Chirp聲誘發的聽性穩態反應研究現狀

魏凡欽 綜述 張官萍 審校

1 中山大學附屬第六醫院耳鼻咽喉-頭頸外科(廣州 510655)

聽性穩態反應(auditory steady-state response,ASSR)是一種具有頻率特異性的客觀測聽方法,已被廣泛應用于臨床。但是,通常用于記錄 ASSR的刺激聲(單一調幅載波)只激活了耳蝸基底膜上的小部分區域,所得反應幅度較低。線性調頻脈沖聲(Chirp聲)能克服耳蝸的特殊解剖結構造成的行波延遲,在耳蝸中增加了“實時同步”(temporal synchrony),使得以Chirp刺激聲為探測音的ASSR檢測能夠改善聽閾評估效果并提高測試的速率,已用于聽閾評估、新生兒聽力篩查、聽神經病檢測與診斷等方面。本文針對Chirp聲的設計與產生、Chirp-ASSR臨床應用綜述如下。

1 Chirp聲的設計與產生

初期的ASSR測試都是用單一調幅聲作為探測音,當刺激聲的大小接近正常和輕度聽力損失者的聽閾時,由于興奮的聽毛細胞的數量減少,反應振幅降低,使得檢測較為困難。隨后,運用幾種調頻相同的調幅聲、指數包絡的調幅聲和混合調制聲(既調頻又調幅)作為探測音,使基底膜的興奮范圍擴大獲得了較大的反應振幅,提高了ASSR反應的檢測能力[1]。然而,研究發現,與1 kHz和2 kHz相比,0.5 kHz的ASSR反應振幅仍較低并且檢測困難[2],其主要問題在于：雖然多載波探測音激活了更多的神經元,但由于行波從耳蝸的底部到達其頂部(即從耳蝸相應的高頻區域到低頻區域)需要耗費一定的時間,使得耳蝸頂部區域相應的毛細胞和聽神經纖維不能同時被激發,即興奮的同步化不足,此時,復合的神經反應就會被分散,反應振幅較低。

為此,Don等[3]通過對聽力正常人行聽性腦干反應(ABR)測試,直接研究耳蝸行波延遲對神經反應的作用,并建立了幾種耳蝸行波延遲模型,包括：短純音ABR潛伏期、分頻ABR潛伏期和de Boer(1980)線性耳蝸模型,通過這些模型獲得行波延遲的特征即潛伏期-頻率函數(latency-frequency functions),并用這些函數來估計行波延遲的時間[4]。

為了補償耳蝸的行波延遲,Elberling等[5]研究介紹了“輸出補償”和“輸入補償”的概念：輸出補償發生在耳蝸輸出神經信號的階段,是采用疊加ABR(stacked ABR)的方法補償耳蝸的行波延遲,疊加ABR的波幅較常規ABR的波幅明顯增大便于檢測,但獲取疊加ABR程序復雜并且需要很長的記錄時間;輸入補償則發生在聲音輸入耳蝸的階段,是通過將輸入刺激聲不同頻率成分進行時間移位,使低頻部分出現在高頻之前,使所有頻率的波在同一時間到達耳蝸基底膜相應的位置,實現“實時同步”,這種將頻率成分重置的click聲便稱為Chirp聲,它可以用來記錄寬帶ABR和ASSR。研究表明,在同等條件下,Chirp-ABR的有效性優于疊加ABR[5]。

由于寬頻聲誘發的聽覺復合動作電位(ACAP)或ABR是由聽神經纖維的整體活動形成,可將耳蝸看作是一個雙端系統(two-port system),通過測量單個神經纖維或神經纖維組的反應獲得基底膜上各位置的反應潛伏期,所得到的潛伏期用于描述耳蝸雙端系統,并以此為基礎設計了Chirp聲,用這種方法得出的行波延遲可用于描述耳蝸雙端系統的組延遲。然而,無論耳蝸中產生神經反應的實際位置如何,這一方法將耳蝸的每個頻率段(derived-band)對應一個神經反應模式,每個刺激聲的頻率成分都在所對應的頻率成分范圍之內。因此,各個頻率段的潛伏期可用于定義耳蝸雙端系統的組延遲,這里涉及到的頻率段是指刺激聲頻率,而非耳蝸的頻率分段。這種組延遲描述了不同的頻率組成分(如寬頻click)及其產生的神經反應是如何從耳蝸雙端系統的輸入端到輸出端發生延遲的。組延遲的結果可用于設計Chirp聲以補償各個頻率段的延遲[5]。

Chirp聲無需調制,是通過添加幾條頻程與所需探測音的重復率一致的余弦波,使發射的射頻脈沖信號在一個周期內,其載頻的頻率作線性變化,載頻頻率隨著時程的延長呈線性增加。由于添加余弦波的數量決定了基底膜上激活區域的寬度,使其成為一種頻譜較廣的探測音;另外,獨特的設計使得Chirp聲在基波與其它諧波之間產生頻率抵消(frequency offset),促使應用一種q檢驗(q-sample test)的統計方法對多次諧波進行檢測,能提高反應的檢出率,這對0.5 kHz尤為重要[6]。

理論上講,Chirp信號本身的相位特征——低頻聲音早發出,高頻聲音晚發出,克服了由于耳蝸的特殊的解剖結構而造成的的行波延遲,使更多的神經纖維同時放電,較click聲引發出更高幅度的反應。Dau等[4]用寬帶Chirp刺激聲研究ABR發現：在多數給聲水平上,寬帶Chirp聲比click聲引發的波V幅度大;當把Chirp聲逆轉(即使其載頻頻率隨著時程的延長呈線性減少)時,它所引發的ABR幅度較click聲更低。他們認為,Chirp聲增強了耳蝸低頻區域的活動,而click聲在耳蝸頂部行波速度降低,相應的毛細胞和聽神經纖維的興奮同步化不足。Elberling等[7]對49名聽力正常的受試者分別以Chirp聲和click聲檢測ASSR,將刺激速率設為90次/秒,在兩個刺激聲強度上(30和50 dB nHL)進行比較,結果證實,與click聲相比,Chirp聲的信噪比(SNR)高,所用測試時間較短,相當于采用高于其音量20 dB的click聲測試所需的時間。由此認為,在正常聽力成人中應用高頻短聲檢測ASSR,Chirp聲比click聲更優越。

CE-Chirp?是Elberling在傳統的Chirp聲基礎上獨立研發的具有專利性的Chirp刺激聲,然后又有其他科研人士設計出包括具有頻率特異性的NB CE-Chirp?、L-Chirp、U-Chirp刺激聲。目前,隨著能提供以Chirp聲為探測音的聽力診斷設備制造廠家的增多,Chirp-ASSR在臨床上應用日益廣泛。以CE-Chirp刺激聲為探測音的聽性穩態反應(ASSR)能縮短測試時間并改善聽閾評估的效果,得益于以下特點：①CE-Chirp刺激聲具有很好的神經刺激同步性,在瞬間可以獲得較大的刺激能量,有效地補償了耳蝸內行波延遲;②刺激包括了邊帶頻率,使得低強度聲也能刺激更多的毛細胞反應,且誘發反應幅度是傳統ASSR刺激的兩倍;邊帶頻率的分離能引發出期望的“調制率”：比如990 Hz的中心頻率和邊帶頻率以 90 Hz區分為 810、900、990、1 080、1 170 Hz),即“調制率”為90 Hz;輸入的刺激使得低頻成分比高頻成分先到達耳蝸相應感應部位,得到按耳蝸頻率排列的一系列同時反應[8]。

2 Chirp-ASSR的臨床應用

新型ASSR測試不僅采用Chirp聲為刺激聲,還融入了多頻給聲、全頻譜探測引擎的技術。通過對雙耳同時給予多個頻率的刺激聲,并對所得的多次諧波進行統計分析,利用諧波頻率和其他頻率之間的差別,便能檢測到ASSR的存在。這種同時能對多次諧波檢測的統計測試即q樣本檢驗[9]。Lins等[10]記錄調制頻率為80～105 Hz的 ASSR,證明可同時給予多達8個不同載頻的刺激聲(每耳 4個),只要各載頻相隔一個倍頻程,反應振幅不會明顯減低。Cebulla等[11]在兩組樣本中分別用單載波和多載波刺激聲記錄ASSR,然后對ASSR第一諧波和五個更高頻的諧波進行單樣本測試,結果表明：在兩組樣本中,除了第一諧波外,其它高頻的諧波也包含著有用的信息;同時,與單樣本檢驗(onesample test)相比,基于檢測多個頻率諧波的q檢驗能得到更高的檢測率并縮短檢測時間。目前,Chirp-ASSR主要用于聽閾評估、新生兒聽力篩查和聽神經病的檢測與診斷。

2.1 聽閾評估 在聽閾評估中,使用有頻率特異性的Chirp刺激聲,包括以 0.5、1、2、4 kHz為中心頻率的一倍頻帶Chirp刺激聲,可以在特定頻帶提供更同步的刺激,然后用所測得的ASSR反應閾值繪制出預估純音聽閾曲線圖。Elberling等(2007年)對 10例(20耳)聽力正常成人(20～40歲)用Chirp-ASSR檢測,所得的ASSR閾值與相應頻率純音聽閾值的差分別在11±7 dB(0.5 kHz)、10±7 dB(1 kHz)、6 ±5 dB(2 kHz)、13±4 dB(4 kHz)以內,測試的平均時間約30分鐘;而以前用非Chirp聲行傳統ASSR測試的結果(共計 131耳)為 20±12 dB(0.5 kHz)、13±9 dB(1 kHz)、9±8 dB(2 kHz)、12±8 dB(4 kHz),并且測試時間較長。他們認為,以Chirp為刺激聲的新型ASSR比傳統ASSR的閾值與行為測聽所得的閾值更加相符。雖然此次測試的是聽力正常受試者,并且樣本數量偏少,需要在更多聽力損失的成人和小孩中進一步評估此種測試方法,但Rance等[12]研究結果也表明,以Chirp聲為刺激聲的新型的ASSR測試在聽力正常者中的有效性與其在聽力障礙的成人和兒童中的有效性相關。Venema[13]比較了傳統ASSR與Chirp-ASSR在成年人群的測試結果,認為Chirp-ASSR在傳統ASSR的基礎上縮短了檢測時間,并更加準確的區分有無反應,減少了假陽性率,繪制出的預估純音聽閾曲線圖與純音聽力計所測得的結果相關性很好。Lin等[14]對142名正常人和聽力下降的患者進行了Chirp-ASSR、ABR和純音測聽3種方式的測試進行比較,結果顯示：Chirp-ASSR測試結果與純音聽閾之間的相關系數在 500、1 000、2 000、4 000 Hz分別為 0.89、0.95、0.96、0.97,而 ABR 反應閾與純音聽閾之間的相關性平均只有0.83,所以他認為Chirp-ASSR比傳統的ABR在聽閾評估方面更加可靠。D'haenens等[15]的研究也得到類似的結果。

2.2 新生兒聽力篩查 使用低頻和高頻Chirp刺激聲(頻率范圍分別180～1 500 Hz和 1 500～8 000 Hz)時,新型ASSR能用于聽力篩查,通常將刺激聲大小定在 35 dB nHL。聽力篩查只有兩種結果：檢測到ASSR(假/真陰性)或未檢測到 ASSR(假/真陽性)。Elberling等(2007年)對72名新生兒用三種刺激聲(寬帶Chirp、低頻和高頻Chirp聲)進行聽力篩查,單獨給予寬帶Chirp聲,并設之為對照組,其余兩限帶寬的Chirp聲采用連續和同時給聲兩種方式,在同時給聲時,還在兩限帶寬的Chirp聲中加入一段“頻譜間縫”,即將高頻Chirp聲的低限頻率1 500 Hz提高到1 750 Hz,結果表明,將低頻和高頻 Chirp聲以 90次/秒的速率同時給聲能夠用于頻率特異性的新生兒聽力篩查,錯誤率為0.1%時中位測試時間為30 s;與連續給聲相比,同時給予無間縫和有間縫的兩限帶寬的Chirp聲分別縮短測試時間25%和30%。他們認為,雖然同時給聲時,不同帶寬刺激聲會相互影響,但這并不會嚴重損害多頻同時給聲所帶來的測試時間方面的優勢。Rance等[16]對575名3個月以內的嬰兒進行了新型Chirp刺激聲ASSR測試,包括285名正常聽力的嬰兒、271名感音神經性聽力損失的嬰兒和19名被診斷為聽神經病型聽力損失的嬰兒,并將結果與小兒行為測聽相比較,證實新型ASSR的測聽結果可靠性好,在每個測試頻率與行為測聽的Pearson相關系數都達到0.95。因此作者認為新型ASSR測試在評估新生兒聽力方面可以提供足夠可靠的結果,從而指導助聽器配戴和聽力康復。

2.3 聽神經病的檢測與診斷 Chirp-ASSR有望成為聽神經病的客觀診斷手段之一,與ABR相比,它具有頻率特異性和更高的刺激水平。Emara等[17]研究表明,在聽神經病患者中,ASSR測試較少受神經去同步化的影響,其引出率較ABR高(在13例聽神經病患者中,11例患者未引出ABR,但只有3例未引出ASSR)。盡管如此,對ASSR測試結果的解讀應該謹慎,尤其是當未引出反應時;聽神經病的診斷最好還是結合 ASSR、ABR、OAE等檢查結果綜合判斷。

3 結語

以Chirp聲為刺激聲的新型ASSR檢測是一項實用、快速、客觀的聽力檢測新技術,為聽閾評估和聽力篩查提供了快捷可靠、具有頻率特異性的多頻率信息,它的發展將繼續提升測試的速率和準確性。然而,它也存在一些特殊情況,如多頻ASSR檢測結果含有明顯的刺激偽跡(stimulus arti-facts)(如：在100 dB HL或以上的低頻刺激),而且其它偽跡也有發現[18]。Small等[19]認為,高刺激強度會引起虛假ASSR或者是高強度刺激偽跡,引出的ASSR有可能是來自于前庭系統的,是生理性反應而非聽覺性反應;另外,高刺激強度還可導致暫時性聽力障礙和耳鳴的發生,甚至可能會出現永久性聽力損失。尚有待進一步研究。

1 Cebulla M,Stürzebecher E,Elberling C.Objective detection of auditory steady-state responses：comparison of one-sample and q-sample tests[J].J Am Acad Audiol,2006,17：93.

2 John MS,Brown DK,Muir PJ,et al.Recording auditory steadystate responses in young infants[J].Ear Hear,2004,25：539.

3 Don M,Kwong B,T anaka C,et al.The stacked ABR：A sensitive and specific screening tool fo r detecting small acoustic tumors[J].Audiol Neuro-Otol,2005,10：274.

4 Dau T,WagnerO,Mellert V,et al.Auditory steady-state responses with optimized chirp signals compensating basilar membrane dispersion[J].J Acoust Soc Am,2000,107：1 530.

5 Elberling C,Don M.Auditory brainstem responses to a chirp stimulus designed from derived-band latencies in normalhearing subjects[J].J Acoust Soc Am,2008,124：3 022.

6 Stürzebecher E,Cebulla M,Elberling C,et al.New efficient stimuli fo r evoking frequency specific auditory steady-state responses[J].J Am Acad Audiol,2006,17：448.

7 Elberling C,Don M,Cebulla M,et al.Auditory steady-state responses to chirp stimuli based on cochlear traveling wave delay[J].J A coust Soc Am,2007,122：2 772.

8 Beck D,Speidel D,Craig J.Developments in auditory steady-state responses(ASSR)[J].Hearing Review,2009,16：20.

9 Stürzebecher E,Cebulla M,Elberling C.Automated auditory response detection：statistical problems with repeated testing[J].Int J Audiol,2005,44：110.

10 Lins OG,Picton T W.Auditory steady-state responses to multiple simultaneous stimuli[J].Eletroencephalog r Clin Neurophy siol,1995,96：420.

11 Cebulla M,Stü rzebecher E,Elberling C.Objective detection of auditory steady-state responses：comparison of one-sample and q-sample tests[J].J Am Acad Audiol,2006,17：93.

12 Rance G,Roper R,Symons L,et al.Hearing threshold estimation in infants using auditory steady-state responses[J].J Am Acad Audiol,2005,16：291.

13 Venema T.T he ASSR revisited：A clinical comparison of two stimuli[J].Hearing Review,2005,12：54.

14 Lin YH,Ho CH,Wu HP.Comparison of auditory steady state responses and auditory brainstem responses in audiometric assessment of adults with sensorineural hearing loss[J].Auris Nasus Larynx,2009,36：140.

15 D'haenens W,Dhooge I,De Vel E,et al.Auditory steadystate responses to MM and exponential envelope AM2/FM stimuli in normal-hearing adults[J].Int J Audiol,2007,46：399.

16 Rance G,Roper R,Symons L,et al.Hearing threshold estimation in infants using auditory steady-state responses[J].J Am Acad Audiol,2005,16：291.

17 Emara AA,Gabr T A.Auditory steady state response in auditory neuropathy[J].J Laryngol Otol,2010,124：950.

18 Beck DL,Speidel DP,Petrak M.Auditory steady-state response(ASSR)：A beginner＇s guide[J].Hearing Review,2007,14：34.

19 Small SA,Stapells DR.Artifactual responses when recording auditory steady-state responses[J].Ear and Hearing,2004,25：611.