骨传导干预后单侧耳聋的声源定位测试

我们提出了一种方案来评估骨传导干预对单侧耳聋 （SSD） 患者声音定位能力的影响。该协议可用于评估骨传导装置在恢复 SSD 患者的声音定位能力和改善整体生活质量方面的功效。

单侧耳聋 （SSD），即一只耳朵有严重到极重的听力损失，另一只耳朵听力正常，是一种普遍的听觉状况，会严重影响受影响者的生活质量。准确定位声源的能力对于各种日常活动至关重要，包括语音通信和环境意识。近年来，骨传导介入已成为 SSD 患者一种很有前途的解决方案，为传统的空气传导助听器提供了一种无创替代方案。然而，骨传导装置 （BCD） 的有效性，尤其是在提高声音定位能力方面，仍然是一个相当有趣的话题。

在这里，我们提出了一种方案来评估骨传导干预对 SSD 患者声音定位能力的影响。该协议包括实验设置（经过声音处理的房间和扬声器的半圆形阵列）、刺激和数据分析方法。参与者指示噪声突发的感知方向，并使用均方根误差 （RMSE） 和偏差分析他们的响应。报告和比较骨传导干预前后的声音定位测试结果。尽管没有显著差异，但大多数患者 （71%） 在骨传导干预后明显偏向于干预侧。该研究得出结论，骨传导干预可以迅速增强 SSD 患者的某些声音定位技能，为支持 BCD 治疗 SSD 的疗效提供证据。

声音定位，即精确定位听觉刺激来源的能力，是一项关键的听觉技能，支撑着日常生活中的许多基本功能，包括有效沟通、在环境中安全导航以及在空间中定位自己的能力。当一个人经历单侧耳聋 （SSD） 时，听觉系统定位声音的能力会受到严重损害。这是因为我们的大脑通常依靠双耳接收到的声音信息的比较来准确计算声源的位置。

人类听觉系统采用复杂的信号处理技术来定位声源，依靠双耳时间差 （ITD） 和双耳电平差 （ILD） 作为主要线索。ITD 是指声音到达每只耳朵之间的轻微时间延迟，它提供有关声源方位角的信息。另一方面，ILD 代表两只耳朵之间的声级差异。听觉系统将这些线索与其他因素（例如频谱线索和头部运动）相结合，以形成听觉环境的精确空间表示 ^1,2。这些双耳提示经过处理和集成，使我们能够确定声音的来源方向。然而，当一只耳朵的听力受损时，这种双侧处理会中断，导致难以定位声音。

骨传导装置 （BCD） 为 SSD ^3,4 患者提供了一个有前途的解决方案。这些设备的工作原理是通过颅骨将声音振动直接传递到耳蜗，从而绕过受损的外耳和中耳。BCD 对传导性或混合性听力损失的人以及 SSD 患者特别有用。骨传导技术对 SSD 患者的好处已在以前的研究中记录下来。例如，Chandrasekar 等人的一项研究表明，骨传导设备显着改善了 SSD³ 患者在噪声中的语音识别能力。同样，Huang 等人的一项荟萃分析综述强调了 BCD 对这些患者的言语感知和生活质量的积极影响⁴。

尽管有这些证据，但骨传导干预对 SSD 患者声音定位能力的具体影响尚不清楚。例如，Agterberg 等人报告说，当使用骨传导装置聆听时，单侧耳聋患者的声音定位性能并没有得到改善⁵。一些系统评价，例如 Kim 等人的评价，报告说，之前的六项研究（139 例骨锚式助听器 （BAHA） 病例）表明，正确声音定位识别的百分比在 BAHA 植入前在 13% 到 65.8% 之间，在植入后在 15% 到 68.5% 之间，但没有统计学意义⁶.因为这些研究使用了声源定位精度的百分比，而评分需要从多个扬声器中准确识别发出扬声器，所以我们认为难度相对较高。相比之下，我们的评估方法评估声源定位的角度误差，并使用均方根进行评分。因此，我们认为我们的方法更适合急性测试的需求。

为了解决文献中的这一空白，目前的研究旨在评估 BCD 在恢复 SSD 患者声音定位能力方面的有效性。我们使用的是 van de Heyning 等人描述的扬声器配置⁷。我们开发了一种测试声音定位的协议，涉及干预前后的评估。参与者将在辅助（使用 BCD）和非辅助条件下进行测试，以比较他们的定位性能。通过检查实施骨传导干预前后声音定位能力的变化，本研究将为 BCD 对 SSD 患者的潜在益处提供有价值的见解。这些发现可能有助于更好地了解如何优化这些设备以更广泛地改善空间感知和听觉功能，从而提高 SSD 患者的整体生活质量。

在这项研究中，参与者是 14 名配备骨传导助听器的先天性 SSD 儿童。参与者的纳入标准是确诊为 SSD。参与者是从专门的听力学诊所招募的，并被告知研究的目的、程序以及潜在的风险和益处。在参与者参加研究之前，已获得参与者父母或法定监护人的知情同意。

1. 设置

注意：本节介绍使用引用的软件工具进行声音定位实验的过程。该实验旨在评估参与者在自由场设置中定位声源的能力。定位测试在具有 7 个扬声器的声音处理室中进行（参见 Van de Heyning 等人的图 2）。⁷ 沿 -90°（左）和 90°（右）方位角之间的半圆均匀分布。选择扬声器配置是出于实际考虑。本实验所需的材料包含在 材料表中。

1. 确保具有兼容音频驱动程序和多声道声卡的 Windows PC 可用。
2. 使用平衡电缆将有源扬声器连接到声卡。
3. 根据制造商的说明配置音频硬件，确保无故障播放和足够的声道分离。
4. 按照准则⁶ 将扬声器放置在圆形设置中。将被摄体放在半圆的中心，面向正面扬声器。使用软件将扬声器配置为所需的半圆排列，每个相邻扬声器之间呈 30° 角（参见 图 1）。根据被测音箱的身高和大小调整椅子的高度，确保扬声器发声部分的中心处于穿过被测者耳道的假设平面的水平。

2. 校准

1. 在软件中选择合适的音频驱动程序。
2. 从可用设备列表中选择 ASIO 兼容的声卡。
3. 在设置菜单中查看并配置必要的参数，包括：
   1. ShowResults：选择在实验期间何时显示结果（实时、最终、静默或已关闭）。
   2. DummyLSwarning：启用或禁用指示存在虚拟扬声器的警告消息。
   3. trainingMode：启用或禁用训练模式，在该模式下，目标说话人会高亮显示，直到给出响应。
   4. includeTrainingModeResults：选择是否在汇总表和数字中包含训练模式结果。
   5. includeDemoModeResults：选择是否在摘要表和图表中包含演示模式结果。
   6. quickMode：启用或禁用快速模式，该模式会降低演示级别和每个发言人的演示数量。
   7. colormap：选择数据集和混淆矩阵图的色图。
   8. nLS：指定可点击扬声器的总数（真实和虚拟）。
      注意：虚拟扬声器意味着在声源定位的整个过程中，扬声器不会发出任何声音。真正的扬声器有声音。
   9. nRep：指定每个说话人的重复次数。
   10. LSCircleStart / End：指定圆形设置的角度跨度。
   11. colormapDataSet：选择数据集图的颜色映射。
   12. colormapConfusion：选择混淆矩阵图的色图。
4. 请参阅软件中提供的校准说明，使用 CCITT 噪声信号和具有 A 加权设置的 SPL 计校准系统。
   1. 查看声音设备的驱动程序设置。
   2. 通过单击 Extras |校准。
   3. 验证扬声器到声卡通道输出的映射。将仅响应虚拟扬声器分配给通道 0。
   4. 单击扬声器按钮可在该扬声器上播放 10 se 的校准噪声。
   5. 将 SPL 计的尖端置于测试对象的虚拟头部位置，指向当前扬声器，测量声压级。请查阅 SPL 仪表手册，了解正确的测量位置。设置声级计以测量 A 加权等效声级 LAeq （慢积分时间）。
   6. 调整扬声器/系统增益以达到大约 70 dBA （LAeq 67-75） dB 允许的噪声水平）。在相应的校准字段中输入实际测得的 LAeq 噪声级。
   7. 对其余每个扬声器重复步骤 2.4.3-2.4.6。
   8. 单击 Done 完成校准。
5. 单击 calibration verification 按钮以验证设置。通过此步骤，扬声器将代表信号 （1,2） 的刺激，供作员评估 SPL 与校准结果的比较。

3. 实验

1. 指定元数据：输入参与者的信息，包括受试者 ID、助听器类型和可选注释。
2. 通过在校准期间将任何仅响应的虚拟扬声器分配到通道 0 来配置它们。顶部的黄色框表示存在虚拟扬声器。如果设置参数 DummyLSwarning 为 true，则框内的文本将显示虚拟扬声器的数量。
3. 选择将保存结果的方案文件夹。
4. 单击 Start （开始） 按钮开始实验。
   1. 参与者将看到听觉刺激，并提示通过选择感知到的声源位置来做出响应。让能够识别数字的孩子口头报告相应的扬声器编号，并要求那些缺乏这种能力的孩子直接指向他们认为正在发出声音的扬声器。
   2. 让软件随机呈现两个频谱形状的噪声刺激，持续时间为 1 s，包括 20 ms 的上升和下降时间。刺激将以三个随机选择的级别之一连续呈现：60 dB HL、65 dB HL 和 70 dB。HL.每个演讲者的演示次数为 6 次（三个级别 2 个刺激）。
      注意：使用两种类型的噪声旨在混淆单声道频谱线索并防止高估定位性能。
5. 实时查看结果（实时模式）或在实验完成后查看结果（最终模式）。结果包括角度误差的混淆矩阵、均方根 （RMS）、偏差和标准差 （STD）。
   注：正值表示向右偏，负值表示向左偏。该值偏离 0 越远，横向偏差越明显，表明定位能力较差。

4. 数据分析

1. 使用 Load & Analyze 功能加载并分析之前保存的结果。从 菜单中选择 |文件 |加载和分析 以加载旧测量的MAT文件。结果图将与混淆矩阵一起显示在单独的图中。
2. 通过单击 文件 |Create Summary （创建摘要）。
   注意：该函数会扫描研究文件夹和所有子文件夹中与模式 LOC*.xlsx 和 LOC*.mat 匹配的所有有效 Excel 和 MATLAB 文件。
3. 通过在临床访视标签和临床访视编号上绘制每个参与者的测量次数来可视化数据集。
4. 将汇总数据导出为电子表格，包括原始数据和计算的统计数据。输出电子表格命名为 Summary_of_all_LOC_measurements.xlsx 和 Summary_of_all_LOC_measurements_RAW.xlsx
5. 导出角度误差的 RMS、BIAS 和 STD 的散点图和箱线图，按临床访视标签和临床访视编号分组。散点图显示角度误差随时间变化的所有 RMS、BIAS 和 STD。主题 ID 采用颜色编码，临床访视标签由标记符号编码，如图例所示。
6. 执行批量分析并将混淆矩阵导出为 study 文件夹中所有 MAT 文件的 PNG 图像。

5. 恢复出厂设置

1. 使用 恢复出厂设置 功能将软件重置为其默认设置。

在这项研究中，参与者是 14 名配备骨传导助听器的 SSD 儿童。参与者（9 名男孩，5 名女孩）的年龄范围为 5 至 12 岁，中位数为 7.78 岁（见 表 1）。 图 2 中右侧没有骨传导装置，这个左侧耳聋的孩子的结果显示出明显的右偏 （BIAS = 53.6°） 和 RMS = 95.5°）。 图 3 中右侧放置骨传导装置后，该左侧耳聋患儿的整体声音定位能力有所提高，右侧偏倚降低到 BIAS = 10.7°，定位精度提高 （RMS = 82.9°）。

在接受测试的 14 名儿童中，干预前后 RMSE （P = 0.63） 和角度误差标准差 （STDE） （P = 0.15） 无显著差异（非参数配对检验，P 值< 0.05 具有统计学意义）。然而，71% （14 名中的 10 名） 的儿童表现出向干预一侧的偏向偏移，表明声源定位的方向向干预一侧偏移。然而，由于个体差异较大且样本量相对较小，干预前后总体偏倚 （P = 0.32） 无显著差异。综上所述，BCD 的利用可以在一定程度上迅速增强个体之间的声音定位能力。但是，改善的程度可能因人而异。

图 1：设置和单个刺激和匹配响应记录的示例。 定位测试在一个经过声音处理的房间里进行，其中 7 个扬声器沿 -90°（左）和 90°（右）方位角之间的半圆均匀分布。被摄体被放置在半圆的中心，面向正面扬声器。角度α是表达视图的角度误差。 请单击此处查看此图的较大版本。

图 2：没有 BCD 干预的结果示例。 右侧无骨传导装置，该患儿左侧耳聋结果为 RMS = 95.5°，BIAS = 53.6°，STD = 80.6°。 请单击此处查看此图的较大版本。

图 3：BCD 干预的结果示例。 右侧放置骨传导装置时，该患儿左侧耳聋的检测结果显示 RMS = 82.9°，BIAS = 10.7°，STD = 83.8°。与 图 2 相比，RMS 和 STD 值接近，但 BIAS 已降至 10.7°，其中 0° 表示没有横向偏压。 请单击此处查看此图的较大版本。

表 1：参与者的人口统计特征。

5 岁及以上的听力损失儿童能够成功进行这项测试。对于患有 SSD 的患者，在声源定位测试期间急性应用骨传导助听器表明偏倚有一定程度的改善，尽管这种增强在 RMSE STDE 降低方面没有达到统计学意义。改进也可以是一种学习效果。

在神经和中枢处理的驱动下，长期使用该设备可能会有更显着的改进，这表明一个值得进一步研究的领域。Long 等人指出，声源定位能力可能会随着⁸ 岁而提高。绝大多数 SSD 患儿父母的主要康复需求是提高他们定位声源的能力，其次是他们在有噪音的情况下识别语音的能力，因此有必要在干预前向 SSD 患者详细解释声源定位和干预计划的基本原理，并帮助他们建立对效果的合理预期。

人工耳蜗 （CI） 干预对单侧耳聋 （SSD） 声源定位能力的影响已得到充分证实，之前的研究中已证明有显着改善⁹。SSD 患者的声音定位能力尚不完全清楚。然而，由于各种原因，例如对手术的恐惧、听觉神经发育异常或经济限制，许多 SSD 患者选择骨传导装置 （BCD） 作为一种干预形式。BCD 干预是否可以增强 SSD 患者声源定位能力的问题需要仔细评估。

以前的研究主要使用一种评分系统，要求参与者对声音来源做出完全准确的判断，从而得出骨传导装置干预前后定位能力无显著差异的结论^{10、11、12、13、14、15}。然而，Monini 等人报告说，使用 BCD¹⁶ 聆听时，声音定位有所改善。我们的研究试图探讨我们研究中采用的方法是否会产生不同或更细微的结果。该协议有一些关键点需要牢记。最大声压级不得超过 75 dBA，并且校准后外部放大不应改变。必须禁用在实验期间可能访问声音设备的任何其他应用程序。该检查方法可以有效评估 SSD 患儿的声源定位能力，为选择治疗方案提供参考。该测试的局限性是，在儿童中，它需要长时间的关注和服从作者的命令，尤其是对于年幼的儿童。

总之，虽然 BCD 已经证明了它们在改善 SSD 患者沟通方面的价值，但这项研究将阐明它们解决听力损失最具挑战性的方面之一的能力——声音定位。我们希望未来更大样本量的研究将提供进一步的见解，为临床实践提供信息，并为寻求指导的 SSD 患者提供更详细的建议。

作者没有需要声明的利益冲突。

没有