激声强度阈值。复合神经动作电位阈值曲线检测模块94检测完成得到复合神经动作电位阈值曲线，将此阈值曲线与听力正常的动物的听阈进行比较，如果两者在相同频率段基本平行而且幅度相差在一定范围内(例如5dB SPL，可以根据实际需要进行选择，在此不作限定)，认为此测试动物听カ正常，如果此阈值曲线幅度较高或与听カ正常的动物的听阈差异较大，认为此测试动物听カ不正常，这是从听觉强度敏度的检测结果对测试动物的听觉系统进行分析；在复合神经动作电位调谐曲线检测中，则是从频率敏度对测试动物的听觉系统进行分析。如图7所示，上述各实施例中，复合神经动作电位调谐曲线检测模块95包括一开始测试按钮、一测试參数设置模块951、ー测试信号生成模块952、ー测试信号刺激模块953、ー检测信号米集模块954、ー检测信号分析模块955和ー结果分析显不模块956。测试參数设置模块951根据测试需要设置刺激声频率、刺激声強度、抑制声频率范围、抑声频率步长、抑制声強度范围和抑制准则，刺激声频率和強度根据复合神经动作电位阈值曲线检测模块94的测试结果进行设置，刺激声频率是复合神经动作电位阈值曲线中刺激声阈值较低的点对应的频率，刺激声强度等于此刺激声阈值增加10或20或30dBSPL (可以根据实际需要确定，在此不作具体限定)，以确保诱发出的复合神经动作电位幅度高于IOuV且不过大，若复合神经动作电位幅度达不到IOuV则无法进行检测，若复合神经动作电位幅度太大则需要用的抑制声强度过高；设定抑制声的強度上限，以避免过高的抑制声强度损害测试动物的听力，抑制频率与刺激频率相近时，达到抑制准则所需的抑制声强度比刺激声強度低，抑制声強度下限可以设置为刺激声强度减去30dB SPL (可以根据实际需要确定，在此不作具体限定)，以确保抑制声強度在有效的范围内变化。开始测试按钮启动，测试參数设置模块951发送各參数到测试信号生成模块952，测试信号生成模块952分别生成短纯音刺激声和窄带抑制声，并将其发送至测试信号刺激模块953，测试信号刺激模块953同时发出刺激声和抑制声，刺激声和抑制声经声卡2和两电-声换能器31、32发送到测试动物鼓膜附近。电极6将测试动物圆窗膜上的电压信号经高阻抗输入级7和生物电放大器8进行信号放大，生物电放大器8将放大后的信号经声卡2发送到检测信号采集模块954，检测信号采集模块954将采集的信号发送至检测信号分析模块955，检测信号分析模块955提取抑制声频率范围内各个抑制频率下、满足设定抑制准则的复合神经动作电位，具体过程为在某一抑制频率下，不断増加或減少抑制声的强度，当复合神经动作电位的幅度达到设定抑制准则时停止调整，则此时的点(抑制频率点和所对应的抑制声強度)为复合神经动作电位调谐曲线中的一点，并将此点发送到结果分析显示模块956 ;按照上述过程，依此类推測量下ー个抑制频率点，当所有抑制频率点全部测试完毕，结果分析显示模块956绘制并显示复合神经动作电位调谐曲线，即设定的刺激频率和刺激強度下，不同抑制频率点和所对应抑制声強度的关系曲线。上述实施例中，复合神经动作电位的提取可以采用相干平均和匹配滤波方法。在测试前，将刺激声重复1024次(只要是2的倍数即可，可以根据实际需要进行确定，在此不作限定)，以各次刺激瞬间为參考点对齐各次响应做相干平均，将所得结果作为复合神经动作电位的模版，将此模版做成匹配滤波器的冲激响应存入相应检测信号分析模块；检测信号分析模块可以将每个检测到的电压信号通过此匹配滤波器，判断是否存在复合神经动作电位，若存在复合神经动作电位，则找到响应的波峰位置，当用匹配滤波器筛选到32或64(2的倍数即可，可以根据实际需要进行确定，在此不作限定)个复合神经动作电位波形后，以波峰位置对齐，进行叠加平均则可以提取出复合神经动作电位。上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构和连接方式等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。
权利要求
1.一种复合神经动作电位调谐曲线校准及检测系统，其特征在于它包括计算机、声卡、声学传感器、前置放大器、电极、高阻抗输入级、生物电放大器和耳塞，所述声学传感器包括微型扬声器和微型麦克风；所述计算机通过相应数据接ロ连接所述声卡，所述微型扬声器的输入端与所述声卡连接，所述微型扬声器的输出端通过声管插设在所述耳塞内，所述微型麦克风的输入端通过传输声管插设在所述耳塞内，所述微型麦克风的输出端通过所述前置放大器与所述声卡连接；所述电极包括放置在测试动物圆窗膜上的记录电极、夹设在测试动物同侧耳廓皮肤创ロ的參考电极和插设在测试动物背部皮肤上的地电极，所述记录电极、參考电极和地电极的输出端分别与所述高阻抗输入级的输入端连接，所述高阻抗输入级的输出端通过所述生物电放大器与所述声卡连接； 所述计算机内设置听觉测试平台，所述听觉测试平台包括测试执行系统和声卡驱动系统，所述测试执行系统包括系统校准调试模块、声学传感器位置校准模块、电极位置校准模块、复合神经动作电位阈值曲线检测模块和复合神经动作电位调谐曲线检测模块；所述系统校准调试模块用于校准调试所述声卡和声学传感器的灵敏度；所述声学传感器位置校准模块用于在测试前对所述声学传感器在测试动物耳外耳道内的位置进行校准；所述电极位置校准模块用于测试前对所述记录电极是否放置在测试动物耳圆窗膜上进行校准；所述复合神经动作电位阈值曲线检测模块用于测试设定测试频率范围内，在各短纯音频率刺激下复合神经动作电位的刺激强度阈值，并绘制复合神经动作电位阈值曲线，判断测试动物的听觉强度敏度是否正常；所述复合神经动作电位调谐曲线检测模块在设定频率和強度的短纯音刺激下，按照设定抑制准则进行复合神经动作电位调谐曲线检测，并绘制抑制声強度变化与抑制声频率之间的关系曲线，判断测试动物的听觉频率敏度是否正常； 所述声卡驱动系统用于驱动所述声卡，将所述测试执行系统发出的信号进行D/A转换，并将D/A转换后的电信号通过所述微型扬声器发送到测试动物耳中；同时接收由所述前置放大器和生物电放大器发回的信号分别进行A/D转换，并将A/D转换后的信号发送到所述测试执行系统的相应模块中。
2.如权利要求I所述的ー种复合神经动作电位调谐曲线校准及检测系统，其特征在干所述电极位置校准模块包括测试參数设置模块、测试信号生成模块、测试信号刺激模块、检测信号采集模块和检测信号分析模块；所述测试參数设置模块用于设置刺激声的參数，所述测试信号生成模块根据设定的刺激声參数生成相应刺激声，并将其发送到所述测试信号刺激模块，所述测试信号刺激模块发出刺激声，刺激声经所述声卡和微型扬声器发送到测试动物鼓膜附近，所述电极采集测试动物的圆窗膜上或圆窗膜附近的电压信号经所述高阻抗输入级和生物电放大器将电信号进行放大，所述生物电放大器将放大电信号经所述声卡传送至所述检测信号采集模块，所述检测信号采集模块将采集的信号发送到所述检测信号分析模块，所述检测信号分析模块根据采集的电压信号波形判断所述记录电极是否放置在测试动物的圆窗膜上，具体过程为根据检测到电压信号的时域波形对所述记录电极位置进行校准，当检测到的电压信号波形很好地跟随刺激声波形变化，认为检测到CM波形，记录电极位置合适，如果检测到的电压信号波形没有很好地跟随刺激声波形变化，则对记录电极的位置进行调整，直至合适。
3.如权利要求I所述的ー种复合神经动作电位调谐曲线校准及检测系统，其特征在干所述复合神经动作电位阈值曲线检测模块包括开始测试按钮、测试參数设置模块、短纯音信号生成模块、短纯音信号刺激模块、检测信号采集模块、检测信号分析模块和结果分析显示模块；所述测试參数设置模块用于设置测试频率的范围、短纯音刺激強度的范围和测试频率步长，所述开始测试按钮启动，所述测试參数设置模块发送各个參数至所述短纯音信号生成模块，所述短纯音信号生成模块生成短纯音并将其发送到所述短纯音信号刺激模块，所述短纯音信号刺激模块发送短纯音经所述声卡和微型扬声器发送到测试动物鼓膜附近，所述电极将测试动物圆窗膜上的电压信号经所述高阻抗输入级和生物电放大器进行信号放大，所述生物电放大器将放大后的信号经所述声卡发送到所述检测信号采集模块，所述检测信号采集模块将采集的信号发送到所述检测信号分析模块，所述检测信号分析模块根据测试结果提取每ー短纯音刺激频率下，刚好检测到复合神经动作电位的刺激声强度阈值，并将此刺激声強度阈值发送到所述结果分析显示模块，依此类推，当所有短纯音频率点全部测试完毕，绘制并显示复合神经动作电位阈值曲线，完成设置测试频率范围内每ー短音刺激频率下的复合神经动作电位的刺激声强度阈值的测试；其中，某一短纯音刺激频率下的刺激声强度阈值的提取过程为不断増加或降低短纯音强度，得到在不同強度的短纯音刺激下的复合神经动作电位的幅度，寻找刚好检测到复合神经动作电位时所对应的刺激声强度值，此刺激声强度值为复合神经动作电位的刺激声强度阈值。
4.如权利要求2所述的ー种复合神经动作电位调谐曲线校准及检测系统，其特征在干所述复合神经动作电位阈值曲线检测模块包括开始测试按钮、测试參数设置模块、短纯音信号生成模块、短纯音信号刺激模块、检测信号采集模块、检测信号分析模块和结果分析显示模块；所述测试參数设置模块用于设置测试频率的范围、短纯音刺激強度的范围和测试频率步长，所述开始测试按钮启动，所述测试參数设置模块发送各个參数至所述短纯音信号生成模块，所述短纯音信号生成模块生成短纯音并将其发送到所述短纯音信号刺激模块，所述短纯音信号刺激模块发送短纯音经所述声卡和微型扬声器发送到测试动物鼓膜附近，所述电极将测试动物圆窗膜上的电压信号经所述高阻抗输入级和生物电放大器进行信号放大，所述生物电放大器将放大后的信号经所述声卡发送到所述检测信号采集模块，所述检测信号采集模块将采集的信号发送到所述检测信号分析模块，所述检测信号分析模块根据测试结果提取每ー短纯音刺激频率下，刚好检测到复合神经动作电位的刺激声强度阈值，并将此刺激声強度阈值发送到所述结果分析显示模块，依此类推，当所有短纯音频率点全部测试完毕，绘制并显示复合神经动作电位阈值曲线，完成设置测试频率范围内每ー短音刺激频率下的复合神经动作电位的刺激声强度阈值的测试；其中,某一短纯音刺激频率下的刺激声强度阈值的提取过程为不断増加或降低短纯音强度，得到在不同強度的短纯音刺激下的复合神经动作电位的幅度，寻找刚好检测到复合神经动作电位时所对应的刺激声强度值，此刺激声强度值为复合神经动作电位的刺激声强度阈值。
5.如权利要求I或2或3或4所述的ー种复合神经动作电位调谐曲线校准及检测系统，其特征在干所述复合神经动作电位调谐曲线检测模块包括开始测试按钮、测试參数设置模块、测试信号生成模块、测试信号刺激模块、检测信号采集模块、检测信号分析模块和结果分析显示模块；所述测试參数设置模块根据测试需要设置刺激声频率、刺激声強度、抑制声频率的范围、抑声频率步长、抑制声強度的范围和抑制准则，刺激声频率根据所述复合神经动作电位阈值曲线检测模块的测试结果进行设置，所述开始测试按钮启动，所述测试參数设置模块发送各參数到所述测试信号生成模块，所述测试信号生成模块分别生成短纯音刺激声和窄带抑制声，并将其发送至所述测试信号刺激模块，所述测试信号刺激模块同时发出刺激声和抑制声，刺激声和抑制声经所述声卡和微型扬声器发送到测试动物鼓膜附近，所述电极将测试动物圆窗膜上的电压信号经所述高阻抗输入级和生物电放大器进行信号放大，所述生物电放大器将放大后的信号经所述声卡发送到所述检测信号采集模块，所述检测信号采集模块将采集的信号发送至检测信号分析模块，所述检测信号分析模块提取抑制声频率范围内各个抑制频率下、满足设定抑制准则的复合神经动作电位，具体过程为在某一抑制频率下，不断增加或减少抑制声的强度，当复合神经动作电位的幅度达到设定抑制准则时停止调整，则此时的点为复合神经动作电位调谐曲线中的一点，并将此点发送到所述结果分析显示模块；依此类推測量下ー个抑制频率点，当所有抑制频率点全部测试完毕，所述结果分析显示模块绘制并显示复合神经动作电位调谐曲线。
6.如权利要求I 5任意一项所述的一种复合神经动作电位调谐曲线校准及检测系统，其特征在于所述声学传感器位置校准模块包括测试參数设置模块、测试信号生成模块、测试信号刺激模块、检测信号采集模块和检测信号分析模块，所述测试參数设置模块用于设置刺激声的參数，所述测试信号生成模块根据设定刺激声參数生成相应刺激声，并将其发送到所述测试信号刺激模块，所述测试信号刺激模块发出刺激声，刺激声经所述声卡和微型扬声器发送到测试动物耳，所述微型麦克风采集测试动物耳道内的声信号并其将发送到所述前置放大器进行放大，所述前置放大器将放大后的信号经所述声卡发送到所述检测信号采集模块，所述检测信号采集模块将采集的信号发送到所述检测信号分析模块，所述检测信号分析模块根据回采信号的时域波形判断所述声学传感器的位置是否合适。
7.如权利要求I 6任意一项所述的一种复合神经动作电位调谐曲线校准及检测系统，其特征在干所述系统校准调试模块包括测试參数设置模块、测试信号生成模块、测试信号刺激模块、检测信号记录模块、电声校准分析系统和注射针筒，所述电声校准分析系统包括B&K麦克风、Pulse采集卡和笔记本，所述笔记本内设置有Pulse采集系统； 所述测试參数设置模块设置刺激声參数，所述测试信号生成模块根据设置的刺激声參数生成相应刺激声，并发送信号到所述测试信号刺激模块，所述测试信号刺激模块发送数字刺激信号到所述声卡，数字刺激信号经所述声卡的D/A模块转换后生成模拟信号同时发送到所述微型扬声器和Pulse采集卡，所述Pulse采集卡将信号发送到所述Pulse采集系统；所述微型扬声器将刺激声发送到所述注射针筒，所述微型麦克风和B&K麦克风同时接收所述注射针筒内的声音信号，所述微型麦克风将接收的声音信号进行声电转换并通过所述前置放大器放大后同时发送到所述声卡和Pulse采集卡，所述Pulse采集卡将信号发送到所述Pulse采集系统，所述声卡将信号经A/D模块转换后发送所述检测信号记录模块，所述B&K麦克风将接收的信号经所述Pulse采集卡发送到所述Pulse采集系统；根据所述测试信号刺激模块发出的数字信号、所述检测信号记录模块记录的信号和所述Pulse采集系统米集的信号得到所述声卡的A/D和D/A转换关系、微型扬声器的电-声转换关系以及微型麦克风的声-电转换关系。
全文摘要
本发明涉及一种复合神经动作电位调谐曲线校准及检测系统，其特征在于它包括计算机、声卡、声学传感器、前置放大器、电极、高阻抗输入级、生物电放大器和耳塞；计算机内设置听觉测试平台，听觉测试平台包括测试执行系统和声卡驱动系统，测试执行系统包括有若干校准和检测模块，其中，系统校准调试模块用校准调试声卡和声学传感器的灵敏度；声学传感器位置校准模块用于对声学传感器在测试动物耳外耳道内的位置进行校准；电极位置校准模块用于对记录电极是否放置在测试动物耳圆窗膜上进行校准；复合神经动作电位阈值曲线检测模块用于测试复合神经动作电位的刺激强度阈值；复合神经动作电位调谐曲线检测模块进行复合神经动作电位调谐曲线检测。本发明可以广泛应用于听觉检测中。
文档编号A61B5/12GK102908150SQ20121037444
公开日2013年2月6日 申请日期2012年9月27日 优先权日2012年9月27日
发明者宫琴, 黎婷婷, 王瑶, 刘帅, 武远泉, 先梦 申请人:清华大学