人工耳蜗/助听器双模式新技术进展

王倩 刘晶 李楠 李进 陈艾婷 洪梦迪 冀飞

目前采用听觉辅助装置对听力损失的干预手段主要有助听器(hearing aid，HA)和人工耳蜗(cochlear implant，CI)两种。为了让患者像健听人一样达到双耳聆听，临床上更加注重患者双侧助听设备的使用，即双模式听力（bimodal hearing）,指患者在植入人工耳蜗后，在有残余听力的对侧耳配戴助听器[1]。我国听力损失者双模式配戴人工耳蜗（CI）和助听器（HA）工作开展已久，但是关于双模式概念、适应证选择、两种设备的调试、康复手段以及康复后效果评估等过程中仍然存在一定问题，其临床操作流程的规范化仍有待规范和完善[2]。同时双模式聆听存在两种不同助听设备相互融合的技术难点。本文就目前进口人工耳蜗及助听器设备技术融合及调机设置的新技术进展进行了汇总。

1 双耳聆听的优势

双耳听觉（binaural hearing）较单耳听觉的优势体现在双侧聆听对声音信号的处理上，双耳处理是基于脑干核团对两耳的信号差异提供信息的分析与利用，进而产生对声音的感知[3]。双耳听觉具有双耳总和效应（binaural loudness summation）、头影效应（head shadow effect）及双耳静噪效应（binaural release from masking or binaural squelch）。双耳整合效应是指当同一声信号同时到达双耳时，传入的信号经中枢整合后信号声增强，提高人耳的敏感度，本质上是一种强度的叠加，与单耳相比，听阈至少改善3 dB[4]；失去双耳整合效应后，单耳听力的言语清晰度也比双耳降低约2～3 dB[5]。头影效应是头颅对声波的衍射，患侧耳接受声波需要绕过头部才能到达健侧，致使声音衰减，从而降低言语识别能力。头影效应使抵达双耳的声信号在信噪比上发生了改变。缺失该效应后，在接近听阈的刺激声强度下，言语识别能力明显变差。双耳静噪效应是指当不同信噪比的声信号同时输入双耳后，经过听觉系统的分析整合，选择性呈递给中枢系统的一种效应。在噪声背景下，健听者双耳的声级差(interaural level difference，ILD) 和双耳时间差（interaural timing difference，ITD）帮助其既快又准地听清声音[3],ILD主要用于高频声定位,而ITD用于低频声定位。在听中枢对双耳信息的加工过程中,上橄榄复核(superior olive complex，SOC)是接受双耳传入信息,并对ITD和ILD进行加工的第一级中枢[6]。中枢听觉系统通过分析耳间强度差及时间差，不仅使双耳聆听者在噪声中的言语识别阈比单耳聆听者改善3 dB，而且能更好地定位声音来源[7]。没有双耳压制效应，言语识别率会降低2～4.9 dB[8]。

2 针对双模式聆听的助听器验配公式优化-APDB验配公式

随着Phonak Naída助听器的引入，为使双模式患者获得更好的聆听体验，一种新的自适应Phonak数字双模式验配公式被开发（adaptive phonak digital bimodal，APDB)。其功能用于匹配Naída CI处理器和Naída Link助听器之间的频率响应、响度增长函数和自动增益控制（automatic gain control，AGC）特性[9]。新的验配公式具备以下优点：（1）比传统助听器处方（如NAL-NL2，DSL v5）更匹配CI的电刺激处理，对于两种助听装备（CI和HA）的听觉融合是必要的。例如，传统的拟合处方公式侧重于对重要语音理解频率区域（1～4 kHz）的放大，而低频（250～750 Hz）对于双模式的聆听感受可能更重要[10]。（2）与Naída CI的压缩比设置更加匹配。通常助听器需要低压缩拐点和中等压缩比，而人工耳蜗的输入/输出功能则截然不同。新的匹配技术通过在助听器中实现Naída CI人工耳蜗的输入-输出功能调整响度增长。（3）对助听器的AGC系统进行优化，通过将Naída CI双环路AGC移植到助听器中调整动态压缩[11]。助听器通常执行音节压缩（启动/释放时间<50 ms），而人工耳蜗使用慢动作自动增益控制（启动/释放>1 s）。通过AGC的优化，避免传统验配公式导致双模式的频率响应失调、响度增长和动态行为。

通过软件编程实现对两种助听器设备（Naída CI与Phonak助听器）频率响应、响度增长和动态特性的匹配。大多数情况下，使用APDB拟合公式可以自动获得最佳带宽和均衡响度。APDB是在Phonak Target验配软件中实现，因此可以使用简单、易于执行的步骤对Naída Link助听器进行编程。验配师只需将Naida助听器与电脑连接，在Target软件中选择APDB验配公式即可。

3 个性化双模式调试技术

不同于人工耳蜗电刺激直接作用于内耳螺旋神经节，声音从助听器内置受话器需要经过外耳、中耳，才能传达至内耳[12]。因此，CI和HA在声音处理延迟方面不同步，即CI比HA用更少的时间处理延迟，向听觉系统传输声音信息。奥地利MED-EL耳蜗公司将CI系统与Phonak型Una M和Bolero Q90助听器系统进行研究，发现听觉脑干激活的差异与频率无关，两种助听器设备延迟时间近似值高达7 ms[13]。对于助听器可容忍的延迟研究表明，一例耳的跨频延迟大于9 ms时，患者听力感觉受到干扰；而延迟大于15 ms时，患者的音节识别能力显著降低[14]。然而，声音定位可能更依赖于双侧助听设备延迟匹配[15]，因此，对于延迟时间处理技术也是双模式设备有待优化的技术之一。

Zirn等[16]为了在双模监听器中以足够的时间分辨率延迟声音信号，使用基于Arduino Due微控制器板的延迟线和内置的Atmel SAM3X8E ARM Cortex-M3 CPU[17]。选择mC板是因为其提供模拟-数字转换器及数字-模拟转换器（每个转换器具有12位分辨率）、足够的内存（512 KB闪存）和相对较高的时钟速度（84 MHz）。可以使用Arduino IDE在C或Cþþ中编程。为了实现可编程延迟，形成环形缓冲区。利用该算法，可得到采样率倒数的整数倍所对应的延迟。图1显示了用于延迟双模监听器中CI刺激的设置。为了捕获CI侧的声音信号，Zirn使用MEDEL OPUS2 CI音频处理器。处理器与麦克风测试仪相连，听力师通常将此设备与监听耳机结合使用，以检查CI音频处理器麦克风是否正常工作。其麦克风测试仪是一个模拟放大器，没有明显的处理延迟[16]。图1中戴在耳后CI处理器的麦克风接收信号、放大（通过麦克风测试仪）、延迟（通过延迟线），然后反馈到处理器，后通过长电缆和线圈将CI信号经皮传输至植入物。通过延迟CI信号传输达到与HA匹配。

图1 采用DL设备对CI延迟刺激

目前，Medel人工耳蜗在双模式资料界面（MAESTRO 9.0版本）可对SONNET 2及RONDO 3处理进行麦克风设置。根据助听器的延迟时间设置耳蜗延迟时间，以实现双侧聆听更好地同步性。

4 助听器与人工耳蜗无线通信技术

Busch等[18]研究1000名成年CI患者的CI处理器数据日志显示，许多CI患者大部分时间都在嘈杂的环境中度过，平均每天超过4小时。尽管人工耳蜗与助听器定向麦克风的引入显著提高了噪声听觉能力，但其使用仍然受到限制，在近场情况才显现其优势[19]（即声源位于附近，指向前方，而背景噪声位于后面）。当语音信号与噪声分离时，双麦克风声束成形技术(dual-microphone beamforming technology)最为有效。在现实生活中，听损患者感兴趣的信号并没有很好地从竞争噪声源中分离出来。Phonak立体声变焦Stereo Zoom功能是一个三阶定向声束成形系统（a third-order directional beamforming system），在双模式（Naída Link HA与AB Naída CI Q90和Q70）或者两个Naída CI Q90处理器可以无线互联，组合4个麦克风。首先，每侧的助听装置对本身的2个麦克风进行处理，以获得标准的双麦克风系统。定向信号随后在HA和CI之间的无线线路上交换。利用频率相关的加权函数，HA和CI线性地组合同侧和对侧方向信号，以产生双耳方向性。双耳波束宽度由加权函数控制，通常比简单的单耳双麦克风波束形成器窄[20]。Stereo Zoom可以通过提供比Ultra Zoom更窄的定向波束提高听力（见图2），从而使双侧人工耳蜗植入患者或者双模患者直接聚焦在其前面的单个讲话人方向，同时减少来自侧面、背面以及靠近前面的干扰噪声[21]。

图2 使用单个噪声源从不同角度获得的全向麦克风、UltraZoom和StereoZoom的极坐标图

5 无线远程麦克风和双模听觉的联合技术

多数使用助听设备的患者在安静环境下有较好的言语识别能力，但在嘈杂声中交谈仍是一项挑战[22]。双模式助听降噪技术的另一种提高言语分辨方法是使用无线遥控麦克风系统。系统包括一个放在说话者嘴边的麦克风接收语音，将其转换成电波形式，并将信号直接传送到聆听者佩戴的接收器。通过在声源处或声源附近获取信号，以提高患者信噪比，从而减少环境噪声以及距离和混响的负面影响[23]。The Roger pen是Phonak Roger系统的一部分，它利用数字信号传输和处理实现自适应增益调整。此设备将声音信号从麦克风输入更改成两部分,即Roger pen辅助输入和助听设备（CI和HI）的麦克风一定比例混合，且听力师可以通过编程软件调整为更好的聆听安静环境中的轻声语音，De Ceulaer等[24]建议混合比例为50:50。与单独使用CI的无线麦克风相比，在双模式助听情况下使用无线麦克风提供了额外的好处[25]。患者在双模式助听设备都是全向性麦克工作时，Roger pen仅连接CI或连接CI和HA在噪声效果方面没有差异，患者的信噪比都可以改善2.1 dB[23]。

为了开发全球最智能的双模解决方案，澳大利亚科利耳公司和瑞声达听力集团成立智能听力联盟共享技术，如音频直流技术、与智能手机无线直连配对，给双模式患者带来了极大便利；同时简化了配对流程[26]，减少了两种不同设备配对所需的时间[27]。Cochlear Nucleus7和ReSound ENZO Q提供独特的适用于助听器和人工耳蜗的连接方案，ReSound和Cochlear共享无线直连技术，使患者可以同时从兼容的iOS或Android设备直连耳蜗和助听器，不需要使用中间设备；患者可以通过智能手机进行实时调整或程序更改，以适应不同的环境[27]。患者在使用手机无线直连人工耳蜗和助听器时，在安静和嘈杂环境下，言语识别能力分别提高25%和23%[28]；另一项使用迷你Mini Mic设备进行双模式噪声下言语识别研究表明，与没有Mini Mic相比，信噪比平均提高了6.3 dB[29]。这一显著的信噪比提升可能意味着在嘈杂环境言语理解的区别[27]。

6 总结和展望

对于临床进行双模式验配，听力师还需要不断提升验配经验及获得更多新技术的支持。未来听力师对于双模式验配工作的开展还有诸多方向需要努力。首先，需要更规范化和标准化的双模式验配流程。其次，需要推广双模式配戴理念，以帮助听损患者干预从双耳聆听中获益。同时，临床上缺乏对双模式效果统一而高效的测评体系，这不利于不同个体评估适用的验配策略。这些都需要在进一步的临床实践和科学研究中努力探索。