自适应非线性频率压缩助听器对成人耳聋患者音素感知和助听听阈的影响及验证

戚爽 陈雪清 徐立 尤妍颜 孟超 郭倩倩 李炀

临床上，许多感音神经性聋患者的高频(≥2 kHz)听力损失较为严重，而高频声信号的感知能力对听力损失患者正常的言语交流非常重要，如Monson等[1]总结了高频能量在言语和音乐中的作用，并指出高频能量对声音音质、定位以及言语可懂度等有深远影响；Moore[2]概述了3 kHz以上的听力对患者噪声下言语感知和理解以及声源定位的重要性；Stelmachowicz等[3, 4]发现高频听力对儿童/s/、/z/等高频音的感知以及语音学习的发展有重要意义。Amos等[5]探讨了高频信息对不同程度高频听力损失患者言语识别的影响，发现在未助听条件下，患者言语识别表现的好坏与高频听力损失程度成反比；在助听条件下，当接收到的声刺激从窄带条件(200～1 600 Hz)变为中度带宽条件(200～3 200 Hz)时，所有参与者的言语识别能力改善显著，但从中度带宽条件(200～3 200 Hz)变为宽带条件(200～6 400 Hz)时，所有听力损失患者的言语识别能力却无明显改善，但听力正常者的言语识别表现随着带宽增加而显著改善。

由于助听器技术的局限[6, 7]以及耳蜗死区[8]的存在，传统助听器针对高频听力损失严重的耳聋患者的高频补偿(5 kHz以上)大多不足[9]，因此，自适应非线性频率压缩(adaptive nonlinear frequency compression, ANFC)技术应运而生，其原理是将高频声信号从感知较差的高频区域压缩至感知相对较好的中低频区域，从而实现患者的高频重塑[10]。本研究的目的是探讨助听器ANFC功能对耳聋患者音素感知和助听听阈的影响，并通过真耳分析进行验证，为临床助听器验配提供参考。

1 资料与方法

1.1研究对象 以20例双耳轻度到极重度感音神经性聋患者为研究对象，男14例，女6例，年龄29～80岁，平均65±14岁，其中13例无助听器使用经验，余7例均有超过半年的助听器使用经验。所有患者耳聋病程0.5～60年，平均18±17年。入选标准：双耳听力基本对称(左右耳对应频率气导听阈差不超过20 dB)，双耳鼓室导抗图为A型或As型，认知功能及言语表达无障碍，可对听到的声音做出明确反应。20例对象中轻度、中度、重度、极重度听力损失分别有 2、7、9和2例，左、右耳平均听阈(0.5、1、2和4 kHz平均值)分别为63±15 dB HL和64±13 dB HL。

1.2研究方法

1.2.1测试环境及设备 在标准隔声室内测试，背景噪声小于30 dB A。通过扬声器播放一系列测试音，患者正对扬声器(0°角)，距离扬声器1 m，耳部与扬声器高度保持齐平。基于Noah平台(4.8版本)，使用Aurical真耳测试仪(Freefit)和耳遂听(OTOsuite4.8.2版本)探管麦克风测试模块进行真耳测试及验证，在Phonak软件(5.1版本)中利用真耳测试所得数据进行客观验配。采用GSI-61纯音听力计测试患者的助听听阈。

1.2.2助听器验配及设置 所有患者不论有无助听器使用经验，均现场双耳统一选配Phonak Sky V50系列耳背式助听器(根据听力损失程度选配Sky V50 P或Sky V50 SP)，使用定制硬耳模并根据患者听力损失程度决定是否打通气孔。验配公式为APDT，ANFC参数双耳分开设置，根据单耳听力默认给出，其它参数均采用默认设置。先关闭ANFC进行“反馈和真耳测试”，之后基于Noah平台，使用Phonak和OTOsuite两个软件间的自动匹配功能进行真耳验配，实现目标曲线与实际曲线差距在±5 dB范围内；增益级别设置为患者的舒适强度(70%～100%)。完成验配后，分别在ANFC功能打开和关闭条件下进行音素感知测试和真耳分析验证。

1.2.3音素感知及助听听阈测试方法 本研究采用Phonak公司开发的音素感知测试2.1(Phoneme Perception Test, PPT)软件，经扬声器依次播放“搭”、“发”、“哈”、“喀”、“妈”、“沙(3 kHz)”、“沙(5 kHz)”、“虾”、“撒(6 kHz)”以及“撒(9 kHz)”10种不同频率的测试音，使用降4升2的方法分别测得患者对这10种测试音的音素感知阈值，测试界面见图1；之后用GSI-61纯音听力计，使用降10升5的方法测得患者0.25、0.5、1、2、3、4、6及8 kHz 8个频率的助听听阈。测试时采用“单盲”原则，ANFC功能打开或关闭测试顺序随机，患者并不知晓，测试人员通过Phonak软件打开或关闭ANFC功能，音素感知阈值由PPT软件保存记录，助听听阈值由测试者单独记录。

图1 PPT测试界面

1.2.4真耳分析验证方法 所有患者均在音素感知和助听听阈测试完成后进行真耳分析验证。在OTOsuite探管麦克风测试模块的“freestyle”板块，分别在ANFC功能打开和关闭条件下，测得强度为65 dB SPL的窄带噪声(narrow-band noise,NBN)/s/和/sh/两种测试音的频响曲线，观察并比较两种条件下的曲线峰值位置，以判断助听后患者是否可以听到这两种测试音，从而验证ANFC对/s/、/sh/等高频音的助听效果。

1.3统计学方法 使用SPSS 22.0软件对测试结果进行统计学分析，采用配对样本t检验分析患者在ANFC功能打开和关闭两种条件下的音素感知阈值和助听听阈值，并根据线性回归分析患者在ANFC功能关闭和打开两种条件下，5 kHz以上的助听听阈(6和8 kHz助听听阈平均值)差值与音素感知阈[“沙(5 kHz)”、“虾”、“撒(6 kHz)”和“撒(9 kHz)”音素感知阈平均值]差值的相关性。

2 结果

2.1音素感知阈值及助听阈值 20例患者音素感知阈值和助听听阈值见表1、2，配对样本t检验结果表明，在ANFC功能打开和关闭两种条件下，患者0.25～4 kHz助听听阈比较差异无统计学意义(P>0.05)，而在6 kHz和8 kHz，ANFC功能打开时的助听听阈均值较关闭时分别降低约23和28 dB，差异有统计学意义(P<0.05)。两种条件下的音素感知阈值比较结果显示，“搭”、“发”、“哈”、“喀”、“妈”和“沙(3 kHz)”6种中低频测试音的音素感知阈值差异无统计学意义(P>0.05)，而后4种高频测试音——“沙(5 kHz)”、“虾”、“撒(6 kHz)”和“撒(9 kHz)”在ANFC功能打开时的音素感知阈值均值较关闭时分别降低约6、12、15和16 dB，差异有统计学意义(P<0.05)。线性回归分析结果显示，患者在ANFC功能关闭和打开条件下，5 kHz以上的助听听阈(6和8 kHz助听听阈平均值)差值与音素感知阈[“沙(5 kHz)”、“虾”、“撒(6kHz)”和“撒(9 kHz)”音素感知阈平均值]差值呈线性相关(r=0.68，t=3.94，P=0.001)。

ANFC功能“搭”“发”“哈”“喀”“妈”“沙”(3 kHz)“沙”(5 kHz)“虾”“撒”(6 kHz)“撒”(9 kHz)关闭43.0±6.243.3±4.347.4±5.848.4±5.158.9±7.441.2±10.943.0±13.748.8±14.556.3±14.677.8±5.0打开43.4±6.243.4±4.448.4±5.649.1±4.558.5±7.339.7±9.137.5±9.037.0±9.341.3±9.362.0±9.6

ANFC功能0.25 kHz0.5 kHz1 kHz2 kHz3 kHz4 kHz6 kHz8 kHz关闭36.8±9.729.0±8.431.0±7.943.3±12.647.5±11.756.9±21.175.4±20.479.5±9.7打开36.8±9.428.5±8.431.5±8.143.3±11.846.3±10.251.9±12.252.0±11.852.0±12.5

2.2真耳验证结果 真耳分析结果显示， ANFC功能打开后所有患者对/s/音和/sh/音的感知结果存在差异。为了直观地表明ANFC功能开闭对/s/音和/sh/两音峰值曲线的变化，选取其中2例听力接近所有患者听力平均值且高频听力损失相对严重的患者(患者1左、右耳平均听力均为64 dB HL,1 kHz听阈较8 kHz听阈低30 dB；患者2左右耳平均听阈分别为66和65 dB HL，1 kHz听阈较8 kHz听阈低40 dB)，其右耳/s/音和/sh/音的真耳分析验证结果见图2、3。两图中最上面的曲线均代表该患者右耳的纯音听阈，其余四条曲线均在助听条件下获得，其中两条实线代表患者在ANFC功能关闭时/s/音或/sh/音的频响曲线，两条虚线则代表患者在ANFC功能打开时/s/音或/sh/音的频响曲线。图2中3～4 kHz范围内，如曲线相对位置所示，/s/音峰值在ANFC打开时超过纯音听阈，而关闭时却低于纯音听阈，表明在ANFC功能打开后患者1对/s/音感知的频率范围扩大；而/sh/音峰值在ANFC功能打开前后均位于纯音听阈上方，但相对位置变化不明显，表明患者1在ANFC功能打开前后均可以感知到/sh/音，且ANFC功能开闭时/sh/音感知频率范围变化较小。同理可得图3中患者2在ANFC功能打开前后对/s/、/sh/音感知的频率范围均变化较小，与患者1的感知结果存在差异。

图2 例1患者右耳/s/音、/sh/音的真耳分析验证

图3 例2患者右耳/s/音、/sh/音的真耳分析验证

3 讨论

本研究结果显示，在ANFC功能打开时患者5 kHz以上的助听听阈值和音素感知阈值较ANFC功能关闭时明显降低，说明ANFC对患者5 kHz以上高频音的感知能力有改善作用。这与尤妍颜等[11, 12]以及Schmitt等[13]的研究结论一致。ANFC技术的压缩参数主要包括两个压缩频率(compression frequency, CF)—CF1和CF2以及压缩比(compression ratio, CR)。CF指的是压缩开始的频率位置，频率低于CF的声音将保持不变，高于CF的则要被压缩，助听器可以根据接收到的声音频率动态地选择使用CF1或CF2，即如果接收到高频声音，则按照压缩强度更大的CF1进行压缩；如果接收到的是中低频的声音，则根据压缩强度稍弱的CF2进行压缩，因而将更自然的处理中低频声音。CR则是压缩的指数比率，CR越大，压缩的强度越大[14, 15]。

本研究中由于所有患者听力损失程度不同，导致其ANFC功能的默认参数存在差异，继而真耳分析验证结果中的/s/、/sh/音的频谱感知结果也存在差异。患者1的CF1为2.7 kHz，CF2为4 kHz，CR为1.2，增益级别为100%目标增益；患者2的CF1为2.3 kHz，CF2为3.7 kHz，CR为1.2，增益级别为100%目标增益。可见，两患者在ANFC功能打开和关闭两种条件下/sh/音峰值变化均不明显，这是由于/sh/音峰值位于2 kHz到4 kHz的位置，在ANFC功能打开后声音按照CF2压缩，因而压缩比例较小；而两患者对/s/音峰值感知存在差异，虽然两患者/s/音峰值均从5 kHz被压缩至3.15 kHz，对比其纯音听阈值，发现患者1的/s/音峰值在ANFC功能打开时位于纯音听阈上方，却在ANFC功能关闭时位于纯音听阈下方，这表明患者1对/s/音感知的频谱范围扩大，ANFC功能帮助其听到了之前听不到的高频声音。患者2的/s/音峰值则在ANFC功能开闭前后均位于纯音听阈下方，对/s/音感知的频谱范围变化不明显，无论ANFC功能打开还是关闭，该患者/s/音的输出曲线峰值都没有超过其纯音听阈，这表明打开ANFC功能并未直接给患者提供足够的放大，使得鼓膜处收集到的输出值可以超过患者本身的听阈，从而利用其本身的听觉细胞捕捉到外界声音的刺激。对此，主要有几种可能的解释，其中的一个解释是该患者的2、4和8 kHz的听阈分别为65、85、100 dB HL，其高频听力损失程度较重，按照CF1(2.3 kHz)进行压缩后借助的中频区域的听力损失也较重，从而造成对65 dB SPL的刺激声感知不足。而对于中度至重度高频听力损失的患者，可能其在ANFC功能关闭时就可以听到/s/音(峰值超过听阈)，如本研究中的部分听力损失程度较轻的患者，其真耳分析验证结果显示，无论ANFC功能关闭还是打开，患者/s/音的峰值均超过其纯音听阈值，只是ANFC功能打开时/s/音峰值和听阈差值较关闭时大。因此，虽然基于ANFC功能的工作原理，理论上斜坡式听力下降的患者应有较好的临床助听效果[16]，但事实上并不是所有斜坡式听力的患者都如此，如：Simpson等[17]针对7例双耳高频听力损失程度超过100 dB HL患者的研究发现，无论是在安静环境下还是噪声环境下，非线性频率压缩处理对其声音识别的帮助都非常有限，且大部分患者(6/7)更喜欢传统助听器处理的音质。因此，具体针对什么样的听力损失程度患者可以在ANFC功能开启时获得更大的收益，仍需进一步研究验证。另一个可能的解释是压缩强度不足，即如果压缩强度设置更强，有可能使患者在鼓膜处直接感知到/s/音；国外一些学者已经开展了针对不同患者压缩参数的个体化设置研究[18, 19]，而本研究中采用的参数设置是验配软件默认给出的，可能导致压缩不足。提示在未来的研究中可以考虑个体参数设置的优化，以期能以更合适的设置改善患者听辩理解的效果。

另外，良好的高频声感知将为患者的听辩理解打下坚实的基础，很多学者研究发现虽然患者的言语识别受多重因素的影响，但高频音感知的改善对其有显著的正面影响。Alexander等[20]和Mao等[21]总结指出患者对经非线性频率压缩处理的言语识别能力受助听器参数设置、患者年龄、听力损失程度和频率分布、助听器使用经验以及认知功能等多重因素影响。Danielle等[22]分别评估了高频听力损失严重的13例成人和11例儿童使用非线性频率压缩助听器的言语感知和言语识别能力等，结果显示患者对高频声的言语感知以及元音和辅音识别能力有改善，个体结果的差异与其听力损失的程度和频率分布以及年龄等相关。Mccreery等[23]发现非线性频率压缩助听器有利于改善轻度至重度听力损失的儿童和成人的言语识别能力，这种改善与患者高频可听度的提升有密切联系。尤妍颜等[12]的研究表明患者高频可听度改善程度与言语识别率呈线性相关，本研究验证了ANFC助听器可以有效改善患者的高频听力(特别是5 kHz以上的声音感知)，但没有具体探讨患者的听辩理解能力，未来需要考虑在提升患者高频音感知的基础上，进一步提升其言语识别和理解能力。