豚鼠畸变产物耳声发射刺激声频率f2/f1比值的优化与验证△

刘娅 Thomas Janssen Jan Kiefer

DPOAE能反映外毛细胞的能动性。理想的DPOAE值 (Ldp)不仅与耳蜗的状态有关，还与原刺激声的强度(L1, L2)、频率(f1, f2)及频率间隔有关。为了得到最大的Ldp，许多研究对DPOAE的原刺激音进行了调试，包括优化的L1、L2水平及优化的f2/f1比值。绝大多数研究使用固定的f2/f1比值(1.2或1.25)，而极少对f2/f1比值进行优化。本研究的目的拟通过对DPOAE原刺激声f2/f1比值在f2较大范围内(1～16 kHz)进行优化测试，并应用所得的优化参数检测正常耳蜗与受损耳蜗的DPOAE，与传统的固定f2/f1比值检测方法进行比较，以得到较理想的DPOAE检测参数。

1 材料与方法

1.1实验动物及分组 18只健康杂色豚鼠(雌雄不限)购于Charles River(德国)，体重624±232 g，显微镜下检查外耳道及鼓膜无异常。先随机选择7只豚鼠(14耳)用于f2/f1比值优化测试；一周后所有18只豚鼠再随机分为A、B两组(每组9只9耳)，两组每只动物分别取单耳进行内耳手术。

1.2DPOAE的优化及常规检测 所有动物均在麻醉状态下进行检测。f2/f1比值优化测试方法：刺激声频率f2为1、2、4、8、12、16 kHz，刺激声强度L2为25、40、60 dB SPL，L1= 0.46L2+ 41，刺激声频率f2/f1的比值为 1.1、1.15、1.2、1.25、1.3、1.35、1.4、1.45、1.5、1.55，检测频率为2f1-f2，记录最大DPOAE幅值(Ldp)所对应的f2/f1比值，以此推导出优化的f2/f1比值。手术前后对A组使用优化的f2/f1比值检测DPOAE值(Ldp)，B组使用固定f2/f1比值(f2/f1=1.2)检测Ldp，两组动物测试的刺激声频率f2为1、2、4、8、12、16 kHz，刺激声强度L2为20、25、30、35、40、45、50、55、60 dB SPL，L1= 0.46L2+ 41。比较两组DPOAE值的差异。检测时动物的体温控制在38～39℃，Ldp高于本底噪声6 dB被认为有效。

1.3内耳手术方法 优化测试后1周A、B两组豚鼠分别随机选取单耳进行内耳手术，其方法为：豚鼠麻醉后打开听泡，耳蜗底回打孔，向鼓阶内插入一种硅胶植入体，深度约3～4 mm，关闭伤口。每只动物均在相同的条件下由同一术者进行手术(由于本文章内容隶属于一项在研课题，因此具体手术材料尚未得到公开允许)。

1.4统计学方法 采用SPSS18对A组及B组测试结果进行U检验，以P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1优化的f2/f1比值 7只豚鼠(14耳)检测得到的f2/f1比值的优化结果见图1。可见，当f2从1 kHz上升到2 kHz时，最佳f2/f1比值从1.26上升至1.43；而后当f2上升至8 kHz时，最佳f2/f1比值逐渐下降到1.18；最后，当f2由8 kHz上升至16 kHz时，最佳f2/f1比值又缓缓上升至1.23。根据以上数据推导得到的不同刺激声强度所对应的优化f2/f1比值见表1。

图1 最佳f2/f1比值与刺激声频率f2的关系

表1 L2为不同强度下f2各频率的优化f2/f1比值

2.2A、B组Ldp比较 将刺激声L2分为低(L2= 20、25、30 dB SPL)、中(L2= 35、40、45 dB SPL)、高(L2= 50、55、60 dB SPL)三个水平，测得各刺激水平中三种刺激声强下的各自Ldp值，再取其平均值，分别比较A组与B组低、中、高刺激声水平Ldp的平均值差异及各频率可检测到有效Ldp的动物只数(见表2～4)，可见两组动物在术前有较高的Ldp值，术后Ldp值均不同程度降低。A组动物在绝大多数条件下检测到的Ldp值较B组高。

手术前，低刺激声水平且f2为2 kHz时，A组的Ldp为4.09 dB SPL，而B组的Ldp仅为-9.43 dB SPL(P=0.01,表2)；中刺激声水平且f2为2 kHz和4 kHz时，A组的Ldp分别为11.78 dB SPL和15.77 dB SPL，而B组的Ldp仅分别为2.48 dB SPL和0.95 dB SPL(P=0.002，P=0.001，表3)；高刺激声水平且f2为2 kHz时，A组的Ldp为25.58 dB SPL，而B组的Ldp仅为15.12 dB SPL(P0.005，表4)。

手术后，高刺激声水平且f2为2 kHz和4 kHz，A组的Ldp分别为20.19 dB SPL和29.92 dB SPL，而B组的Ldp仅分别为6.57 dB SPL和16.95 dB SPL(P=0.01，P=0.005，表4)。

此外，手术前低刺激水平f21 kHz时A组有6只耳可检测到有效的Ldp，而B组所有耳在低刺激声条件下无一能测得有效的Ldp，该差异有显著的统计学意义(P=0.001，表2)。

表2 L2为低水平(20、25、30 dB SPL)时两组动物术前与术后各频率Ldp的平均值

注：△表中括号内的数据为每组动物中可检测到有效DPOAE值的只数；* 与B组比较，P<0.01

表3 L2为中水平(30、40、45 dB SPL)时两组动物术前与术后的Ldp的平均值

注：* 与B组比较，P<0.01

表4 L2为高水平(50、55、60 dB SPL)时两组动物术前与术后的Ldp的平均值

注：* 与B组比较，P<0.01

3 讨论

畸变产物耳声发射是耳蜗同时受到两个具有一定频率比值关系(f2/f1)的初始纯音刺激时，由于基底膜的非线性调制作用而产生的一系列畸变信号，经听骨链、鼓膜传入外耳道并被记录到的音频能量[1]。在这些音频能量中，2f1-f2以其较好的带宽特性而成为最常用的DPOAE检测频率[2～4]。目前普遍认为DPOAE的振动能量来自外毛细胞的主动运动，其幅值(Ldp)的大小能够反映耳蜗状态，故耳科实验与临床广泛采用Ldp间接评价耳蜗的功能[5，6]。然而，Ldp的大小不仅与耳蜗状态有关，还与刺激声的强度(L1、L2)、频率(f1、f2)及两者之间的差值有关。因此，在行DPOAE检测前对刺激声的参数(L1、L2、f1、f2)进行优化具有重要意义，这样可以检测到较多有效的Ldp，并且使Ldp尽可能大，从而便于实验分析与数据比较。在最佳刺激声强度(L1、L2)方面，德国学者Michaelis[7]发现f2在2～16 kHz (f2/f1=1.2) 的范围内豚鼠最佳的刺激声水平L1、L2的关系可用线性公式表达为L1= 0.46L2+41 dB SPL(L2为 20～60 dB SPL)。这一结论已被许多研究采用，本研究亦在这一基础之上继续探索f2/f1的最佳比值。

根据前人的研究，正常人DPOAE的最佳f2/f1比值在f2低于4 kHz时为1.22～1.25，当f2大于4 kHz时f2/f1比值约为1.18[8]；豚鼠DPOAE的最佳f2/f1比值在f2为4.4 kHz时最大(f2/f1=1.46)，而后随f2的升高而降低，当f2为11 kHz时f2/f1的最佳比值为1.25[2]。然而，这些研究中f2的变化范围为1～11 kHz，使用的刺激声水平较高(L2为55～65 dB SPL)。本研究的刺激声水平L2为25～65 dB SPL，f2为1～16 kHz，检测最佳f2/f1比值，发现f2从1kHz逐渐升高时最佳f2/f1比值先升后降，与前人研究结果相似；此外，本研究还发现当f2大于12 kHz时最佳f2/f1比值又缓慢升高。这一规律显示内耳外毛细胞的非线性调制，其具体原理有待进一步研究。

目前只有少数纯声学研究对f2、f1的关系进行海量数据变换，从而得到f2/f1的优化比值[2,4,8,9]，暂未见应用优化f2/f1比值进行动物或人类DPOAE检测的报道。根据前人及本研究结果可见，最佳f2/f1比值与f2的关系无法用线性函数来表达，在参数设定方面有一定难度，这可能是目前绝大多数DPOAE检测采用固定f2/f1比值(1.2、1.22或1.25)的原因。本研究根据优化实验结果计算出不同f2、L2的最佳f2/f1比值矩阵列表，在声学专家Thomas Janssen教授的指导与帮助下实现了对DPOAE检测参数优化设定。

为了验证优化的f2/f1比值能够比固定的f2/f1比值更精确地反应耳蜗状态，本研究对A、B两组动物都进行了相同的内耳手术，使两组动物的耳蜗受损状态具有均一性，然后比较优化的f2/f1比值与固定的f2/f1比值检测得到Ldp的差异。结果证明，采用优化f2/f1比值的A组动物能够在手术前后检测到较大的Ldp；特别是当刺激声频率较低时(如f2=1 kHz)，采用固定f2/f1比值的B组动物几乎不能检测到有效的Ldp，而采用优化f2/f1比值的A组动物中则有较多动物能引出有效的Ldp。因此，优化f2/f1比值进行DPOAE检测能够更精确地反应正常耳蜗及受损耳蜗的状态。

总结以上研究结果可以得出，优化的f2/f1比值能够提高DPOAE检测的敏感性，对听力学研究提供更有意义的参考数据。此外，建议今后在临床检测中探索DPOAE更详细的优化参数，从而提高人类DPOAE检测的精确性。

4 参考文献

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