Chirp声诱发的听性稳态反应研究现状

魏凡钦 综述 张官萍 审校

1 中山大学附属第六医院耳鼻咽喉-头颈外科(广州 510655)

听性稳态反应(auditory steady-state response,ASSR)是一种具有频率特异性的客观测听方法,已被广泛应用于临床。但是,通常用于记录 ASSR的刺激声(单一调幅载波)只激活了耳蜗基底膜上的小部分区域,所得反应幅度较低。线性调频脉冲声(Chirp声)能克服耳蜗的特殊解剖结构造成的行波延迟,在耳蜗中增加了“实时同步”(temporal synchrony),使得以Chirp刺激声为探测音的ASSR检测能够改善听阈评估效果并提高测试的速率,已用于听阈评估、新生儿听力筛查、听神经病检测与诊断等方面。本文针对Chirp声的设计与产生、Chirp-ASSR临床应用综述如下。

1 Chirp声的设计与产生

初期的ASSR测试都是用单一调幅声作为探测音,当刺激声的大小接近正常和轻度听力损失者的听阈时,由于兴奋的听毛细胞的数量减少,反应振幅降低,使得检测较为困难。随后,运用几种调频相同的调幅声、指数包络的调幅声和混合调制声(既调频又调幅)作为探测音,使基底膜的兴奋范围扩大获得了较大的反应振幅,提高了ASSR反应的检测能力[1]。然而,研究发现,与1 kHz和2 kHz相比,0.5 kHz的ASSR反应振幅仍较低并且检测困难[2],其主要问题在于：虽然多载波探测音激活了更多的神经元,但由于行波从耳蜗的底部到达其顶部(即从耳蜗相应的高频区域到低频区域)需要耗费一定的时间,使得耳蜗顶部区域相应的毛细胞和听神经纤维不能同时被激发,即兴奋的同步化不足,此时,复合的神经反应就会被分散,反应振幅较低。

为此,Don等[3]通过对听力正常人行听性脑干反应(ABR)测试,直接研究耳蜗行波延迟对神经反应的作用,并建立了几种耳蜗行波延迟模型,包括：短纯音ABR潜伏期、分频ABR潜伏期和de Boer(1980)线性耳蜗模型,通过这些模型获得行波延迟的特征即潜伏期-频率函数(latency-frequency functions),并用这些函数来估计行波延迟的时间[4]。

为了补偿耳蜗的行波延迟,Elberling等[5]研究介绍了“输出补偿”和“输入补偿”的概念：输出补偿发生在耳蜗输出神经信号的阶段,是采用叠加ABR(stacked ABR)的方法补偿耳蜗的行波延迟,叠加ABR的波幅较常规ABR的波幅明显增大便于检测,但获取叠加ABR程序复杂并且需要很长的记录时间;输入补偿则发生在声音输入耳蜗的阶段,是通过将输入刺激声不同频率成分进行时间移位,使低频部分出现在高频之前,使所有频率的波在同一时间到达耳蜗基底膜相应的位置,实现“实时同步”,这种将频率成分重置的click声便称为Chirp声,它可以用来记录宽带ABR和ASSR。研究表明,在同等条件下,Chirp-ABR的有效性优于叠加ABR[5]。

由于宽频声诱发的听觉复合动作电位(ACAP)或ABR是由听神经纤维的整体活动形成,可将耳蜗看作是一个双端系统(two-port system),通过测量单个神经纤维或神经纤维组的反应获得基底膜上各位置的反应潜伏期,所得到的潜伏期用于描述耳蜗双端系统,并以此为基础设计了Chirp声,用这种方法得出的行波延迟可用于描述耳蜗双端系统的组延迟。然而,无论耳蜗中产生神经反应的实际位置如何,这一方法将耳蜗的每个频率段(derived-band)对应一个神经反应模式,每个刺激声的频率成分都在所对应的频率成分范围之内。因此,各个频率段的潜伏期可用于定义耳蜗双端系统的组延迟,这里涉及到的频率段是指刺激声频率,而非耳蜗的频率分段。这种组延迟描述了不同的频率组成分(如宽频click)及其产生的神经反应是如何从耳蜗双端系统的输入端到输出端发生延迟的。组延迟的结果可用于设计Chirp声以补偿各个频率段的延迟[5]。

Chirp声无需调制,是通过添加几条频程与所需探测音的重复率一致的余弦波,使发射的射频脉冲信号在一个周期内,其载频的频率作线性变化,载频频率随着时程的延长呈线性增加。由于添加余弦波的数量决定了基底膜上激活区域的宽度,使其成为一种频谱较广的探测音;另外,独特的设计使得Chirp声在基波与其它谐波之间产生频率抵消(frequency offset),促使应用一种q检验(q-sample test)的统计方法对多次谐波进行检测,能提高反应的检出率,这对0.5 kHz尤为重要[6]。

理论上讲,Chirp信号本身的相位特征——低频声音早发出,高频声音晚发出,克服了由于耳蜗的特殊的解剖结构而造成的的行波延迟,使更多的神经纤维同时放电,较click声引发出更高幅度的反应。Dau等[4]用宽带Chirp刺激声研究ABR发现：在多数给声水平上,宽带Chirp声比click声引发的波V幅度大;当把Chirp声逆转(即使其载频频率随着时程的延长呈线性减少)时,它所引发的ABR幅度较click声更低。他们认为,Chirp声增强了耳蜗低频区域的活动,而click声在耳蜗顶部行波速度降低,相应的毛细胞和听神经纤维的兴奋同步化不足。Elberling等[7]对49名听力正常的受试者分别以Chirp声和click声检测ASSR,将刺激速率设为90次/秒,在两个刺激声强度上(30和50 dB nHL)进行比较,结果证实,与click声相比,Chirp声的信噪比(SNR)高,所用测试时间较短,相当于采用高于其音量20 dB的click声测试所需的时间。由此认为,在正常听力成人中应用高频短声检测ASSR,Chirp声比click声更优越。

CE-Chirp?是Elberling在传统的Chirp声基础上独立研发的具有专利性的Chirp刺激声,然后又有其他科研人士设计出包括具有频率特异性的NB CE-Chirp?、L-Chirp、U-Chirp刺激声。目前,随着能提供以Chirp声为探测音的听力诊断设备制造厂家的增多,Chirp-ASSR在临床上应用日益广泛。以CE-Chirp刺激声为探测音的听性稳态反应(ASSR)能缩短测试时间并改善听阈评估的效果,得益于以下特点：①CE-Chirp刺激声具有很好的神经刺激同步性,在瞬间可以获得较大的刺激能量,有效地补偿了耳蜗内行波延迟;②刺激包括了边带频率,使得低强度声也能刺激更多的毛细胞反应,且诱发反应幅度是传统ASSR刺激的两倍;边带频率的分离能引发出期望的“调制率”：比如990 Hz的中心频率和边带频率以 90 Hz区分为 810、900、990、1 080、1 170 Hz),即“调制率”为90 Hz;输入的刺激使得低频成分比高频成分先到达耳蜗相应感应部位,得到按耳蜗频率排列的一系列同时反应[8]。

2 Chirp-ASSR的临床应用

新型ASSR测试不仅采用Chirp声为刺激声,还融入了多频给声、全频谱探测引擎的技术。通过对双耳同时给予多个频率的刺激声,并对所得的多次谐波进行统计分析,利用谐波频率和其他频率之间的差别,便能检测到ASSR的存在。这种同时能对多次谐波检测的统计测试即q样本检验[9]。Lins等[10]记录调制频率为80～105 Hz的 ASSR,证明可同时给予多达8个不同载频的刺激声(每耳 4个),只要各载频相隔一个倍频程,反应振幅不会明显减低。Cebulla等[11]在两组样本中分别用单载波和多载波刺激声记录ASSR,然后对ASSR第一谐波和五个更高频的谐波进行单样本测试,结果表明：在两组样本中,除了第一谐波外,其它高频的谐波也包含着有用的信息;同时,与单样本检验(onesample test)相比,基于检测多个频率谐波的q检验能得到更高的检测率并缩短检测时间。目前,Chirp-ASSR主要用于听阈评估、新生儿听力筛查和听神经病的检测与诊断。

2.1 听阈评估 在听阈评估中,使用有频率特异性的Chirp刺激声,包括以 0.5、1、2、4 kHz为中心频率的一倍频带Chirp刺激声,可以在特定频带提供更同步的刺激,然后用所测得的ASSR反应阈值绘制出预估纯音听阈曲线图。Elberling等(2007年)对 10例(20耳)听力正常成人(20～40岁)用Chirp-ASSR检测,所得的ASSR阈值与相应频率纯音听阈值的差分别在11±7 dB(0.5 kHz)、10±7 dB(1 kHz)、6 ±5 dB(2 kHz)、13±4 dB(4 kHz)以内,测试的平均时间约30分钟;而以前用非Chirp声行传统ASSR测试的结果(共计 131耳)为 20±12 dB(0.5 kHz)、13±9 dB(1 kHz)、9±8 dB(2 kHz)、12±8 dB(4 kHz),并且测试时间较长。他们认为,以Chirp为刺激声的新型ASSR比传统ASSR的阈值与行为测听所得的阈值更加相符。虽然此次测试的是听力正常受试者,并且样本数量偏少,需要在更多听力损失的成人和小孩中进一步评估此种测试方法,但Rance等[12]研究结果也表明,以Chirp声为刺激声的新型的ASSR测试在听力正常者中的有效性与其在听力障碍的成人和儿童中的有效性相关。Venema[13]比较了传统ASSR与Chirp-ASSR在成年人群的测试结果,认为Chirp-ASSR在传统ASSR的基础上缩短了检测时间,并更加准确的区分有无反应,减少了假阳性率,绘制出的预估纯音听阈曲线图与纯音听力计所测得的结果相关性很好。Lin等[14]对142名正常人和听力下降的患者进行了Chirp-ASSR、ABR和纯音测听3种方式的测试进行比较,结果显示：Chirp-ASSR测试结果与纯音听阈之间的相关系数在 500、1 000、2 000、4 000 Hz分别为 0.89、0.95、0.96、0.97,而 ABR 反应阈与纯音听阈之间的相关性平均只有0.83,所以他认为Chirp-ASSR比传统的ABR在听阈评估方面更加可靠。D'haenens等[15]的研究也得到类似的结果。

2.2 新生儿听力筛查 使用低频和高频Chirp刺激声(频率范围分别180～1 500 Hz和 1 500～8 000 Hz)时,新型ASSR能用于听力筛查,通常将刺激声大小定在 35 dB nHL。听力筛查只有两种结果：检测到ASSR(假/真阴性)或未检测到 ASSR(假/真阳性)。Elberling等(2007年)对72名新生儿用三种刺激声(宽带Chirp、低频和高频Chirp声)进行听力筛查,单独给予宽带Chirp声,并设之为对照组,其余两限带宽的Chirp声采用连续和同时给声两种方式,在同时给声时,还在两限带宽的Chirp声中加入一段“频谱间缝”,即将高频Chirp声的低限频率1 500 Hz提高到1 750 Hz,结果表明,将低频和高频 Chirp声以 90次/秒的速率同时给声能够用于频率特异性的新生儿听力筛查,错误率为0.1%时中位测试时间为30 s;与连续给声相比,同时给予无间缝和有间缝的两限带宽的Chirp声分别缩短测试时间25%和30%。他们认为,虽然同时给声时,不同带宽刺激声会相互影响,但这并不会严重损害多频同时给声所带来的测试时间方面的优势。Rance等[16]对575名3个月以内的婴儿进行了新型Chirp刺激声ASSR测试,包括285名正常听力的婴儿、271名感音神经性听力损失的婴儿和19名被诊断为听神经病型听力损失的婴儿,并将结果与小儿行为测听相比较,证实新型ASSR的测听结果可靠性好,在每个测试频率与行为测听的Pearson相关系数都达到0.95。因此作者认为新型ASSR测试在评估新生儿听力方面可以提供足够可靠的结果,从而指导助听器配戴和听力康复。

2.3 听神经病的检测与诊断 Chirp-ASSR有望成为听神经病的客观诊断手段之一,与ABR相比,它具有频率特异性和更高的刺激水平。Emara等[17]研究表明,在听神经病患者中,ASSR测试较少受神经去同步化的影响,其引出率较ABR高(在13例听神经病患者中,11例患者未引出ABR,但只有3例未引出ASSR)。尽管如此,对ASSR测试结果的解读应该谨慎,尤其是当未引出反应时;听神经病的诊断最好还是结合 ASSR、ABR、OAE等检查结果综合判断。

3 结语

以Chirp声为刺激声的新型ASSR检测是一项实用、快速、客观的听力检测新技术,为听阈评估和听力筛查提供了快捷可靠、具有频率特异性的多频率信息,它的发展将继续提升测试的速率和准确性。然而,它也存在一些特殊情况,如多频ASSR检测结果含有明显的刺激伪迹(stimulus arti-facts)(如：在100 dB HL或以上的低频刺激),而且其它伪迹也有发现[18]。Small等[19]认为,高刺激强度会引起虚假ASSR或者是高强度刺激伪迹,引出的ASSR有可能是来自于前庭系统的,是生理性反应而非听觉性反应;另外,高刺激强度还可导致暂时性听力障碍和耳鸣的发生,甚至可能会出现永久性听力损失。尚有待进一步研究。

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