CN111803080A - 婴儿畸变耳声检测仪及其检测方法 - Google Patents

婴儿畸变耳声检测仪及其检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种婴儿畸变耳声检测仪，其是在探头壳体内设电声环能器和用于接收声音的声电换能器，放置耳内的耳机硅胶套通过发射和接收声音管路与壳体连接；在壳体设纯音刺激音***。其检测方法包括探头发射刺激音—纯音刺激音***播放两路刺激声音，用仿真软件将生成的基本刺激数据存入耳声检测工程的头文件中—接收反射声音计算噪声水平—计算趋势图中临域区间波形特征值—确定采集的信号质量。本发明可改善畸变耳声婴儿检测过程中的噪声影响，提高婴儿检测的准确性，并同时缩短检测时长。

Description

婴儿畸变耳声检测仪及其检测方法
技术领域
本发明涉及医学听力检测***，具体涉及一种婴儿畸变耳声检测仪及其检测方法。
背景技术
畸变耳声发射(DPOAE)是一种客观听觉功能检测手段，它依赖于耳蜗整体功能的完整，是由耳蜗非线性畸变机制产生的耳声发射。畸变耳声发射是用两个具有一定频率比关系的初始纯音F1和F2同时刺激耳蜗而诱发的OAEs。F1和 F2即可以是连续的，也可以选用具有长延时的纯音信号，畸变耳声发射发射刺激音在时域叠加，频域分离。F1与F2的关系F2/F1＝1.21，根据不同的频率段， F2与F1的比值范围为1.18-1.27，常规取有效耳声信号频域F3＝(2F1-F2)。目前，临床研究表明2F1-F2的强度最稳定也最高。畸变耳声发射的刺激音强度一般F1取65dB,F2取55dB。国内外产品也都是基于畸变耳声的这种特点对其进行分析，提取有效信号，从而用于临床的耳蜗功能测试。
目前，国内婴儿耳声筛查设备具有自主知识产权的产品很少，市场上大多数使用的是国外产品耳声听力筛查设备，国外产品在临床使用中精度也差异比较大。国内外畸变耳声检测的方法主要在对采集的时域信号先做带通滤波，然后通过延长采集时间进行相干平均计算，以达到消除白噪声的目的，从而提高检测信噪比。
现有技术多要求测试环境设置静音室，延长测试过程的数据采集时间，进行相干平均，这要求测试环境高，在一些基层筛查医院是无法满足的。在畸变耳声检测过程中，对于婴儿的检测由于受新生儿肌体噪声及新生儿无意识晃动，导致用于早期筛查目的的畸变耳声检测准确率低，新生儿检测单纯使用相干平均降噪比较困难，新生儿测试时间长，易导致焦躁不安。
发明内容
针对现有畸变耳声检测所存在的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种婴儿畸变耳声检测仪及其检测方法，可改善畸变耳声婴儿检测过程中的噪声影响，提高婴儿检测的准确性，并同时缩短检测时长。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种婴儿畸变耳声检测仪，包括探头壳体，在所述壳体内设电声环能器和用于接收声音的声电换能器，放置耳内的耳机硅胶套通过发射和接收声音管路与壳体连接；在壳体设纯音刺激音***。
所述纯音刺激音***为仿真软件Matlab2015产生相位对齐的纯音刺激音，强度F1对应A为65dB，F2对应的B为55dB的刺激音，其为连续波形，采样频率Fs为48000HZ，刺激音频率分别取F2为1000HZ、2000HZ、3000HZ、4000HZ，声音构造函数：
y1(t)＝Asin(2π×F1×t)，0≤t≤85ms (1)
y2(t)＝Bsin(2π×F2×t)，0≤t≤85ms (2)
其中，基本刺激波形为(1)式和(2)式生成,时间从0开始，每隔共计算4096个值为一组刺激音波形，测试时循环播放；强度A和B为假设取固定大小，使用仿真软件将生成的基本刺激数据存入耳声检测工程的头文件中。
本发明婴儿畸变耳声检测仪的检测方法包括以下步骤：
⑴.放置探头检测仪，校准探头；
⑵.如果探头放置合适则转⑶，否则转⑴；
⑶.探头发射刺激音；
⑷.纯音刺激音***播放两路刺激声音，用仿真软件将生成的基本刺激数据存入耳声检测工程的头文件中；
⑸.接收反射声音计算噪声水平：
采用海明窗函数进行滤波处理
Figure RE-GDA0002620834870000031
其中，α取0.46，N取2048点，函数将超出不需要的噪声处理掉，对每一包采集的数据进行噪声阈值(噪声阈值设置以FFT变换后的对数能量)判断，如果满足阈值条件对采集的数据进行相干平均处理，每相干处理420毫秒数据包，计算一次FFT变换后的频域波形趋势图；每连续两次的趋势图计算一次接收波形的稳定性统计；
⑹.根据步骤⑸的波形趋势图，分别计算趋势图中(1KHZ-50HZ，1KHZ+50HZ)、(2KHZ-50HZ、2KHZ+50HZ)、(3KHZ-50HZ，3KHZ+50HZ)、(4KHZ-50HZ，4KHZ+50HZ) 4个临域区间波形特征值，参数包括拐点α1、高度α2、斜率α3；连续获取20组数据做一次特征聚类，使用K-Medians聚类算法，K-Medians初始输入2组，其中第一组初始化为新生儿统计数据的平均强度值；
⑺.根据步骤⑸计算的稳定性指标及步骤⑹中的特征聚类分类结果，来判断是否满足条件1，以此来确定采集的信号质量，如满足条件1，则计算该组发射刺激音在F3频率点处的信号信噪比；如果连续计算20次都不满足条件1，则判断当前测试探头未放置合适位置要求手动调整耳塞在测试；其中
条件1：稳定性大于70％，特征分类结果第一组占80％以上；
⑻.取不同F2和F1重复步骤⑴到步骤⑺，使用3dB阈值法,即判断4组F3 点的信噪比，如果其中有3组大于3dB，则显示通过；否则，显示不通过。
所述步骤⑸.中的稳定性统计：
接收波的稳定性：每次接收到的完整波形与上次接收的波形相似度大于 80％；
相似性：采用两组离散数据的欧氏距离
Figure RE-GDA0002620834870000041
来计算相似度,其中N为一组接收波长度，这里取602，data1,data2分别为前后两次的刺激音或接收反射声音数据。
所述声音发射规则为：畸变耳声发射检测总选择耳机通道循环发射两路纯音信号，延时1800毫秒后，开启麦克接收耳道返回声音信号。
本发明采用上述技术方案所设计的婴儿畸变耳声检测仪及其检测方法，改善了畸变耳声婴儿检测过程中的噪声影响，使用数字信号处理技术和机器学习方法在不增加硬件成本基础上，减轻对新生儿畸变耳声检测的测试环境要求，降低测试过程中婴儿的不安情绪。本发明在信号处理中增加基于统计的特征提取聚类方法，提高婴儿检测的准确性，并同时缩短检测时长。
附图说明
图1表示本发明婴儿畸变耳声检测仪的结构示意图；
图2表示本发明检测方法的流程结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对发明婴儿畸变耳声检测仪及其检测方法作具体说明。
本发明婴儿畸变耳声检测仪，参见图1，包括探头壳体1，在壳体1内设电声环能器2(微扬声器)和声电换能器3(微麦克)，电声环能器2分别用于播放刺激音F1和F2，声电换能器3用于接收声音。放置耳内的耳机硅胶套5通过发射和接收声音管路4与壳体1连接，耳机硅胶套5可根据不同月龄右耳设计尺寸。在壳体1内设纯音刺激音***，纯音刺激音***为仿真软件Matlab2015产生相位对齐的纯音刺激音，强度F1对应A为65dB，F2对应的B为55dB的刺激音，其为连续波形，采样频率Fs为48000HZ，刺激音频率分别取F2为1000HZ、 2000HZ、3000HZ、4000HZ，声音构造函数：
y1(t)＝Asin(2π×F1×t)，0≤t≤85ms (1)
y2(t)＝Bsin(2π×F2×t)，0≤t≤85ms (2)
其中，基本刺激波形为(1)式和(2)式生成,时间从0开始，每隔共计算4096个值为一组刺激音波形，测试时循环播放；强度A和B为假设取固定大小，使用仿真软件将生成的基本刺激数据存入耳声检测工程的头文件中。
本发明婴儿畸变耳声检测仪的检测方法，参见图2，包括以下步骤：
⑴.放置探头检测仪，校准探头；
⑵.如果探头放置合适则转⑶，否则转⑴；
⑶.探头发射刺激音；
⑷.纯音刺激音***播放两路刺激声音，用仿真软件将生成的基本刺激数据存入耳声检测工程的头文件中；
⑸.接收反射声音计算噪声水平：
采用海明窗函数进行滤波处理
Figure RE-GDA0002620834870000051
其中，α取0.46，N取2048点，函数将超出不需要的噪声处理掉，对每一包采集的数据进行噪声阈值(噪声阈值设置以FFT变换后的对数能量)判断，如果满足阈值条件对采集的数据进行相干平均处理，每相干处理420毫秒数据包，计算一次FFT变换后的频域波形趋势图；每连续两次的趋势图计算一次接收波形的稳定性统计；
其中，稳定性统计方法：
稳定性指标定义
接收波的稳定性：每次接收到的完整波形与上次接收的波形相似度大于 80％；
相似性：采用两组离散数据的欧氏距离
Figure RE-GDA0002620834870000061
来计算相似度,其中N为一组接收波长度，这里取602，data1,data2分别为前后两次的刺激音或接收反射声音数据。
⑹.根据步骤⑸的波形趋势图，分别计算趋势图中(1KHZ-50HZ，1KHZ+50HZ)、(2KHZ-50HZ、2KHZ+50HZ)、(3KHZ-50HZ，3KHZ+50HZ)、(4KHZ-50HZ，4KHZ+50HZ) 4个临域区间波形特征值，参数包括拐点α1、高度α2、斜率α3；连续获取20组数据做一次特征聚类，使用K-Medians聚类算法，K-Medians初始输入2组，其中第一组初始化为新生儿统计数据的平均强度值；
⑺.根据步骤⑸计算的稳定性指标及步骤⑹中的特征聚类分类结果，来判断是否满足条件1，以此来确定采集的信号质量，如满足条件1，则计算该组发射刺激音在F3频率点处的信号信噪比；如果连续计算20次都不满足条件1，则判断当前测试探头未放置合适位置要求手动调整耳塞在测试；其中
条件1：稳定性大于70％，特征分类结果第一组占80％以上；
⑻.取不同F2和F1重复步骤⑴到步骤⑺，使用3dB阈值法,即判断4组F3 点的信噪比，如果其中有3组大于3dB，则显示通过；否则，显示不通过。
本发明的声音发射规则为：畸变耳声发射检测总选择耳机通道循环发射两路纯音信号，延时1800毫秒后，开启麦克接收耳道返回声音信号。
由于畸变耳声发射接收的耳内声音在时域细节特征不明显，而在频域中，相互分离，然而在实际的婴儿测试中，3500HZ以下频段的信号特别容易受到干扰，这对有效的畸变耳声发射的有效诱发音的提取带来很大困难。因此，本发明基于500例，1000只耳的原始采集收据，设计统计模型，分别针对不同年龄、性别的新生儿的频域信号曲线的噪声、有效信号、发射刺激音特征进行分类从而提高婴儿的畸变耳声检测准确性。

Claims (5)

1.一种婴儿畸变耳声检测仪，包括探头壳体，其特征是在所述壳体内设电声环能器和用于接收声音的声电换能器，放置耳内的耳机硅胶套通过发射和接收声音管路与壳体连接；在壳体设纯音刺激音***。
2.根据权利要求1所述的婴儿畸变耳声检测仪，其特征是所述纯音刺激音***为仿真软件Matlab2015产生相位对齐的纯音刺激音，强度F1对应A为65dB，F2对应的B为55dB的刺激音，其为连续波形，采样频率Fs为48000HZ，刺激音频率分别取F2为1000HZ、2000HZ、3000HZ、4000HZ，声音构造函数：
y1(t)＝Asin(2π×F1×t)，0≤t≤85ms (1)
y2(t)＝Bsin(2π×F2×t)，0≤t≤85ms (2)
其中，基本刺激波形为(1)式和(2)式生成,时间从0开始，每隔共计算4096个值为一组刺激音波形，测试时循环播放；强度A和B为假设取固定大小，使用仿真软件将生成的基本刺激数据存入耳声检测工程的头文件中。
3.一种权利要求1或2所述的婴儿畸变耳声检测仪的检测方法，其特征是包括以下步骤：
⑴.放置探头检测仪，校准探头；
⑵.如果探头放置合适则转⑶，否则转⑴；
⑶.探头发射刺激音；
⑷.纯音刺激音***播放两路刺激声音，用仿真软件将生成的基本刺激数据存入耳声检测工程的头文件中；
⑸.接收反射声音计算噪声水平：
采用海明窗函数进行滤波处理
Figure RE-FDA0002620834860000021
其中，α取0.46，N取2048点，函数将超出不需要的噪声处理掉，对每一包采集的数据进行噪声阈值(噪声阈值设置以FFT变换后的对数能量)判断，如果满足阈值条件对采集的数据进行相干平均处理，每相干处理420毫秒数据包，计算一次FFT变换后的频域波形趋势图；每连续两次的趋势图计算一次接收波形的稳定性统计；
⑹.根据步骤⑸的波形趋势图，分别计算趋势图中(1KHZ-50HZ，1KHZ+50HZ)、(2KHZ-50HZ、2KHZ+50HZ)、(3KHZ-50HZ，3KHZ+50HZ)、(4KHZ-50HZ，4KHZ+50HZ)4个临域区间波形特征值，参数包括拐点α1、高度α2、斜率α3；连续获取20组数据做一次特征聚类，使用K-Medians聚类算法，K-Medians初始输入2组，其中第一组初始化为新生儿统计数据的平均强度值；
⑺.根据步骤⑸计算的稳定性指标及步骤⑹中的特征聚类分类结果，来判断是否满足条件1，以此来确定采集的信号质量，如满足条件1，则计算该组发射刺激音在F3频率点处的信号信噪比；如果连续计算20次都不满足条件1，则判断当前测试探头未放置合适位置要求手动调整耳塞在测试；其中
条件1：稳定性大于70％，特征分类结果第一组占80％以上；
⑻.取不同F2和F1重复步骤⑴到步骤⑺，使用3dB阈值法,即判断4组F3点的信噪比，如果其中有3组大于3dB，则显示通过；否则，显示不通过。
4.根据权利要求3所述的婴儿畸变耳声检测仪的检测方法，其特征是所述步骤⑸.中的稳定性统计：
接收波的稳定性：每次接收到的完整波形与上次接收的波形相似度大于80％；
相似性：采用两组离散数据的欧氏距离
Figure RE-FDA0002620834860000031
来计算相似度,其中N为一组接收波长度，这里取602，data1,data2分别为前后两次的刺激音或接收反射声音数据。
5.根据权利要求3或4所述的婴儿畸变耳声检测仪的检测方法，其特征是声音发射规则为：畸变耳声发射检测总选择耳机通道循环发射两路纯音信号，延时1800毫秒后，开启麦克接收耳道返回声音信号。
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