耳聲發射的基礎研究和展望

趙婷婷

(太原工業學院,山西太原 030008)

耳聲發射是聽覺生理學近些年來最重要的進展之一。耳聲發射（Otoacoustic Emissions,OAE）是一種音頻能量，產生于耳蝸，經過聽骨鏈及鼓膜傳導釋放入外耳道，是聽覺過程的一部分，是一種產生于外毛細胞（Out Hair Cell,OHC）的主動發聲，其頻率范圍在數百到數千赫茲之間，恰好在聲頻范圍內，因而稱之為耳聲發射。其實質是耳蝸內機械震動能量經聲音傳入內耳的逆過程以空氣振動（聲音）的形式釋放出來。1978 年英國學者D.T.Kemp[1]首次發現耳具有主動發射聲波這一現象，從而，提出了耳蝸是一種雙向換能器：耳蝸可以將機械能即外界聲信號轉換成生物電信號傳入中樞神經系統，引起聽覺；同時作為聽覺末稍感受器，也可以主動釋能,完成生物電到機械能的轉換。自從OAE 被發現以來,耳聲發射的產生機理研究就成為國際耳科與生理聲學的熱點問題，已經成為很多醫院用來普查嬰幼兒聽力的基本方法[2]。

1 耳聲發射的機理

早期研究認為,多種原因可導致的耳蝸內的基底膜機械阻抗在某些部位“不均勻”,當行波通過時,部分能量可在基底膜處發生折返,逆向傳向鐙骨底板,經聽骨鏈、鼓膜傳入外耳道,從而形成耳聲發射[2]。后來研究認為,由耳蝸外毛細胞產生的一種主動機械活動,能利用新陳代謝產生的能量產生微小振動,增強了聲刺激引起的耳蝸相應結構的振動,從而提高了聽覺靈敏度和頻率分辨率;同時,還有一部分新陳代謝產生的能量逆向傳向鐙骨底板,經聽骨鏈、鼓膜傳入外耳道,形成耳聲發射[3]。還有研究認為,OAE 是外毛細胞的非線性生物機構放大過程的一種能量泄漏。外毛細胞的主要功能是感受生物電位并引起長度的變化,從而增強了聲刺激引發的基底膜運動,因而也增強了聲音對內毛細胞(Endovascular cells)的刺激。外毛細胞的這種活動似乎對低刺激聲有更大的響應。因此,外毛細胞極大地提高了聽覺的動態范圍[4],可認為是一種生物力學的放大器。

目前,研究人員從不同的角度對耳聲發射產生的機制進行了探討,對以下觀點基本上保持一致：耳聲發射，反映了耳蝸外毛細胞的功能狀態,外毛細胞的損傷會導致OAE 幅度的降低或消失。

解剖學認為，基底膜行波的運行呈雙向性，既可以由蝸底傳向蝸頂，也可反向傳回蝸底。由于基底膜機械阻抗的不均勻，當行波通過時，其能量運行在這些部位受到阻礙，部分能量可由此處發生折返，逆向傳至鐙骨底板，經聽骨鏈、鼓膜傳至外耳道而形成耳聲發射。

2 研究方法及內容

由于OAE 信號非常微弱，因此在研究過程中要避免其淹沒在背景噪聲中,需要降低背景噪聲,提高信噪比,這樣才可能提取出耳聲發射信號的時域波形。因此可靠的提取、識別和分析OAE信號是應用于臨床的前提。為此,常采用相干平均、數字濾波、設拒絕閾等方法[5]來提取OAE 信號的時域波形。一般情況下，研究人員會采用非線性差分平均和窗函數等方法[6]，來消除耳聲發射測量中的刺激偽跡。

1998 年，鄭玲等人[7]在介紹耳聲發射全耳模型的基礎上,利用連續小波分析法進一步討論了瞬態誘發耳聲發射信號。他們分析了變換算法和基本小波的選擇,得出不同頻率成分與潛伏期的關系以及利用小波變換進行耳蝸病變部分定位的可能性，并把仿真結果與臨床數據進行分析、比較,得到其概貌與趨勢基本一致。1999年，張文福等人提出來瞬態誘發耳聲發射的合成與分解，2010年Tiffany A.Johoson等人提出來DPOAE的刺激條件及其臨床測試效果研究[8]。

近年來，國內外學者主要在耳聲發射的生理學與聲學基礎、臨床應用、以及新型耳聲發射儀等方面開展了大量的研究工作，同時也取得很大的進展。但是，目前耳聲發射的機理還沒有完全弄清楚，特別是從非線性聲學理論與方法來研究耳聲發射機理的工作開展的很少。清華大學及香港中文大學等人對耳蝸的非線性建立了一維傳輸線模型[9]，并得到結論：①有源性是研究瞬時誘發耳聲發射（T EOAE）及畸變產物耳聲發射（DPOAE）必須考慮的因素,但該有源性的形式尚待改進;②瞬時誘發耳聲發射及變調失真耳聲發射（DPOAE）的產生可歸結于相同的產生源。

耳聲發射監測標準化問題已受到國際耳科學的重視，但也并未很好地解決。在測量技術方面，耳聲發射信號中噪聲干擾的消除及測試時間的縮短以及測量過程的自動化是其中最迫切的有待于解決的重要問題。傳統的直接FF 法，是所有提取算法的基礎，但局限性較大；累加平均法，通過對分塊的輸入信號進行累加取平均值可得到較好信噪比的輸入信號；非線性差分平均法，可以有效去除大部分的偽跡干擾，但同時也濾除了部分的TEOAE信號，其適用性有待進一步分析[10]。從應用角度看，對耳蝸內耗能的主動性機械活動的研究無疑是對治療系統研發與應用提供重要的科學依據[11-12]。

3 臨床應用

耳聲發射是一種音頻能量，可以對耳蝸外毛細胞的功能狀態進行無損、客觀的反映,在臨床診斷和聽力篩查方面具有廣闊前景。耳聲發射的發現提供了一種新的檢測方法。很多醫院已把OAE 定為新生兒必做的常規檢查，而嚴重聽力障礙的早期發現有助于從感知、認知教育上提早采取解救措施。通過耳聲發射，可以應用于職業性及藥物性耳聾患者的長期跟蹤監測、診斷、治療和預防等方面，可以鑒別偽聾、夸大聾等常見情況，在職業性聽力損傷診治中具有重要意義。耳鳴是耳科診斷中一種常見的臨床癥狀，當前臨床上普遍采用耳聲發射來檢驗，取得了較為滿意的結果，可以通過固定頻率比，強度差誘發耳鳴形成，對耳蝸以及毛細胞功能加以反映，從而應用于檢查因噪聲、窒息、阿司匹林等導致耳蝸功能受損的診斷技術，還可以應用于入伍新兵進行篩查、新生兒聽力普查中。耳聲發射是一項很有前景的指標。

4 問題和展望

耳聲發射信號的發現,在聽覺生理研究、聽覺疾病診斷以及新生兒聽力篩選等方面具有廣闊的應用前景，但是耳聲發射產生機制仍待進一步研究。OAE 信號目前也沒有很好的提取、識別和分析方法，這些都使得OAE 應用于臨床存在一定的局限性，反復驗證原則已經提出來40多年，說明不能基于單項臨床測試做出診斷。但是隨著研究的深入，一定會加快推進耳聲發射在臨床應用的發展。